Resumo: Esta dissertação de mestrado descreve a fabricação de dispositivos microfluídicos capazes de suportar as vazões necessárias para a formação de turbulência em microcanais, e explora a capacidade destes dispositivos em solucionar um desafio crítico da microfluídica moderna, a capacidade de mistura. Para tal, os dispositivos microfluídicos foram fabricados pelo método de polimerização e remoção de scaffold, que resulta em dispositivos de peças únicas, sem quaisquer interfaces. Poli(dimetilsiloxano) (PDMS) e resina epóxi a base de bisfenol A (BPA) foram utilizadas como matriz para confecção dos dispositivos. Enquanto que o PDMS é amplamente empregado pela área de microfluídica, a resina epóxi BPA foi utilizada sem precedentes. A abordagem adotada para fabricação dos dispositivos exibiu uma rotina experimental simples (requer basicamente uma estufa), barata (livre do uso de `sala limpa¿) e rápida. A técnica é baseada genericamente em duas etapas: polimerização e remoção de scaffold. Desse modo, os dispositivos apresentaram altas forças de adesão, suportando as vazões necessárias para formação de turbulência. Três testes avaliaram a performance dos dispositivos em gerar misturas homogêneas assistidas por vazões elevadas. Os experimentos incluíram: reação colorimétrica, química e microemulsificação. Os resultados gerados nos experimentos foram avaliados em função do número de Reynolds e do percentual de eficiência de mistura. Nos três casos, os resultados demonstraram que misturas homogêneas só foram alcançadas em regime turbulento e que uma eficiência de mistura ótima só é alcançada na presença deste regime. Tal fato, demonstra que o fenômeno de turbulência em microcanais não ocorre isoladamente. Isso demonstra uma nova ferramenta para avaliação do escoamento turbulento em microcanais, tornando-a imprescindível para futuros estudos. A relevância do escoamento turbulento em microcanais foi demostrada pelo método baseado em microemulsificação que determinou o teor de álcool em bebidas alcoólicas comerciais e pela extração líquido-líquido de monoetilenoglicol em amostras de condensado de gás natural. Ademais, caracterizações dos microcanais, teste de deformação elástica e resistência química são mostrados. Os resultados obtidos demonstram que o dispositivo é capaz de resolver limitações relevantes da microfluídica moderna, das quais incluem a formação de escoamento turbulento em microcanais e alto desempenho de mistura Ver menos

Abstract: This work describes the fabrication of microfluidic devices capable for resisting the flow rates required to form turbulence in microchannels, and explores the ability of these devices to solve a critical challenge of modern microfluidic, the mixer ability. The microfluidic devices were fabricated by the polymerization and scaffold removal (PSR) method, which results in a single piece device without any interfaces. Polydimethylsiloxane (PDMS) and epoxy resin based on bisphenol A (BPA) were used as a matrix for the devices fabrication. PDMS is widely used in the field of microfluidics, however, BPA epoxy resin has been used unprecedented. The approach used for the devices fabrication exhibited a simple (free of cleanroom use), cheap and fast experimental routine. The PSR method is based on two steps: polymerization and scaffold removal. In this sense, the devices presented high adhesion forces, supporting the necessary flow rates for turbulence formation. Three tests were performed to evaluate the performance of the devices for generating homogeneous mixtures assisted by high flow rates. These experiments included colorimetric and chemical reaction as well as microemulsification. The results obtained in the experiments were evaluated as a function of the Reynolds number and the percentage of mixing efficiency. These results demonstrated that homogeneous mixtures were only reached under turbulent regime. Furthermore, an optimum mixing efficiency is only achieved in the presence of this regime. This fact demonstrates that the phenomenon of turbulence in microchannels does not occur separately. Therefore, it was verified a new tool to evaluate the turbulent flow in microchannels, making it essential for future studies. The relevance of turbulent flow in microchannels was demonstrated by the microemulsification based method to determine the alcohol content in commercial alcoholic beverages and the liquid-liquid extraction of monoethyleneglycol using samples of condensate natural gas. Additionally, the characterization of the microchannels, elastic deformation test and chemical resistance are studied. Finally, the fabricated devices in this work are able to solve the relevant limitations involving modern microfluidics field, which include the formation of turbulent flow in microchannels and high mixing performance Ver menos