Cuantificación de mezcla utilizando imágenes por resonancia magnética

El objetivo general del siguiente experimento es utilizar las imágenes de resonancia magnética como una herramienta poderosa para evaluar el equipo de mezcla y proceso. Esto se logra mediante la combinación de dos corrientes de líquido en un mezclador estático dividido y recombinado. Las Mr.Images se obtienen seleccionando un protocolo de imagen adecuado.

Estas imágenes permiten la caracterización del mezclador. Los resultados de rendimiento se obtienen para una aplicación relevante para productos de cuidado personal, pero el procedimiento se puede aplicar a una amplia gama de fluidos alimenticios, químicos, de biomasa y biológicos. La principal ventaja de utilizar la resonancia magnética frente a otras técnicas, como el vídeo, es que se pueden visualizar materiales opacos.

Además, la información es cuantitativa y se pueden calcular las concentraciones de los componentes y el grado de mezcla. Visualizar, mezclar. El uso de la resonancia magnética puede ser útil para validar fluidos computacionales, simulaciones dinámicas y procesos de fabricación mediante comparaciones detalladas de distribuciones de concentración medidas espacialmente con distribuciones de concentración calculadas.

El mezclador SAR se compone de una serie de placas diferentes colocadas en una tubería de PVC. Cada placa cortada con láser está compuesta de PMMA y cortada con un grosor de 1,59 milímetros. Cada placa tiene una llave rectangular que la alinea a lo largo de una varilla acrílica.

En una tubería de PVC, el plástico puede ser transparente u opaco. Las placas tienen varios diseños que tienen aberturas a través de las cuales pueden fluir fluidos. Las placas se colocan en la tubería en un patrón repetitivo que da como resultado túneles que se mezclan.

Los dos fluidos que pasan a través de la placa de tubería S se utilizan para hacer fluir los dos fluidos que entran en el motivo repetido. Una corriente de fluido está en el centro y las corrientes de fluido por encima y por debajo. Tienen un caudal relativo de 10 a uno.

A continuación, los fluidos se encuentran en un canal abierto, que está formado por ocho placas de tipo C. Luego, los fluidos se separan físicamente en dos canales verticales por ocho placas de la placa I. La siguiente sección se compone de 16 placas únicas, que giran cada corriente de fluido 90 grados en sentido contrario a las agujas del reloj. Luego, el fluido fluye a través de ocho placas que dividen los fluidos en dos canales horizontales.

El motivo repetido termina con ocho placas de canal abierto. En total, el motivo se ha repetido seis veces a través del tubo de PVC. Ensamble un sistema de flujo para bombear la solución de polo de carburo a través del mezclador estático dividido en línea y recombinado, comience colocando el mezclador en el imán.

El imán es parte de un único espectrómetro de imágenes basado en imanes permanentes de Tesla con una fuerza de gradiente máxima de 0,3 Tesla por metro y un recinto casi cubículo capaz de controlar y registrar el caudal másico de los fluidos de prueba. Además, incorpora un transductor de presión aguas arriba del mezclador para monitorizar la presión, una bobina de radiofrecuencia formada por un solenoide de cuatro vueltas en casos de volumen cilíndrico y se ajusta perfectamente a la tubería de PVC. Por último, dos soluciones distintas están conectadas a las tomas.

En esta demostración, las soluciones serán carbopol con o sin cloruro de manganeso. Prepare la solución de carbopol tamizando lentamente una cantidad ponderada de polímero en agua desionizada en un tanque agitado. Neutralice la solución de carbopol con una solución de hidróxido de sodio al 50% a pH siete.

La neutralización permite que la solución alcance su máxima viscosidad a medida que el polímero se hincha en agua. Para formar un gel, prepare una segunda solución de polo de carbato dopado que contenga el MR. Agente de contraste, cloruro de manganeso. Para caracterizar el comportamiento del flujo o la reología, utilice una geometría de coqueta estándar a una temperatura del fluido de 25 grados Celsius para medir la viscosidad del cizallamiento.

Utilice un barrido de tensión pura de estado estacionario de 0,1 a 500 pascales en modo rítmico LA con 10 puntos por década y 5% de tolerancia. A continuación, mida la deformación en un barrido de frecuencia de 628 a 0,63 rad por segundo en modo logarítmico LA con 10 puntos por década. Al seleccionar los parámetros de imagen, debemos tener en cuenta la señal total a ruido en la imagen, así como el contraste y la intensidad de la señal entre la región dopada y la región activada.

En este caso, hemos elegido una secuencia de eco de gradiente, y hemos elegido concentraciones de la. para obtener una dependencia lineal de la intensidad de la señal con la concentración. La secuencia MR no incluye compensación de flujo.

Por lo tanto, para evitar artefactos de movimiento, la obtención de imágenes se realiza en líquido inactivo, el tiempo de adquisición de imágenes es del orden de uno a cuatro minutos. Vuelva a colocar el mezclador para obtener una imagen de los volúmenes en diferentes ubicaciones axiales. Deslice el tubo mezclador axialmente a través del imán hasta que el volumen deseado esté en el centro de la bobina de RMN en el centro del imán.

A continuación, repita el proceso de obtención de imágenes. Por último, analice los datos de RM con procedimientos de análisis de imágenes para documentar la distribución espacial de las concentraciones de componentes. En este trabajo, las propiedades lógicas reales de las dos soluciones eran indistinguibles.

Las propiedades viscoelásticas de las soluciones tenían la característica de un sistema de gel con un almacenamiento mayor que la pérdida, siendo el módulo y la pérdida bastante constantes. La pendiente de una pérdida sobre el almacenamiento aumentó a mayor frecuencia, y el retraso de fase correspondiente siguió la misma tendencia para evaluar la contribución relativa de las fuerzas viscosas a las fuerzas de inercia durante el flujo. Los números de Reynolds se calcularon como el flujo promedio a través de las placas.

Estos valores, que son mucho menores que 1,0, indican que las fuerzas viscosas dominaron las fuerzas de inercia. Por lo tanto, la mezcla se realizó por estiramiento laminar y cizallamiento en lugar de turbulencia. Para ilustrar el poder de la visualización del flujo mediante resonancia magnética, los siguientes resultados son imágenes seleccionadas en diferentes ubicaciones axiales.

El mezclador SAR divide los flujos de manera efectiva y uniforme, como se ilustra en las imágenes de las placas H aguas abajo de la primera, segunda y tercera secciones de mezcla. El número de franjas de fluido dopado se duplicó en cada sección de mezcla. Al cambiar los umbrales de valor de la imagen, se muestran las franjas de líquido dopado que aumentan con cada paso por el motivo.

Una secuencia de imágenes a través del giro de 90 grados en sentido contrario a las agujas del reloj en el mezclador muestra cómo los flujos verticales se convierten en flujos horizontales en el proceso de mezcla a través de todo el túnel. Las dos corrientes de fluido se duplican muchas veces Al intentar realizar estas mediciones, es importante recordar que el tiempo de medición debe ser muy corto en comparación con el tiempo de difusión molecular para impactar en las distribuciones de concentración de componentes. Estas mediciones experimentales de la mezcla son especialmente útiles para probar el impacto de los modelos constituyentes de la reología de fluidos utilizados en simulaciones computacionales de dinámica de fluidos de mezcla, y un mezclador dividido y recombinado.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo usar imágenes de resonancia magnética para estudiar las distribuciones de concentración en un mezclador estático.