La reología del adelgazamiento de cizallamiento y la asimetría geométrica gobiernan la dinámica de las gotas en...

Área de la Ciencia:

• Dinámica del flujo multifásico.
• Ingeniería de microfluidos.
• Reología de fluidos complejos.

Sus antecedentes:

• La formación y ruptura de gotas son críticas en aplicaciones microfluídicas.
• Comprender la influencia de la reología del fluido y la geometría del canal es esencial para controlar estos procesos.
• Los fluidos de adelgazamiento de cizalladura, como las soluciones de goma de xantano, exhiben un comportamiento de flujo complejo.

Objetivo del estudio:

• Investigar la formación y ruptura de gotas en microcanales ramificados con constricciones asimétricas.
• Para determinar el efecto de la reología del adelgazamiento de cizallamiento, específicamente el índice de ley de potencia (n), en la dinámica de las gotas.
• Establecer principios de diseño para el escalamiento predictivo en la microfluídica multifase.

Principales métodos:

• Investigación experimental utilizando soluciones de goma de xantano (fase continua) y aceite de soja (fase dispersa).
• Las concentraciones oscilaron entre 400 y 1500 ppm.
• Las simulaciones tridimensionales validadas complementaron los datos experimentales.
• Se realizaron análisis de campo de presión y velocidad con resolución de tiempo.

Principales resultados:

• Se observaron oscilaciones de presión aguas arriba, aumentando en amplitud a medida que disminuía el índice de ley de potencia (n).
• Los datos normalizados de longitud de gota colapsaron en una curva de ley de potencia universal cuando se reescalaron por el número efectivo de capilares.
• El aumento de n condujo a mayores volúmenes de gotas y a una disminución de las velocidades de punta delantera.
• Los sistemas de adelgazamiento de cizallamiento mostraron perfiles de velocidad de núcleo más planos en comparación con los fluidos newtonianos.

Conclusiones:

• La reología del adelgazamiento de cizallamiento y la asimetría del canal controlan sinérgicamente la ruptura y partición de las gotas.
• El índice de ley de potencia (n) es un parámetro clave que vincula la reología con el tamaño de las gotas y la frecuencia de formación.
• Los resultados proporcionan principios fundamentales para el diseño y escalado de sistemas microfluídicos multifásicos.