Quantificar mistura usando Ressonância Magnética

O objetivo geral do experimento a seguir é usar a ressonância magnética como uma ferramenta poderosa para avaliar equipamentos de mistura e processo. Isso é conseguido combinando dois fluxos de líquido em um misturador estático dividido e recombinado. Mr.Images são obtidos selecionando um protocolo de imagem apropriado.

Essas imagens permitem a caracterização do misturador. Os resultados de desempenho são obtidos para uma aplicação relevante para produtos de cuidados pessoais, mas o procedimento pode ser aplicado a uma ampla gama de alimentos, produtos químicos, biomassa e fluidos biológicos. A principal vantagem do uso de imagens por ressonância magnética em relação a outras técnicas, como vídeo, é que materiais opacos podem ser visualizados.

Além disso, as informações são quantitativas e as concentrações de componentes e o grau de mistura podem ser calculados. Visualizando, misturando. O uso da ressonância magnética pode ser útil para validar fluidos computacionais, simulações dinâmicas e processos de fabricação por meio de comparações detalhadas de distribuições de concentração medidas espacialmente com distribuições de concentração calculadas.

O misturador SAR é composto por várias placas diferentes colocadas em um tubo de PVC. Cada placa cortada a laser é composta de PMMA e cortada com 1,59 milímetros de espessura. Cada placa tem uma chave retangular que a alinha ao longo de uma haste de acrílico.

Em um tubo de PVC, o plástico pode ser transparente ou opaco. As placas têm vários designs que possuem aberturas através das quais os fluidos podem fluir. As placas são colocadas no tubo em um padrão repetitivo que resulta em túneis que se misturam.

Os dois fluidos que passam pela placa do tubo S são usados para transmitir os dois fluidos que entram no motivo repetitivo. Um fluxo de fluido está no centro e o fluxo de fluido acima e abaixo. Eles estão a uma taxa de fluxo relativa de 10 para um.

Em seguida, os fluidos se encontram em um canal aberto, que é feito por oito placas do tipo C. Os fluidos são então fisicamente separados em dois canais verticais por oito placas da placa I. A próxima seção é composta por 16 placas únicas, que giram cada fluxo de fluido é torcido 90 graus no sentido anti-horário. O fluido então flui através de oito placas que dividem os fluidos em dois canais horizontais.

O motivo repetitivo termina com oito placas de canal aberto. No geral, o motivo se repetiu seis vezes através do tubo de PVC. Monte um sistema de fluxo para bombear a solução de pólo carbo através do misturador estático dividido e recombinado em linha comece posicionando o misturador no ímã.

O ímã faz parte de um único espectrômetro de imagem baseado em ímã permanente Tesla com uma força de gradiente de pico de 0,3 Tesla por metro e um invólucro quase cubículo capaz de controlar e registrar a taxa de fluxo de massa dos fluidos de teste. Além disso, incorpore um transdutor de pressão a montante do misturador para monitorar a pressão, uma bobina de radiofrequência feita de um solenóide com quatro voltas em casos de volume cilíndrico e se encaixa perfeitamente no tubo de PVC. Por fim, duas soluções distintas estão conectadas às entradas.

Nesta demonstração, as soluções serão carbopol com ou sem cloreto de manganês. Prepare a solução de carbopol peneirando lentamente uma quantidade pesada de polímero em água deionizada em um tanque agitado. Neutralize a solução de carbopol com uma solução de hidróxido de sódio a 50% até pH sete.

A neutralização permite que a solução atinja sua viscosidade máxima à medida que o polímero incha na água. Para formar um gel, prepare uma segunda solução de carbo polo dopada que contenha o MR. Cloreto de manganês de agente de contraste. Para caracterizar o comportamento do fluxo ou reologia, use uma geometria de coquete padrão a uma temperatura de fluido de 25 graus Celsius para medir a viscosidade do cisalhamento.

Use uma varredura de tensão pura em estado estacionário de 0,1 a 500 pascal no modo rítmico LA com 10 pontos por década e 5% de tolerância. Em seguida, meça a deformação em uma varredura de frequência de 628 a 0,63 rad por segundo no modo logarítmico LA com 10 pontos por década. Ao selecionar os parâmetros de imagem, precisamos considerar o sinal total para o ruído na imagem, bem como o contraste e a intensidade do sinal entre a região dopada e a região on.

Nesse caso, escolhemos uma sequência de eco gradiente e escolhemos concentrações do. para nos dar uma dependência linear da intensidade do sinal na concentração. A sequência de RM não inclui compensação de fluxo.

Portanto, para evitar artefatos de movimento, a imagem é realizada em um tempo de imagem líquida quiescente da ordem de um a quatro minutos. Reposicione o mixer para obter imagens dos volumes em diferentes locais axiais. Deslize o tubo misturador axialmente através do ímã até que o volume desejado esteja no centro da bobina de RMN no centro do ímã.

Em seguida, repita o processo de imagem. Finalmente, analise os dados de RM com procedimentos de análise de imagem para documentar a distribuição espacial das concentrações dos componentes. Neste trabalho, as propriedades lógicas reais das duas soluções eram indistinguíveis.

As propriedades viscoelásticas das soluções tiveram a característica de um sistema de gel com armazenamento maior que a perda, sendo o módulo e a perda bastante constantes. A inclinação de uma perda sobre o armazenamento aumentou em maior frequência, e o atraso de fase correspondente seguiu a mesma tendência para avaliar a contribuição relativa das forças viscosas para as forças de inércia durante o fluxo. Os números de Reynolds foram calculados como o fluxo médio através das placas.

Esses valores, que são muito inferiores a 1,0, indicam que as forças viscosas dominaram as forças inerciais. Assim, a mistura era por alongamento laminar e cisalhamento, em vez de turbulência. Para ilustrar o poder da visualização do fluxo usando ressonância magnética, os resultados a seguir são imagens selecionadas em diferentes locais axiais.

O misturador SAR divide os fluxos de forma eficaz e uniforme, conforme ilustrado nas imagens das placas H a jusante da primeira, segunda e terceira seções de mistura. O número de listras de fluido dopado dobrou em cada seção de mistura. Alterar os limites de valor da imagem mostra as listras de fluido dopado aumentando a cada passagem pelo motivo.

Uma sequência de imagens através do giro de 90 graus no sentido anti-horário no misturador mostra como os fluxos verticais se tornam fluxos horizontais no processo de mistura através de todo o túnel. Os dois fluxos de fluido são duplicados muitas vezes Ao tentar fazer essas medições, é importante lembrar que o tempo de medição deve ser muito curto em comparação com o tempo de difusão molecular para impactar as distribuições de concentração de componentes. Essas medições experimentais de mistura são especialmente úteis para testar o impacto de modelos constituintes de reologia de fluidos usados em simulações computacionais de dinâmica de fluidos de mistura e um misturador dividido e recombinado.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como usar a ressonância magnética para estudar as distribuições de concentração em um misturador estático.