Tese de Doutorado

As características do escoamento em microcanais para formação de gotas são apresentadas destacando-se a importância da força de tensão superficial. Tais características distinguem conhecimentos que compõem a chamada microfluídica baseada em gotas. O interesse na manipulação de pequenas quantidades de reagentes, a possibilidade de obter produtos químicos utilizando microdispositivos, separação de partes biológicas e obtenção de emulsões tem motivado o desenvolvimento e a pesquisa sobre a formação do escoamento bifásico em microcanais em diversos microdispositivos, os quais se diversificam à medida que evoluem seus processos de fabricação. Este trabalho abrange o escoamento que pode ser descrito pelas equações da mecânica dos fluidos aplicadas ao meio contínuo. Apresenta os conceitos básicos ligados à tensão superficial e interfacial, as equações da mecânica dos fluidos aplicadas ao meio contínuo, as junções utilizadas com seus mecanismos e regime de escoamento associado a eles, uma teoria sobre o método numérico utilizado no estudo da formação de gotas através da Mecânica dos Fluidos Computacional. Ao final traz um experimento de formação de gotas de água em óleo e a simulação correspondente, comparando os resultados experimentais com a simulação e obtenção de alguns resultados não medidos através dos resultados obtidos na simulação. Os experimentos permitiram medir o comprimento das gotas formadas e a distância entre elas e seu tempo de formação. O comprimento das gotas formadas é de 3,67 mm, a distância entre elas de 5,30 mm e o tempo de formação das gotas é de 1,12 s. Os resultados obtidos na simulação aproximam-se dos experimentais, sendo comparados com resultados obtidos em simulações bidimensionais e tridimensionais com refinamento da malha. O apêndice traz resultados experimentais com outras vazões.

The characteristics of the flow in microchannel for the formation of droplets are presented, highlighting the importance of the surface tension force. Such characteristics distinguish knowledge that makes up the so-called microfluidic based on drops. The interest in the manipulation of small amounts of reagents, the possibility of obtaining chemicals using microdevices, separation of biological parts and obtaining emulsions has motivated the development and research on the formation of biphasic flow in microchannels in several microdevices, which diversify as their manufacturing processes evolve. This work covers the flow that can be described by the equations of fluid mechanics applied to the continuous medium. It presents the basic concepts linked to surface and interfacial tension, the equations of fluid mechanics applied to the continuous medium, the junctions used with their mechanisms and flow regime associated with them, a theory on the numerical method used in the study of the formation of droplets through Fluid Mechanics Computational. At the end brings an experiment of formation of water droplets in oil and the corresponding simulation, comparing the experimental results with the simulation and obtaining some unmeasured results through the results obtained in the simulation. The experiments made it possible to measure the length of the droplets formed and the distance between them and their formation time. The length of the formed droplets is 3.67 mm, the distance between them is 5.30 mm, and the droplet formation time is 1.12 s. The results obtained in the simulation are close to the experimental ones, being compared with results obtained in two-dimensional and three-dimensional simulations with mesh refinement. The appendix shows experimental results with other flows.