ES2966288A1 - Reometro y procedimientos asociados - Google Patents

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ES2966288A1 ES202230815A ES202230815A ES2966288A1 ES 2966288 A1 ES2966288 A1 ES 2966288A1 ES 202230815 A ES202230815 A ES 202230815A ES 202230815 A ES202230815 A ES 202230815A ES 2966288 A1 ES2966288 A1 ES 2966288A1
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Salvatore Cito
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
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    • B01J13/00—Colloid chemistry, e.g. the production of colloidal materials or their solutions, not otherwise provided for; Making microcapsules or microballoons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Abstract

Reómetro (1) y procedimiento de entrenamiento ejecutado por elementos computacionales (7), que comprende grabar las gotas generadas por medio de una cámara de video (3), determinar frecuencia y tamaño de gota generada a través de una etapa de tratamiento imágenes ejecutada por los elementos computacionales (7), determinar régimen de formación de gotas, determinar la viscosidad u opcionalmente también otros los parámetros del modelo reológico de las gotas por medio de los elementos computacionales (7) que hacen uso de la tensión superficial, caudal, tamaño de gota y frecuencia de generación de gotas para determinar dicha viscosidad, y generar una base de datos que puede ser utilizada por una unidad de procesamiento para inferir por métodos empíricos o por entrenamiento de redes neuronales la viscosidad haciendo uso del tamaño de gota y la frecuencia medida mediante una cámara comunicada con unos elementos computacionales que ejecutan unas etapas de tratamiento de imágenes.

Description

DESCRIPCIÓN
REÓMETRO Y PROCEDIMIENTOS ASOCIADOS
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico de reómetros, en particular de aquellos adaptados para medir las propiedades Teológicas de gotas generadas por dos fluidos inmiscibles entre sí que se hacen pasar por una plataforma de formación de gotas microscópicas. De manera más concreta, el objeto de la presente invención se refiere a un reómetro y a procedimientos asociados ejecutados por elementos computacionales, que permiten calcular y, además, predecir, previo entrenamiento, la viscosidad o las propiedades viscoelásticas de las gotas generadas en una plataforma de formación de gotas microscópicas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los reómetros rotacionales conocidos en el estado de la técnica requieren de un aparataje voluminoso y engorroso, por ejemplo, mediante el uso de transductores mecánicos y motores.
Además, este tipo de reómetros requieren de cantidades de líquidos considerables y no son aptos para ser utilizados en plataformas de micro fluidos.
Otros reómetros conocidos, utilizan electrodos para detectar las diferencias de capacitancia debidas a cambios en las constantes dieléctricas una vez que pasa una gota. La señal obtenida se envía al dispositivo de recogida/lectura de datos y se calcula el tamaño de las gotas.
Por ejemplo, el documento EP1895308 describe utilizar sendos electrodos y un módulo de detección que detecta una propiedad eléctrica, como, por ejemplo, resistencia eléctrica, conductividad o resistividad, con objeto de relacionar dicha propiedad eléctrica con el tamaño de la gota.
Por otro lado, otros dispositivos como aquel descrito por el documento US2011201009 describen el controlar el tamaño y la frecuencia de las gotas generadas en una plataforma microfluídica modificando la presión relativa en el dispositivo, y, posteriormente, calcular el tamaño de la gota basado en métodos empíricos tradicionales conociendo la viscosidad de la fase continua y la tensión interfacial de los fluidos utilizados.
Todos los dispositivos conocidos describen un aparataje específico y engorroso o, en contrapartida, necesitan de recursos computacionales o tiempos de computación considerables y poco prácticos.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Un primer aspecto de la presente invención describe un procedimiento de entrenamiento ejecutado por ordenador para determinar la viscosidad o propiedades viscoelásticas de gotas generadas por dos fluidos inmiscibles entre sí, que se hacen pasar por una plataforma de formación de gotas que comprende un canal interior que canaliza un primer fluido, un canal exterior que envuelve exteriormente al canal interior donde éste canaliza un segundo fluido, y un canal de contacto en comunicación fluida con el canal interior y el canal exterior, donde entran en contacto ambos fluidos generando las gotas.
Más en particular, una vez los fluidos son introducidos por los canales correspondientes con un caudal conocido, el procedimiento comprende generar un video de las gotas siendo generadas en el canal de contacto por medio de al menos una cámara de video, y determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes.
Más en particular, la etapa de tratamiento de imágenes comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar una pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido y el segundo fluido,
- determinar una frontera límite entre el primer fluido y el segundo fluido, - obtener la posición de las gotas generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto,
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos,
Asimismo, la frecuencia de generación de gotas es determinada, por ejemplo, por medio del tiempo conocido entre cada una de las imágenes estáticas y la identificación del momento de generación de dichas gotas por medio de la aproximación a círculos de la etapa anterior.
Más en particular, preferentemente se determina un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición, y posteriormente se obtiene la frecuencia como la inversa del tiempo de generación determinado.
Una vez conocido el tamaño de gota y la frecuencia, se determina si se trata de un régimen de tipo por goteo (“dripping”) o por chorro (“jetting”). Preferentemente, si se detecta en la etapa de tratamiento de imágenes un fluido continuo y alargado o una frecuencia constante sin picos a la entrada de la región de contacto (o de formación de gotas), entonces se trata de régimen de chorro, si se detectan gotas entonces se trata de un régimen por goteo.
Más en particular, en una realización preferente la detección del régimen puede comprender medir una distancia longitudinal hasta la generación de la primera gota utilizando las imágenes extraídas del tratamiento de imágenes y establecer un umbral de distancia longitudinal a partir del cual se trata de un régimen de tipo chorro.
Alternativamente o en adición a lo anterior, la detección del régimen de formación de gotas puede comprender computar o analizar las frecuencias de generación de gotas de manera que, si se detecta una frecuencia constante antes de la generación de picos de frecuencia que corresponden a la formación de gotas, entonces se trata de un régimen de tipo chorro, de lo contrario, si se detectan picos en la frecuencia sustancialmente cerca de la entrada a la región de contacto, entonces se trata de un régimen por goteo.
Alternativamente o en adición a cualquiera de las realizaciones anteriores, la detección del régimen de formación de gotas puede comprender seleccionar una región de entrada localizada en una porción de entrada de la región de contacto, y, utilizando las imágenes extraídas del tratamiento de imágenes de la etapa y determinar una configuración geométrica del primer fluido dentro de dicha región dentro de la frontera límite identificada, si se detecta una zona alargada de auto sustentamiento de dicho primer fluido, entonces se trata de un régimen de tipo chorro, de lo contrario, si se detectan círculos en dicha región, entonces se determina que es un régimen de tipo por goteo.
En una realización preferente, la etapa de determinación del régimen de formación de gotas se ejecuta de la siguiente manera:
- determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir del cual se determina que el régimen es del tipo chorro,
- comparando la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro, - si no se sobrepasa el umbral se trata de un régimen de formación de tipo por goteo.
Una vez que ha sido determinado la frecuencia, el tamaño de las gotas, el tipo de régimen de formación de gotas, y conociendo o midiendo tensión superficial, densidad, y dimensiones de los conductos, se determina la viscosidad de los fluidos.
En el proceso de entrenamiento descrito las etapas arriba mencionadas se repiten una pluralidad de veces variando el caudal y almacenando los resultados hasta alcanzar un conjunto de datos estadísticamente representativo.
Finalmente, se genera una base de datos para estos dos fluidos inmiscibles, donde dicha base de datos comprende la viscosidad para distintos caudales de entrada, y dicha viscosidad vinculada a la frecuencia y el tamaño de gota determinado para cada una de las iteraciones empíricas, siempre segregando según el régimen de formación de gotas determinado.
Esta base de datos puede comprender una curva de ajuste que permite inferir los resultados de viscosidad estimados para otros caudales que no han sido directamente utilizados.
Lo anterior se puede repetir para distintas combinaciones de fluidos generando distintas bases de datos para distintas combinaciones.
Más en particular, una vez almacenados un volumen de datos considerable en la base de datos, y, opcionalmente, tras una etapa de filtrado de datos, se obtiene una tabla de datos de tamaños de gota y frecuencia de generación en la plataforma según: 1.) viscosidad y modelos reológicos de ambos fluidos, 2.) densidad de ambos fluidos y/o 3.) tensión superficial.
Tal y como se ha descrito, con estos datos se puede generar una curva de ajuste y tendencia, así como ecuaciones vinculadas a la misma.
Un segundo aspecto de la presente invención describe un procedimiento ejecutado por ordenador para, preferiblemente, determinar la viscosidad de gotas generadas por dos fluidos inmiscibles haciendo uso del procedimiento de entrenamiento arriba descrito, más concretamente de la base de datos generada.
Más particularmente, el procedimiento comprende:
- proveer una plataforma que comprende un canal interior configurado para canalizar un primer fluido, un canal exterior que envuelve exteriormente al canal interior configurado para canalizar un segundo fluido, y un canal de contacto en comunicación fluida con el canal interior y una región de contacto, donde en dicha región de contacto entran en contacto ambos fluidos generando las gotas,
- introducir el primer fluido por el canal interior y el segundo fluido por el canal exterior, - determinar los caudales de entrada de ambos fluidos, densidad, tensión superficial, y dimensiones de los canales,
- obtener por al menos una cámara un video de las gotas siendo generadas en la región de contacto, una vez se han introducido los fluidos en la etapa anterior, - determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes que comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar una pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido y el segundo fluido,
- determinar una frontera límite entre el primer fluido y el segundo fluido, - obtener la posición de las gotas generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto,
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos,
- determinar un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición,
- determinar la frecuencia como la inversa del tiempo de generación,
- determinar un régimen de formación de gotas seleccionado de entre: goteo o chorro, determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes de la etapa e.) y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir de cual se determina que el régimen es del tipo chorro, - comparar la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro, - si no se sobrepasa el umbral se trata de un régimen de formación de tipo por goteo.
Determinar la viscosidad puede comprender computar el punto de la curva de ajuste obtenida, extrapolar de tablas y/o construir y enseñar a un modelo de redes neuronales con la base de datos generada, para predecir la viscosidad o propiedades viscoelásticas de las gotas.
Por ejemplo, el programa de procesamiento de imágenes puede ser enseñado a comparar e interpretar los resultados de nuevas imágenes en base a imágenes anteriormente analizadas para combinaciones con resultados ya conocidos por métodos empíricos.
La etapa para determinar el régimen de formación de gotas puede comprender cualquiera de las alternativas descritas para el procedimiento de entrenamiento.
Un tercer aspecto de la presente invención describe un reómetro para determinar la viscosidad de gotas generadas por dos fluidos inmiscibles, que comprende:
- una plataforma que comprende a su vez un canal interior configurado para canalizar un primer fluido, un canal exterior que envuelve exteriormente al canalizar interior donde éste está configurado para analizar un segundo fluido, y una región de contacto donde entran en contacto ambos fluidos generando las gotas,
- una cámara operativamente comunicada con una unidad de procesamiento configurada para llevar a cabo las etapas de:
- determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes que comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar una pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido y el segundo fluido,
- determinar una frontera límite entre el primer fluido y el segundo fluido, - obtener la posición de las gotas generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto,
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos,
- determinar un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición,
- determinar la frecuencia como la inversa del tiempo de generación,
- determinar un régimen de formación de gotas seleccionado de entre: goteo o chorro, determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir de cual se determina que el régimen es del tipo chorro,
- comparar la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro,
- si no se sobrepasa el umbral, el régimen de formación es del tipo por goteo.
El reómetro puede acoplarse también a un microscopio invertido y con cámara de video.
La cámara de video puede ser aquella integrada en un dispositivo móvil, y los elementos computacionales pueden ser aquellos integrados en el mismo, donde dichos elementos computacionales ejecutan la etapa de tratamiento de imágenes, la etapa de determinación de régimen de formación de gotas, y la etapa de determinación de frecuencias, infiriendo finalmente la viscosidad por medio de una base de datos introducida en una unidad de almacenamiento de éste o volcada en la red.
Un cuarto aspecto de la presente invención describe un programa de ordenador que está integrado en la unidad de procesamiento del reómetro o del dispositivo móvil, donde dicho programa de ordenador presenta una unidad de procesamiento que ejecuta las siguientes etapas:
- una plataforma que comprende a su vez un canal interior que canaliza un primer fluido, un canal exterior que envuelve exteriormente al canalizar interior donde éste canaliza un segundo fluido, y un canal de contacto donde entran en contacto ambos fluidos generando las gotas,
- una cámara operativamente comunicada con una unidad de procesamiento configurada para llevar a cabo las etapas de:
- determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes que comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar una pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido y el segundo fluido,
- determinar una frontera límite entre el primer fluido y el segundo fluido, - obtener la posición de las gotas generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto,
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos,
- determinar un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición,
- determinar la frecuencia como la inversa del tiempo de generación,
- determinar un régimen de formación de gotas seleccionado de entre: goteo o chorro, determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir de cual se determina que el régimen es del tipo chorro,
- comparar la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro,
- si no se sobrepasa el umbral, el régimen de formación es del tipo por goteo.
Una unidad de almacenamiento puede comprender dicho programa de ordenador.
Un quinto aspecto de la presente invención describe una plataforma microfluídica apta y especialmente ventajosa para ejecutar cualquiera de los procedimientos anteriores, que comprende:
- un canal interior dotado de una sección transversal circular, donde dicho canal interior canaliza el primerfluido,
- un canal exterior concéntrico con el canal interior, donde éste envuelve exteriormente al canalizar interior y canaliza el segundo fluido,
- un canal de contacto en comunicación fluida con el canal exterior y el canal interior, donde entran en contacto ambos fluidos generando las gotas,
donde el canal interior presenta un estrechamiento en una boquilla de salida que canaliza el primer fluido hasta la región de contacto.
El reómetro puede comprender la plataforma microfluídica arriba descrita.
Preferentemente, el estrechamiento presenta una sección decreciente curvilínea. Esta configuración es consecuencia de un procedimiento de fabricación que comprende flamear los extremos de un tubo de vidrio, donde dicho tubo es finalmente el conducto interior de la plataforma.
Alternativamente, el estrechamiento puede presentar una sección decreciente troncocónica.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista esquemática de un reómetro de acuerdo con una realización preferente de la presente invención.
Figura 2.- Muestra una de las imágenes estáticas tomada con la cámara de video de acuerdo con el procedimiento de tratamiento de imágenes de la presente invención.
Figura 3.- Muestra una región de entrada seleccionada en la entrada a la región de contacto con objeto de determinar el tipo de régimen de formación de gotas.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Seguidamente se ofrece, con ayuda de la figura 1-3 antes descritas, una descripción en detalle de un ejemplo de realización preferente del objeto de la invención.
El objeto de la invención se refiere a un procedimiento ejecutado por ordenador e implementado en un reómetro (1) tal y como el que se muestra en la figura 1 a modo de ejemplo.
Más en particular, el procedimiento comprende a.) proveer una plataforma (2) dotada de un canal interior (8) que canaliza un primer fluido (4), un canal exterior (9) concéntrico al canal interior (8) y que envuelve exteriormente al canalizar interior (8) donde éste canaliza un segundo fluido (5), y un canal de contacto (10) en comunicación fluida con el canal interior (8) y el canal exterior (9), donde en dicho canal de contacto (10) entran en contacto ambos fluidos (4,5) generando las gotas.
El procedimiento comprende, además:
b. ) introducir el primer fluido (4) por el canal interior (8) y el segundo fluido por el canal exterior (9),
c. ) determinar los caudales de entrada de ambos fluidos (4,5), densidad, tensión superficial, y dimensiones de los canales (8, 9, 10),
d. ) obtener por al menos una cámara (3) un video de las gotas siendo generadas en la región de contacto (12), una vez se han introducido los fluidos (4,5) en la etapa b.), e. ) determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes que comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar una pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5),
- determinar una frontera límite entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5), - obtener la posición de las gotas (14) generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto (12),
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos (15), f. ) determinar un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición, g. ) determinar la frecuencia como la inversa del tiempo de generación,
Tal y como muestra la figura 3, el procedimiento comprende, además, h.) determinar un régimen de formación de gotas seleccionado de entre: goteo o chorro, determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto (12) utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes de la etapa e.) y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir de cual se determina que el régimen es del tipo chorro, y i) comparar la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro, - si no se sobrepasa el umbral se trata de un régimen de formación de tipo por goteo.
En una realización preferente, el procedimiento ejecutado por ordenador comprende una etapa j.) de determinar la viscosidad de las gotas generadas mediante la frecuencia de generación y el tamaño de cada una de dichas gotas obtenidas, donde el caudal y la tensión superficial han sido previamente obtenidos.
Además de la viscosidad, el procedimiento ejecutado por ordenador comprende, en la etapa j.), determinar otros parámetros Teológicos de interés para cada uno de los caudales, frecuencia, tamaño de gota y tensión superficial.
Posteriormente, en una realización preferente y para realizar el entretenimiento, por ejemplo, entrenando y construyendo un modelo de redes neuronales, el procedimiento comprende, además:
k. ) repetir las etapas b.) hasta j.) una pluralidad de veces variando los caudales de entrada hasta alcanzar un conjunto de datos estadísticamente representativo,
<l>. ) almacenar los resultados obtenidos de la etapa anterior generando una base de datos que comprende la viscosidad para cada frecuencia de generación y tamaño de gota para distintos caudales y para cada uno de los regímenes de flujo identificados: chorro y goteo.
Esta base de datos puede ser generada simultáneamente en el entrenamiento de redes neuronales o se puede utilizar dicha base de datos con una tabla con datos estadísticamente para realizar un ajuste y mediante dicho ajuste determinar la viscosidad y opcionalmente también los otros parámetros del modelo reológico considerados en sucesivas ocasiones únicamente midiendo tamaño de gota y/o frecuencia para la combinación de estos fluidos y con un caudal determinado que es conocido.
En otras palabras, en otra realización preferente el procedimiento determinar la viscosidad de al menos una de las gotas haciendo uso de una base de datos que comprende una tabla de valores de viscosidad vinculados al tamaño de gotas y a la frecuencia para distintos caudales y regímenes de flujo.
Tal y como muestra la figura 1, otro objeto de la presente invención es proporcionar un reómetro (1) que comprende:
- una plataforma (2) que comprende a su vez un canal interior (8) que canaliza un primer fluido (4), un canal exterior (9) que envuelve exteriormente al canalizar interior (8) donde éste canaliza un segundo fluido (5), y un canal de contacto (10) donde entran en contacto ambos fluidos (4,5) generando las gotas,
- una cámara operativamente comunicada con una unidad de procesamiento configurada para llevar a cabo las etapas de:
- determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes que comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar una pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5),
- determinar una frontera límite entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5), - obtener la posición de las gotas (14) generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto (12),
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos (15), - determinar un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición,
- determinar la frecuencia como la inversa del tiempo de generación,
- determinar un régimen de formación de gotas seleccionado de entre: goteo o chorro, determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto (12) utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir de cual se determina que el régimen es del tipo chorro,
- comparar la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro,
- si no se sobrepasa el umbral, el régimen de formación es del tipo por goteo.
En una realización preferente, para aligerar recursos computacionales, una vez la base de datos ya ha sido generada o cuando el modelo de redes neuronales ha sido construido y enseñado, el reómetro (1) comprende, además, una unidad de almacenamiento (6) que presenta una base de datos con valores de viscosidad vinculados al tamaño de gotas y a la frecuencia para distintos caudales y regímenes de flujo, y los elementos computacionales o unidad de procesamiento (7) determinan la viscosidad de al menos uno de los fluidos haciendo uso de la base de datos entrenada y/o generada que está ya comprendida en unidad de almacenamiento (6).
Tal y como muestra la imagen estática o foto tomada por la cámara (3) e ilustrada en la figura 2, en una realización preferente, el canal interior (8) está dotado de una sección transversal circular, y el canal exterior (9) es concéntrico que envuelve el canal interior (8) presenta una sección transversal rectangular.
Asimismo, el canal interior (8) presenta un estrechamiento hasta la boquilla (13) de salida que canaliza el primer fluido (4) hasta la región de contacto (12).
Además, en la realización preferente siendo descrita, el estrechamiento presenta una sección decreciente curvilínea y es consecuencia de un procedimiento de fabricación que incluye el flameado de los extremos capilares de un tubo de vidrio que representa dicho canal interior (8). En esta realización, la sección decreciente es consecuencia de un proceso de fabricación que comprende flamear los extremos de un tubo de vidrio, donde dicho tubo es finalmente el conducto interior (8) de la plataforma.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1.- Procedimiento para determinar el régimen de formación de gotas y el tamaño de gotas (14) generadas por dos fluidos inmiscibles (4,5), donde el procedimiento comprende las etapas de:
a. ) proveer una plataforma (2) que comprende un canal interior (8) configurado para canalizar un primer fluido (4), un canal exterior (9) que envuelve exteriormente al canal interior (8) configurado para canalizar un segundo fluido (5), y un canal de contacto (10) en comunicación fluida con el canal interior (8) y una región de contacto (9), donde en dicha región de contacto (10) entran en contacto ambos fluidos (4,5) generando las gotas,
b. ) introducir el primer fluido (4) por el canal interior (8) y el segundo fluido por el canal exterior (9),
c. ) determinar los caudales de entrada de ambos fluidos (4,5), densidad, tensión superficial, y dimensiones de los canales (8, 9, 10),
d. ) obtener por al menos una cámara (3) un video de las gotas siendo generadas en la región de contacto (12), una vez se han introducido los fluidos (4,5) en la etapa b.), e. ) determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes que comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar la pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5),
- determinar una frontera límite entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5), - obtener la posición de las gotas (14) generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto (12),
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos (15), f. ) determinar un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición, g. ) determinar la frecuencia como la inversa del tiempo de generación,
h. ) determinar un régimen de formación de gotas seleccionado de entre: goteo o chorro, determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto (12) utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes de la etapa e.) y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir de cual se determina que el régimen es del tipo chorro,
i) comparar la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro, - si no se sobrepasa el umbral se trata de un régimen de formación de tipo por goteo.
2. - El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende una etapa j.) que comprende determinar al menos la viscosidad de las gotas generadas mediante la frecuencia de generación y el tamaño de cada una de dichas gotas obtenidos, donde el caudal y la tensión superficial han sido previamente obtenidos.
3. - El procedimiento de la reivindicación 2, que comprende, además, las siguientes etapas:
k. ) repetir las etapas b.) hasta j.) una pluralidad de veces variando los caudales de entrada hasta alcanzar un conjunto de datos estadísticamente representativo,
<l>. ) almacenar los resultados obtenidos de la etapa anterior generando una base de datos que comprende la viscosidad para cada frecuencia de generación y tamaño de gota para distintos caudales y para cada uno de los regímenes de flujo identificados: chorro y goteo.
4. - El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende determinar la viscosidad de al menos una de las gotas haciendo uso de una base de datos que comprende una tabla de valores de viscosidad vinculados al tamaño de gotas y a la frecuencia para distintos caudales y regímenes de flujo.
5. - El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el umbral de grises de la etapa g.) es determinado usando un caudal y una frecuencia de generación de un experimento conocido de los mismos fluidos inmiscibles (4,5).
6. - Reómetro (1) para determinar al menos la viscosidad de unas gotas generadas por dos fluidos (4,5) inmiscibles, donde dicho reómetro comprende:
- una plataforma (2) que comprende a su vez un canal interior (8) que canaliza un primer fluido (4), un canal exterior (9) que envuelve exteriormente al canalizar interior (8) donde éste canaliza un segundo fluido (5), y un canal de contacto (10) donde entran en contacto ambos fluidos (4,5) generando las gotas,
- una cámara operativamente comunicada con una unidad de procesamiento configurada para llevar a cabo las etapas de:
- determinar el tamaño de gotas generadas mediante una etapa de tratamiento de imágenes que comprende:
- obtener un conjunto de imágenes estáticas mediante capturas con un valor de tiempo conocido,
- transformar una pluralidad de las imágenes estáticas generadas en imágenes en escala de grises,
- determinar un umbral de grises a partir del cual se diferencia entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5),
- determinar una frontera límite entre el primer fluido (4) y el segundo fluido (5), - obtener la posición de las gotas (14) generadas identificando formas sustancialmente circulares determinando el punto central de cada una de las formas sustancialmente circulares y la distancia respecto a un punto de referencia definido a la entrada de la región de contacto (12),
- obtener un diámetro medio para cada uno de los círculos (15), - determinar un tiempo de generación de gotas como la diferencia en el valor de tiempo de dos imágenes estáticas que comprenden una gota en la misma posición,
- determinar la frecuencia como la inversa del tiempo de generación,
- determinar un régimen de formación de gotas seleccionado de entre: goteo o chorro, determinando una distancia longitudinal hasta la generación de la gota más cercana respecto a la entrada de la región de contacto (12) utilizando las imágenes estáticas extraídas del tratamiento de imágenes y estableciendo un umbral de distancia longitudinal a partir de cual se determina que el régimen es del tipo chorro,
- comparar la distancia con el umbral establecido, de modo que:
-si se sobrepasa el umbral, el régimen de formación de gotas es del tipo chorro,
- si no se sobrepasa el umbral, el régimen de formación es del tipo por goteo.
7.- El reómetro de la reivindicación 6, que comprende una unidad de almacenamiento (6) que presenta una base de datos con valores de viscosidad vinculados al tamaño de gotas y a la frecuencia para distintos caudales y regímenes de flujo, y la unidad de procesamiento determina la viscosidad de al menos uno de los fluidos haciendo uso de dicha unidad de almacenamiento (6).
8.- El reómetro de la reivindicación 7, en el que el que el canal interior (8) de la plataforma microfluídica está dotado de una sección transversal circular, el canal exterior (9) está dotado de una sección transversal rectangular, y donde el canal interior (8) presenta un estrechamiento hasta la boquilla (13) de salida que canaliza el primer fluido (4) hasta la región de contacto (12).
9. - El reómetro de la reivindicación 8, en el que el estrechamiento presenta una sección decreciente curvilínea.
10. - El reómetro de la reivindicación8, en el que el estrechamiento presenta una sección decreciente troncocónica.
11. - Programa de ordenador configurado para ejecutar, en una unidad de procesamiento de un reómetro que comprende una cámara (3) operativamente comunicado con la unidad de procesamiento, las etapas descritas en la reivindicación 6.
12. - Unidad de almacenamiento que almacena el programa de ordenador de la reivindicación 11.
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