Articulo de referencia

Micromezclador

En mecánica, un micromezclador es un dispositivo basado en microcomponentes mecánicos que se utiliza para mezclar fluidos . Este dispositivo representa una tecnología clave para...

En mecánica, un micromezclador es un dispositivo basado en microcomponentes mecánicos que se utiliza para mezclar fluidos . Este dispositivo representa una tecnología clave para campos como la industria química , la industria farmacéutica , la química analítica , la bioquímica y la síntesis de alto rendimiento, ya que aprovecha la miniaturización de los fluidos involucrados en la mezcla para reducir las cantidades utilizadas en los procesos químicos y/o bioquímicos. Típicamente, los tamaños característicos de los canales de los micromezcladores varían desde unos pocos micrómetros hasta unos pocos milímetros. [ 1 ] Pueden operar en el rango de menos de 1 ml/h a 10 000 L/h, lo que los hace adecuados no solo para investigación y desarrollo o análisis, sino también para producción química o biotecnológica. [ 2 ] [ 3 ]

Tipos y tecnología

Existen dos tipos de micromezcladores: pasivos y activos. [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Los mezcladores activos utilizan una fuente de energía externa, ya sea eléctrica o magnética, para mezclar los fluidos. Los campos de accionamiento para los mezcladores activos pueden ser, por ejemplo, un campo ultrasónico, un campo magnético o un campo eléctrico . [ 8 ]

microrreactor Coriolis

Los fluidos que se van a mezclar se bombean a través de microcanales en un disco giratorio. El efecto Coriolis que se produce en este punto provoca la mezcla.

Mezclador acústico

Un oscilador piezoeléctrico transmite una vibración de alta frecuencia a burbujas inmovilizadas en cavidades. Las ondas acústicas superficiales inducen un microflujo («flujo acústico») en el medio líquido, que impulsa el proceso de mezcla. Para lograr el máximo rendimiento de mezcla, las burbujas de gas se excitan para oscilar a su propia frecuencia de resonancia . [ 9 ]

Estructura de micromezcla de un mezclador ciclónico

Los mezcladores pasivos no tienen fuente de energía y utilizan diferencias de presión para guiar el flujo. [ 10 ] Mezclan los fluidos reduciendo la distancia entre los medios en contacto y, por lo tanto, acelerando la difusión. [ 8 ] Los mezcladores pasivos se pueden dividir en los siguientes tipos:

Mezcladoras de laminación

Los mezcladores de laminación son micromezcladores pasivos en los que dos o más corrientes líquidas se combinan para formar capas paralelas de líquido. El principio de los mezcladores de laminación se basa en dividir los flujos en varias capas delgadas ("láminas"), lo que aumenta considerablemente el área de contacto entre los fluidos y reduce la distancia de difusión. Si un flujo se divide enincógnita{\displaystyle x}subflujos en cada paso, despuésnorte{\displaystyle n}pasos que habráincógnitanorte{\displaystyle x^{n}}capas con un espesor de capa de1/incógnitanorte{\displaystyle 1/x^{n}} del espesor original del flujo. La estructura característica puede ser bidimensional (p. ej., mezclador en Y) o tridimensional (p. ej., mezclador oruga). [ 11 ] Los mezcladores de laminación se utilizan a menudo en aplicaciones donde se requiere una mezcla rápida y controlada a bajas velocidades de flujo. [ 12 ]   

Se suele distinguir entre mezcladores en Y, mezcladores de laminación múltiple y mezcladores de división y recombinación. El diseño más sencillo de un mezclador de laminación es un mezclador en Y con una sola etapa de laminación, en el que dos corrientes se introducen una al lado de la otra en un canal en una única etapa de laminación.

Mezcladoras multilaminadas

Los mezcladores multilaminados crean una matriz de alimentación alternada e interdigital dividiendo los flujos de líquido en varias capas delgadas en un solo paso y recombinándolas posteriormente en un único canal. Estos mezcladores son sensibles a las partículas y los contaminantes debido a sus canales microestructurados.

Mezcladores de división y recombinación

Los mezcladores de división y recombinación funcionan dividiendo y recombinando repetidamente las corrientes líquidas. Dado que constan de un único canal estructurado, estos mezcladores también pueden utilizarse con éxito cuando se produce precipitación durante la reacción o cuando se procesan lodos o suspensiones finas. [ 11 ]

Referencias

  1. Nguyen, Nam-Trung (2012). «Introducción». Micromixers . págs. 1–8 . doi : 10.1016/b978-1-4377-3520-8.00001-2 . ISBN  978-1-4377-3520-8.
  2. Hessel, Volker; Lowe, Holger; Schönfeld, Friedhelm (2005). "Micromezcladores: una revisión sobre los principios de mezcla activa y pasiva". Ciencias de la Ingeniería Química . 60 ( 8– 9): 2479– 2501. Bibcode : 2005ChEnS..60.2479H . doi : 10.1016/j.ces.2004.11.033 .
  3. Manual de química química . Springer Referencia Naturwissenschaften. 2020. doi : 10.1007/978-3-662-56434-9 . ISBN 978-3-662-56433-2.
  4. Nguyen, Nan-Trung y Wereley, Steven T. (2006). Fundamentos y aplicaciones de la microfluídica, segunda edición . Artech House . ISBN 978-1-58053-972-2.
  5. ^ Hardt, Steffen; Schönfeld, Friedhelm, eds. (2007). Tecnologías microfluídicas para sistemas de análisis miniaturizados . doi : 10.1007/978-0-387-68424-6 . ISBN 978-0-387-28597-9.
  6. Li, Paul CH (2005). Microfluidic Lab-on-a-Chip for Chemical and Biological Analysis and Discovery . doi : 10.1201/9781420027457 . ISBN 978-1-4200-2745-7.
  7. Minteer, Shelley D. (2006). Técnicas microfluídicas: revisiones y protocolos . Humana Press . ISBN 1-59259-997-4.
  8. 1 2 Santana, Harrson S.; Silva, João L.; Taranto, Osvaldir P. (2015). "Simulación numérica de la mezcla y reacción del aceite de Jatropha curcas y etanol para la síntesis de biodiesel en micromezcladores". Chemical Engineering Science . 132 : 159–168 . Bibcode : 2015ChEnS.132..159S . doi : 10.1016/j.ces.2015.04.014 .
  9. ^ Ghorbani Kharaji, Zahra; Bayareh, Morteza; Kalantar, Vali (2021). "Una revisión sobre micromezcladores acústicos accionados por campo". Revista internacional de ingeniería de reactores químicos . 19 (6): 553– 569. doi : 10.1515/ijcre-2020-0188 .
  10. Santana, Harrson S.; Silva, João L.; Taranto, Osvaldir P. (agosto de 2015). "Simulación numérica de la mezcla y reacción del aceite de Jatropha curcas y etanol para la síntesis de biodiesel en micromezcladores". Chemical Engineering Science . 132 : 159–168 . Bibcode : 2015ChEnS.132..159S . doi : 10.1016/j.ces.2015.04.014 .
  11. 1 2 Wenck, Christina; Meier, Nils; Heinrich, Eilien; Grützner, Verena; Wiekhorst, Frank; Bleul, Regina (2024). "Diseño y caracterización de nanopartículas magnéticas recubiertas de caseína y cargadas con fármacos para aplicaciones teranósticas" . RSC Advances . 14 (36): 26388– 26399. Bibcode : 2024RSCAd..1426388W . doi : 10.1039/D4RA02626H . PMC 11334153. PMID 39165790 .  
  12. Hessel, Volker; Lowe, Holger; Schönfeld, Friedhelm (2005). "Micromezcladores: una revisión sobre los principios de mezcla activa y pasiva". Ciencias de la Ingeniería Química . 60 ( 8– 9): 2479– 2501. Bibcode : 2005ChEnS..60.2479H . doi : 10.1016/j.ces.2004.11.033 .
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