Fluidodinâmica de Sistemas de Microfluídica Monofásico

FLUIDODINÂMICA DE SISTEMAS
DE MICRIFLUÍDICA MONOFÁSICO
Prof. Dr. Osvaldir Taranto Feq/Unicamp
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1) INTRODUÇÃO:
- Microfluídica na natureza;
- Crescimento da microfluídica;
- Interesse acadêmico – crescimento;
- Escalas de Comprimento de microfluídica –
Aplicações,
- Aspectos gerais
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2) FUNDAMENTO DE MICROFLUÍDICA
- Definição de fluido;
- Definição Continuum
- Definição de Escoamento: Laminar versus Turbulento
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3) FLUIDODINÂMICA DE SISTEMAS DE MICRIFLUÍDICA
MONOFÁSICO
Noção sobre viscosidade
Equações fluidodinâmicas
- Apresentação de Navier – Stokes
- Hagen–Poiseuille
Tensão de Cisalhamento versus Viscosidade
Numero de Reynolds => Laminar x Turbulento
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4) OUTROS ASPECTOS
Mistura em microcanais
Noção de Difusão em microcanais
Microfluídica na Natureza
Microfluídica é uma área que abrange uma ampla gama de assuntos como em micro escala:
escoamento de fluidos, cinética, análise, fabricação , controle, sensores e demais
componentes inter-relacionados
.
Tensão superficial
Efeito Lotus
Hemodinâmica
Nascimento da MicroFluídica
“Gostaria
para descrever um campo , no qual pouco
tem sido feito , mas em que uma quantidade enorme
pode ser realizado , em princípio . Este campo não é
exatamente o mesmo que os outros na medida em
que não nos dizem muito da física fundamental ( no
sentido de , `` O que são as partículas estranhas ? '') ,
Mas é mais como a física do estado sólido , no
sentido que ele pode nos dizer muito de grande
interesse sobre os estranhos fenômenos que
ocorrem em situações complexas . Além disso , um
ponto que é mais importante é que ele teria um
enorme número de aplicações técnicas.”
Richard Feynman (Caltech) – dez. 1959
Alguns Marcos
1970 - 1990 - Praticamente nada (senão, pelo
Cromatógrafo a gas de Stanford gas)
1990 : Primeira Cromatografia líquida (Manz et al 1991)
1990 -1998 : Primeiro sistema elementar de
Microfluídica
(micromixers, microreactores, sitemas de separação)
1998-2004 :Aparecimento da tecnologia de Soft
litografia
Motivação
Macro escala = escoamento laminar, randômico, e
Turbulento
Micro escala = Escoamento laminar
Escoamento Laminar permite Mistura controlada
Transferência de massa eficiente
Crescimento da Microfluídica
Interesse Comercial/Acadêmico
Escalas de comprimentos/aplicações
Introdução
Microfluídica
A ciência e tecnologia de sistemas as quais manipulam e estudam pequenas quantidades de fluidos,
utilizando estruturas com dimensões micrométricas (Whitesides, G. M. Nature, v. 442, p. 368-373, 2006)
Menor quantidades de reagentes e amostras;
Baixo custo de fabricação;
Área superficial elevada;
Elevada transferência de calor;
Escoamento laminar;
Tempo de reações menores.
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1° microreator para fabricação de biodiesel - 2006
Escalas de Comprimentos (metros)
Espectro de tamaho de partículas e
Moléculas
Microfabrication
Nanofabrication
• Muitas oportunidades em sem fabricar estruturas nessas escalas.
Paralelização e Integração
Conceito de Lab-on-a-chip : Todo o necessário para aplicação é provido num único chip.
(também conhecico como µTAS, micro total analysis system)
Conectores
Ville Saarela, TKK
Vantagens da Microfluídica
Muitas funções podem ser integradas num único
equipamento
Pequenos volumes permitem reações Rápidas
Sensibilidade é aumentada devida às altas taxas
de área superficial /volume
Escoamento laminar é fácil de Controlar