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A generalidade dos escoamentos de fluidos, tanto na natureza como em aplicações práticas e industriais, apresenta regiões quer com comportamento predominantemente de corte quer com comportamento predominantemente extensional. Além disso, muitos fluidos de interesse prático, como as soluções poliméricas, de proteínas ou mesmo sangue, possuem uma microestrutura complexa e propriedades reológicas não-Newtonianas, como a pseudoplasticidade e a viscoelasticidade. Para fluidos complexos, o escoamento extensional normalmente difere significativamente do escoamento de corte. Assim, para muitas aplicações (ex.processamento de polímeros) é essencial uma caracterização detalhada tanto da reologia de corte como da reologia extensional. Apesar das técnicas de medição da reologia de corte serem já bem estabelecidas, a medição das propriedades extensionais dos fluidos é ainda difícil, particularmente para fluidos de baixa viscosidade. De facto, a instrumentação actualmente existente é pouco eficaz nesses casos, devido às baixas tensões normais e à dificuldade em impor uma deformação puramente extensional à amostra, atingindo ao mesmo tempo uma taxa de extensão uniforme.
O desenvolvimento da microfluídica oferece grandes oportunidades no âmbito da reometria, em especial no que diz respeito a escoamentos extensionais. Estas microplataformas apresentam várias vantagens, nomeadamente: i) requerem apenas pequenos volumes de amostra, o que é especialmente relevante quando os fluidos são dispendiosos ou estão disponíveis em quantidades limitadas; ii) estão ausentes de superfícies livres, evitando a evaporação e alteração dos fluidos por exposição à atmosfera; iii) permitem alcançar altas taxas de deformação, o que facilita a observação de efeitos viscoelásticos, mesmo em fluidos de baixa viscosidade, sem que estes sejam mascarados por efeitos inerciais,condições inatingíveis à macroescala; iv) dados os avanços nas técnicas de micro-fabricação, é possível testar novas geometrias usand  |
Resumo
A generalidade dos escoamentos de fluidos, tanto na natureza como em aplicações práticas e industriais, apresenta regiões quer com comportamento predominantemente de corte quer com comportamento predominantemente extensional. Além disso, muitos fluidos de interesse prático, como as soluções poliméricas, de proteínas ou mesmo sangue, possuem uma microestrutura complexa e propriedades reológicas não-Newtonianas, como a pseudoplasticidade e a viscoelasticidade. Para fluidos complexos, o escoamento extensional normalmente difere significativamente do escoamento de corte. Assim, para muitas aplicações (ex.processamento de polímeros) é essencial uma caracterização detalhada tanto da reologia de corte como da reologia extensional. Apesar das técnicas de medição da reologia de corte serem já bem estabelecidas, a medição das propriedades extensionais dos fluidos é ainda difícil, particularmente para fluidos de baixa viscosidade. De facto, a instrumentação actualmente existente é pouco eficaz nesses casos, devido às baixas tensões normais e à dificuldade em impor uma deformação puramente extensional à amostra, atingindo ao mesmo tempo uma taxa de extensão uniforme.
O desenvolvimento da microfluídica oferece grandes oportunidades no âmbito da reometria, em especial no que diz respeito a escoamentos extensionais. Estas microplataformas apresentam várias vantagens, nomeadamente: i) requerem apenas pequenos volumes de amostra, o que é especialmente relevante quando os fluidos são dispendiosos ou estão disponíveis em quantidades limitadas; ii) estão ausentes de superfícies livres, evitando a evaporação e alteração dos fluidos por exposição à atmosfera; iii) permitem alcançar altas taxas de deformação, o que facilita a observação de efeitos viscoelásticos, mesmo em fluidos de baixa viscosidade, sem que estes sejam mascarados por efeitos inerciais,condições inatingíveis à macroescala; iv) dados os avanços nas técnicas de micro-fabricação, é possível testar novas geometrias usando dispositivos descartáveis fabricados de forma rápida e com baixo custo.
O principal objectivo deste projecto consiste no desenvolvimento de um reómetro extensional usando uma plataforma de microfluídica para a caracterização de fluidos complexos de baixa viscosidade e/ou baixa elasticidade, tais como tintas, soluções de polímeros sintéticos, agentes tensioactivos e fluidos biológicos. O desempenho eficiente do reómetro depende de uma correcta concepção da micro-geometria para obter um escoamento com as características ideiais. Para atingir este objectivo, serão combinadas medições experimentais com cálculos numéricos de modo a propor, testar e optimizar diferentes geometrias para medições reológicas. Numa primeira fase, os dispositivos serão testados com soluções poliméricas diluídas, e, posteriormente, usando outros fluidos de interesse, como soluções de micelas e fluidos biológicos.
Para demonstrar a utilidade do reómetro num contexto prático, este irá ser usado no desenvolvimento e teste de soluções análogas ao sangue (SAS). O desenvolvimento de SAS adequadas tem muita relevância para experiências in vitro, uma vez que a manipulação do sangue é difícil, dispendiosa, e pode apresentar problemas de segurança. SAS são geralmente soluções poliméricas que pretendem replicar o comportamento do sangue em escoamentos com componentes de corte e extensional, mas que geralmente são desenvolvidas apenas com base nas suas propriedades de corte. Recentemente foi demonstrada a incapacidade de duas SAS propostas na literatura para descrever qualitativamente o comportamento extensional do sangue em condições semelhantes às da microcirculação. Como tal, a existência de um reómetro extensional baseado em microfluídica irá beneficiar significativamente o desenvolvimento de novas SAS. |