Thesis etd-09102012-170436 |
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Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
OCCHINO, BARBARA
URN
etd-09102012-170436
Thesis title
Analisi degli effetti del flusso pulsato sul grado di mixing in un dispositivo microfluidico
Department
INGEGNERIA
Course of study
INGEGNERIA CHIMICA
Supervisors
relatore Prof. Mauri, Roberto
controrelatore Ing. Galletti, Chiara
controrelatore Ing. Galletti, Chiara
Keywords
- flusso pulsato
- microfluidica
Graduation session start date
27/09/2012
Availability
Withheld
Release date
27/09/2052
Summary
La microfluidica è una tecnologia emergente che si occupa della progettazione e della fabbricazione di dispositivi in grado di trasportare e manipolare ridotte quantità di fluido,dell’ordine dei nanolitri, attraverso canali con dimensioni dell’ordine dei micrometri.
Essa ha avuto uno sviluppo notevole negli ultimi dieci anni dato l'enorme successo riscontrato dai dispositivi microfluidici, soprattutto nel campo della ricerca; tra le caratteristiche che hanno permesso tale successo vi sono:
•i limitati costi di produzione,
•le dimensioni ridotte a cui è associata la comoda portabilità,
•la conseguente riduzione della quantità di sostanze utilizzate con diminuzione dei costi di sperimentazione,
•la riduzione dei tempi di sperimentazione rispetto a quelli previsti per le normali analisi di laboratorio.
Parte integrante di qualsiasi dispositivo microfluidico, dal più semplice al più complesso, è il micromiscelatore, il cui compito è incentivare il miscelamento delle sostanze in ingresso, cercando di farlo avvenire in modo completo a brevi distanze.Infatti quando due fluidi scorrono all’interno di un microcanale, per bassi numeri di Reynolds, si osserva un moto laminare con filetti fluidi che scorrono parallelamente tra loro senza vortici e turbolenze,per cui il miscelamento è generato unicamente dalla diffusione in corrispondenza dell’interfaccia creatasi. E, dal momento che, il tempo caratteristico di diffusione è direttamente proporzionale al quadrato del diametro idraulico del microcanale e inversamente proporzionale alla costante di diffusione (in genere molto piccola), il miscelamento completo si ha a lunghe distanze. I miscelatori microfluidici si dividono in due categorie: quelli passivi e quelli attivi. I dispositivi passivi si basano su due fenomeni di trasporto di massa, ossia la diffusione molecolare e l’avvezione caotica; in essi, quindi, il miscelamento viene incentivato aumentando la superficie di contatto tra i fluidi e/o diminuendo il percorso di diffusione. I dispositivi attivi, invece, promuovono il mixing perturbando il flusso basandosi sull’azione dell’energia generata da una sorgente esterna.
Obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di analizzare gli effetti del flusso pulsato sul grado di miscelamento di due fluidi A e B all’interno di un micromiscelatore a forma di T. Per far ciò, sono state effettuate prove simulative mediante l’ausilio del software Fluent. Una volta creata la geometria del sistema, il flusso pulsato è stato ottenuto imponendo ai due ingressi del micromiscelatore una velocità variabile nel tempo con andamento sinusoidale, dopo averla implementata nel software come user defined function. Per covalidare i risultati simulativi, è stata svolta una prova sperimentale utilizzando un dispositivo a T in polidimetilsilossano,realizzato mediante tecnica soft-litografica, avente le stesse dimensioni caratteristiche di quello impiegato nelle prove simulative. In questo caso, per garantire un flusso pulsato ai due ingressi del micromiscelatore in esame, è stato necessario l’ausilio di una pompa peristaltica.
Essa ha avuto uno sviluppo notevole negli ultimi dieci anni dato l'enorme successo riscontrato dai dispositivi microfluidici, soprattutto nel campo della ricerca; tra le caratteristiche che hanno permesso tale successo vi sono:
•i limitati costi di produzione,
•le dimensioni ridotte a cui è associata la comoda portabilità,
•la conseguente riduzione della quantità di sostanze utilizzate con diminuzione dei costi di sperimentazione,
•la riduzione dei tempi di sperimentazione rispetto a quelli previsti per le normali analisi di laboratorio.
Parte integrante di qualsiasi dispositivo microfluidico, dal più semplice al più complesso, è il micromiscelatore, il cui compito è incentivare il miscelamento delle sostanze in ingresso, cercando di farlo avvenire in modo completo a brevi distanze.Infatti quando due fluidi scorrono all’interno di un microcanale, per bassi numeri di Reynolds, si osserva un moto laminare con filetti fluidi che scorrono parallelamente tra loro senza vortici e turbolenze,per cui il miscelamento è generato unicamente dalla diffusione in corrispondenza dell’interfaccia creatasi. E, dal momento che, il tempo caratteristico di diffusione è direttamente proporzionale al quadrato del diametro idraulico del microcanale e inversamente proporzionale alla costante di diffusione (in genere molto piccola), il miscelamento completo si ha a lunghe distanze. I miscelatori microfluidici si dividono in due categorie: quelli passivi e quelli attivi. I dispositivi passivi si basano su due fenomeni di trasporto di massa, ossia la diffusione molecolare e l’avvezione caotica; in essi, quindi, il miscelamento viene incentivato aumentando la superficie di contatto tra i fluidi e/o diminuendo il percorso di diffusione. I dispositivi attivi, invece, promuovono il mixing perturbando il flusso basandosi sull’azione dell’energia generata da una sorgente esterna.
Obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di analizzare gli effetti del flusso pulsato sul grado di miscelamento di due fluidi A e B all’interno di un micromiscelatore a forma di T. Per far ciò, sono state effettuate prove simulative mediante l’ausilio del software Fluent. Una volta creata la geometria del sistema, il flusso pulsato è stato ottenuto imponendo ai due ingressi del micromiscelatore una velocità variabile nel tempo con andamento sinusoidale, dopo averla implementata nel software come user defined function. Per covalidare i risultati simulativi, è stata svolta una prova sperimentale utilizzando un dispositivo a T in polidimetilsilossano,realizzato mediante tecnica soft-litografica, avente le stesse dimensioni caratteristiche di quello impiegato nelle prove simulative. In questo caso, per garantire un flusso pulsato ai due ingressi del micromiscelatore in esame, è stato necessario l’ausilio di una pompa peristaltica.
File
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