Desenvolvimento e modelagem de sensor de micro-ondas para gotículas microfluídicas de emulsão
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Data
2021-04-27
Autores
Poloniato, Rafael Cardozo
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Emulsões, que são gotículas em fluídos imiscíveis com duas ou mais fases, são importantes na produção de microcápsulas utilizadas na fabricação de medicamentos, produtos químicos e alimentícios. Os processos para a fabricação de emulsões são contínuos e necessitam manter controle das quantidades de reagentes e, portanto, precisam regular a quantidade de gotículas processadas por segundo. Atualmente os sensores disponíveis para manter a qualidade do processo de fabricação de emulsões são caros e o controle de qualidade normalmente se dá após o processo, com amostras dos fluídos, onde são contabilizadas as gotículas através de microscópio. Este trabalho consiste no desenvolvimento de sensores de micro-ondas utilizando ressonador de microfita para medição e controle do tamanho de gotículas de óleo de soja imersas em água. A utilização destes dois líquidos específicos é realizada somente como prova de conceito, porém cabe ressaltar que em aplicações práticas sempre há uma fase apolar e uma polar. Para embasar o trabalho, ao longo desta dissertação são discutidas a teoria de micro-ondas e de ressonância em circuitos de microfitas, que serve como base para o desenvolvimento do sensor proposto. São apresentadas as estruturas modeladas no software de simulação HFSS da Ansys, bem como os resultados das modelagens numéricas de ressonâncias realizadas. Foram modelados e simulados 4 sensores, um com corpo cerâmico de cerâmica verde de 250 µm de espessura com uma linha de microfitas e um ressonador paralelo de quarto de onda; um segundo dispositivo de linha de microfitas com ressonador de quarto de onda paralelo, porém com espessura do corpo cerâmico de 400 µm, um terceiro sensor com ressonador em série com um gap entre a linha de microfitas e o ressonador de meio comprimento de onda e um quarto sensor com ressonador em anel paralelo.
Emulsions, which are immiscible fluids with two or more phases, are important in the production of oil droplets used for manufacturing medicines, chermicals and food. The manufacturing processes are continuous and need to keep track of the quantities of reagents and, therefore, need to control the amount of droplets processed over time. Currently the sensors available to maintain the quality of manufacturing process with emulsions are either expensive or size control takes place after the process, with samples of fluids, where the droplets are counted using a microscope. Our work proposes the development of a microwave sensor using a microstrip resonator to measure and control the quantity and size of droplets. The text discusses microwave theory and resonance in circuits, which serves as a basis for sensor development. The structures modeled in Ansys HFSS software are presented as well as results of resonance tests performed. Four sensors were modeled and simulated, one with 250 µm low co-fired ceramic body with a microstrip line and parallel quarter-wave resonator, a second microstrip device with quarter-wave parallel resonator with a ceramic body 400 µm thickness, a third sensor with half-wave series resonator with gap between microstrip line and resonator, and an fourth ring parallel resonator.
Emulsions, which are immiscible fluids with two or more phases, are important in the production of oil droplets used for manufacturing medicines, chermicals and food. The manufacturing processes are continuous and need to keep track of the quantities of reagents and, therefore, need to control the amount of droplets processed over time. Currently the sensors available to maintain the quality of manufacturing process with emulsions are either expensive or size control takes place after the process, with samples of fluids, where the droplets are counted using a microscope. Our work proposes the development of a microwave sensor using a microstrip resonator to measure and control the quantity and size of droplets. The text discusses microwave theory and resonance in circuits, which serves as a basis for sensor development. The structures modeled in Ansys HFSS software are presented as well as results of resonance tests performed. Four sensors were modeled and simulated, one with 250 µm low co-fired ceramic body with a microstrip line and parallel quarter-wave resonator, a second microstrip device with quarter-wave parallel resonator with a ceramic body 400 µm thickness, a third sensor with half-wave series resonator with gap between microstrip line and resonator, and an fourth ring parallel resonator.
Descrição
Palavras-chave
Circuitos de microondas, Engenharia elétrica, Fluidos