ES2872473T3 - Procedimiento y dispositivo de generación de emulsiones micrométricas simples y compuestas - Google Patents

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Abstract

Esta invención describe un procedimiento para generar emulsiones simples y compuestas de diámetros y recubrimientos controlables de tamaño micrométrico, mediante un dispositivo formado por elementos de dimensiones características de tamaños del orden del milímetro. La generación de emulsiones se obtiene mediante la succión producida por el flujo de un líquido viscoso a través de la sección de un tubo capilar de tamaño milimétrico. Según una determinación paramétrica, el líquido o la pareja de líquidos a emulsionar forma un chorro capilar estacionario simple o compuesto, de diámetro micrométrico, por la acción del coflujo del líquido emulsionante y del gradiente de presiones favorables que produce, que rompe por inestabilidad capilar formando microgotas monodispersas simples o compuestas. La invención descrita en esta memoria tiene aplicación en aquellos sectores industriales en los que la producción de emulsiones simples y compuestas monodispersas, homogéneas y de diámetros y recubrimientos controlables de tamaño micrométrico sea parte esencial del proceso.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo de generación de emulsiones micrométricas simples y compuestas
Objeto de la invención
La invención descrita en esta memoria corresponde al Área Científico y Técnico de la Microfluidica. El estudio de los microfluidos es un campo multidisciplinar que incluye partes de la Física, la Química, la Ingeniería y la Biotecnología. Investiga el comportamiento de los fluidos en la microescala, donde el régimen de movimiento es laminar, la gravedad y la inercia son despreciables y la viscosidad y la tensión superficial son dominantes. Este área científico y técnico comprende el diseño de sistemas -dispositivos y procedimientos- para la producción controlada de chorros estacionarios simples y compuestos que rompen capilarmente produciendo gotas simples y compuestas que se utlilizan a su vez para la producción de fibras, tubos y cápsulas de tamaño micro y submicrométrico.
Es conocido el interés de diversos sectores de actividad de diferentes industrias por la generación de emulsiones simples y compuestas formadas por gotas de tamaño micrométrico con recubrimiento o sin él. Por ejemplo, la industrias alimentaria (encapsulación de aditivos), fitosanitaria, cosmética, farmacéutica (transporte selectivo de principios activos), química (fabricación de detergentes), o de los materiales (fabricación de dispositivos ópticos mediante cristales líquidos), entre otras. En general, el procedimiento y el dispositivo de generación de emulsiones objeto de la invención descrita en esta memoria tienen aplicación en aquellos sectores industriales en los que la producción de emulsiones simples y compuestas monodispersas, homogéneas y de diámetros y recubrimentos controlables de tamaño micrométrico sea parte esencial del proceso.
Estado de la técnica
En los últimos años se han multiplicado los estudios, invenciones y aplicaciones relacionadas con el control microscópico de las corrientes fluidas, y entre estos estudios e invenciones destacan los que involucran superficies libres o interfases entre dos fluidos inmiscibles para poder conseguir estructuras microscópicas (micro-gotas, micro-burbujas, micro-cápsulas, etc.) de forma reproducible y robusta. Conviene destacar aquí dos fenómenos/inventos peculiares representativos de la generación de micro-chorros: (i) el electrospray o producción de micro-chorros de líquido mediante fuerzas electrostáticas, conocido desde hace siglos, y (ii) el “flow focusing” capilar, que emplea fuerzas de presión (puramente mecánicas) y un orificio de “enfocamiento” para generar el chorro. Respondiendo a su geometría, ambos métodos presentan genuinamente una simetría axial (axilsimétricos) en la zona de la interfase en la que se produce el chorro, aunque existen materializaciones de dispositivos flow-focusing en geometrías prácticamente bidimensionales (Anna et al, Appl. Phys. Lett, (2003), 82, 364-366, Gordillo et al, Phys. Fluids, (2004), 16, 2828-2834).
En el caso del electrospray, los principales inconvenientes provienen de (i) la inherente e inevitable dependencia del fenómeno respecto a las propiedades eléctricas del líquido, lo cual limita enormemente la libertad paramétrica fisicoquímica del método (aunque hayan surgido aplicaciones de enorme relevancia en bioquímica -espectrometría de masas de moléculas biológicas), (ii) la pequeña productividad de método (caudal másico muy pequeño) y la dificultad para “escalarlo” o “multiplicarlo” (multiplexing) y (iii) la mediocre robustez del método por su gran dependencia de las condiciones superficiales y tamaños de los tubos de alimentación de los líquidos. En “flow focusing” axilsimétrico, aunque se eliminan los inconvenientes de la dependencia respecto a las propiedades eléctricas del fluido, aún se tienen problemas respecto al alineamiento de los tubos de alimentación respecto a los orificios de enfocamiento. En las implementaciones de tipo flow-focusing 2D, el problema principal proviene del mojado con las superficies que confinan al fluido a dispersar.
La razón por la que la producción controlada de partículas micro y submicrométricas supone una de las líneas de investigación más activas dentro del campo de la Mecánica de Fluidos, es por el gran número de aplicaciones tanto científicas como tecnológicas que tiene. Por ejemplo, como se señala en el artículo “Micro- and nanoparticles via capillary flows”, Barrero y Loscertales, Annual Review of Fluid Mechanics, (2007), 39, 89-106, la absorción eficiente de nuevos fármacos por los tejidos y órganos requiere que el producto activo se encuentre confinado en gotas de tamaños sustancialmente menores que 10 micras. Las emulsiones formadas por gotas de tamaño micrométrico también tienen aplicación en muchos otros campos, como la industria alimenticia, o la ciencia de los materiales (fabricación de dispositivos ópticos mediante cristales líquidos), entre otros. En la actualidad existen un número considerable de procedimientos que permiten conseguir este tipo de microemulsiones, con tamaños característicos de gotas en el entorno de las diez micras. Sin embargo, sólo existe una técnica que consiga bajar el tamaño por debajo de esta cota de manera eficiente: la de los electrosprays simples y compuestos (Loscertales, Barrero y otros, Science, (2002), 295, 5560). Aquí presentamos una técnica que prescinde del uso de campos eléctricos o de surfactantes y que posee una geometría tan sencilla, que carece de los problemas de centrado de los dispositivos tipo flow focusing tridimensional, Gañán-Calvo y Gordillo, Phys. Rev. Lett. (2001), 87, 274501, o de mojado con las superficies adyacentes como las técnicas que hacen uso de dispositivos tipo flow-focusing creados con los métodos de softlithography (Anna et al, Appl. Phys. Lett, (2003), 82, 364-366). Estos métodos, además de ser más complejos en cuanto a su geometría puesto que la corriente a dispersar ha de ser enfocada a través de un orificio o canal de dimensión menor que la aguja inyectora, son incapaces de conseguir tamaños de gotas por debajo de las 5 micras de manera sistemática.
En los últimos tiempos, existe un interés creciente por parte de la industria alimenticia, farmacéutica o química de generar cápsulas que contengan en su interior un principio activo y que exteriormente están recubiertas de una coraza flexible o rígida. Son innumerables las patentes que registran un procedimiento para la producción de cápsulas o de emulsiones. En el caso de cápsulas para aplicación alimenticia se encuentran los ejemplos de las patentes AU754712 y EP1263451. En aplicaciones a la industria química (principalmente empresas dedicadas a la fabricación de detergentes), EP1288287 y WO03002160. Las aplicaciones a la industria farmacéutica son las más comunes y cuentan con innumerables registros, entre los que cabe citar WO03004003, WO0041740, US6514526, EP1151746. En la mayor parte de estos ejemplos, las cápsulas son generadas mediante procesos químicos de deposición de una sustancia sobre la superficie de una gota de un compuesto o principio activo. El fin de la cubierta externa, que suele ser elástica o rígida, es la de proteger el principio activo que se encuentra en su interior. Existen procedimientos, patentados inicialmente en la Universidad de Sevilla, que siguen un procedimiento diferente para encapsular líquidos o generar emulsiones. Ambos se basan en hacer fluir de manera coaxial dos corrientes fluidas inmiscibles. Es bien sabido que los chorros cilíndricos se rompen en gotas debido al crecimiento de una inestabilidad capilar, también conocida como inestabilidad de Rayleigh. Cuando esta rotura se produce de manera simultánea en los chorros interior y exterior, se generan gotas que en su interior poseen otras gotas de menor tamaño. Si la cubierta externa se hace sólida mediante algún procedimiento (por ejemplo, haciendo que el fluido exterior sea un fotopolímero que aumente su viscosidad o que se rigidice con luz ultravioleta), pueden generarse cápsulas sólidas. Las emulsiones pueden generarse en estos dispositivos sin más que inyectar un líquido utilizando cualquiera de los procedimientos antes señalados en un baño de un líquido inmiscible con el fluido inyectado. El primer procedimiento pertenece a la familia de dispositivos conocidos como flow focusing, y está protegido por las patentes US 6174469, US 6187214 y US 6450189. En este caso, al igual que ocurre con los atomizadores del tipo flow focusing las dos corrientes concéntricas de fluido son aceleradas debido al gradiente favorable de presión que existe entre una cámara presurizada con gas y el exterior. El diámetro de los chorros interior y exterior decrece y, finalmente, por un mecanismo fundamentalmente capilar, se generan las gotas compuestas. Estas gotas compuestas pueden llegar a tener diámetros del orden de las 100 micras. Por otra parte, con la tecnología conocida como Y-Flow, los chorros concéntricos interior y exterior son acelerados haciendo uso de un campo eléctrico. Las cápsulas generadas pueden llegar a tener tamaños nanométricos (las cápsulas producidas según este procedimiento son las más pequeñas jamás generadas), y está protegido según las patentes P200100231, PCT ES02/00047 y PCT US 02/02787. Este procedimiento tiene, sin embargo, la desventaja frente a los dispositivos flow focusing de que son necesarios campos eléctricos y que los caudales de líquido son del orden de 1000 a 100 veces menores que los que se pueden utilizar en la tecnología flow focusing.
El documento WO2013/006661A2 divulga un dispositivo según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 2. Muestra emulsiones múltiples, así como técnicas para la formación de las mismas. Una emulsión múltiple consiste en gotas grandes que contienen una o más gotas más pequeñas en su interior. En algunas materializaciones, la gota o gotas más grandes pueden estar suspendidas en un fluido portador que contiene las gotas más grandes que, a su vez, contienen las gotas más pequeñas. En ciertas realizaciones, se pueden formar múltiples emulsiones en una única etapa, en general con una repetibilidad precisa, así como en algunas materializaciones se pueden realizar adaptaciones para incluir un recubrimiento delgado de fluido que separa a otros dos fluidos.
Descripción de las figuras
Para complementar la descripción del invento, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus características, se incluyen en la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, dos planos que con carácter ilustrativo y no limitativo, recogen sendos modelos de prototipos de generación de emulsiones simples y compuestas (Fig.1 y Fig.2 respectivamente), así como dos relaciones de imágenes que muestran la producción real de emulsiones, tanto simples como compuestas (Fig.3 y Fig.4) con prototipos de las dos clases. Figura 1: La figura consiste en el esquema de un prototipo de dispositivo para la generación de emulsiones simples.
El dispositivo está constituido por el tubo de inyección (1) del líquido a emulsionar, de diámetro interior di, alineado coaxialmente y separado una distancia h del tubo de extracción (3), de longitud l y sección cuadrada de lado interior lo y salida al exterior, contenidos en el interior de una cámara de descarga (4) con un orificio (5) para la entrada del líquido emulsionante.
Además, para ilustrar la generación de emulsiones simples en el dispositivo mediante el procedimiento objeto de la invención, se representan en la figura el perfil de velocidades (6) del flujo del líquido a emulsionar en el interior del tubo de inyección, y las líneas de corriente (10) y el perfil de velocidades (8) del flujo del líquido emulsionante en los alrededores de la sección de entrada del tubo de extracción y aguas abajo en su interior, respectivamente. Figura 2: La figura es el esquema de un prototipo de dispositivo para la generación de emulsiones compuestas. Las diferentes partes que lo integran son un tubo de inyección compuesto formado por un tubo capilar interior (1) de diámetro di para la inyección del líquido interior, centrado coaxialmente en el interior de un segundo tubo capilar exterior (2) de diámetro do por donde se inyecta el líquido intermedio, alineado coaxialmente y separado una distancia h del tubo de extracción (3), de longitud l y sección cuadrada de lado interior lo y salida al exterior, contenidos en el interior de una cámara de descarga (4) con un orificio (5) para la entrada del líquido emulsionante.
Complementariamente, para ilustrar la generación de emulsiones compuestas en el dispositivo mediante el procedimiento objeto de la invención se representan en la figura el perfil de velocidades del flujo del líquido interior (6) en el interior del tubo de inyección interior, el perfil de velocidades del flujo del líquido intermedio (7) en el interior del tubo de inyección exterior, y las líneas de corriente (10) y el perfil de velocidades (8) del flujo del líquido emulsionante en los alrededores de la sección de entrada del tubo de extracción y aguas abajo en su interior, respectivamente.
Descripción de la invención
Según la invención, se proporcionan a continuación la descripción de un dispositivo para generar emulsiones simples de acuerdo a la reivindicación 1 y la descripción de un dispositivo para generar emulsiones compuestas de acuerdo a la reivindicación 2. Además, según la invención, se proporcionan a continuación la descripción de los procedimientos correspondientes de acuerdo a las reivindicaciones 6 y 8.
El objeto de la presente invención es un procedimiento de generación de emulsiones simples y compuestas, a partir de la formación de un microchorro capilar, simple o compuesto, según el caso, cuando se succiona un líquido o sendos líquidos inmiscibles o escasamente miscibles que fluyen coaxialmente, por medio de un líquido exterior viscoso, inmiscible o escasamente miscible con el líquido simple o compuesto a emulsionar, y que fluye a la velocidad adecuada, así como el dispositivo donde y con el que llevar a cabo dicho procedimiento.
Según una determinación paramétrica, cuya especificación constituye la esencia del procedimiento de la invención, en el caso de generación de emulsiones simples el líquido succionado forma un chorro capilar estacionario de diámetro controlable y tamaño micrométrico por la acción del coflujo del líquido exterior y del gradiente de presiones favorable que produce. Este chorro simple rompe por inestabilidad capilar produciendo gotas de tamaño micro y submicrométrico y escasa dispersión de tamaños.
En el caso de generación de emulsiones compuestas, la succión provoca un chorro capilar compuesto, por la acción del coflujo del líquido exterior y del gradiente de presiones favorable que produce sobre el líquido intermedio y de este sobre el líquido interior de igual forma. El interior de este chorro compuesto rompe en gotas por inestabilidad capilar, induciendo la rotura del líquido intermedio produciendo el recubrimiento de las gotas del líquido interior y con ello la formación de gotas compuestas, de tamaño micrométrico.
La determinación paramétrica en la generación de emulsiones compuestas permite el control tanto del tamaño de las gotas del líquido interior como el espesor de su recubrimiento con el líquido intermedio.
El procedimiento de la invención es de aplicación en todas aquellas demandas tecnológicas que requieran la generación de emulsiones simples monodispersas de tamaños micrométricos de la fase a dispersar, así como en aquellas demandas tecnológicas que requieran la generación de emulsiones compuestas homogéneas, cuya fase dispersa requiera diámetros de gota y espesores de su recubrimiento de tamaños micrométricos y controlables.
El objeto de la presente invención es un procedimiento y un dispositivo para la generación de emulsiones simples y compuestas de tamaño micrométrico.
El dispositivo que produce la generación de emulsiones está formado por los siguientes elementos: una cámara de descarga de dimensiones del orden del centímetro, cuyo interior contiene sendos tubos alineados coaxialmente, un tubo de extracción, de diámetro o lado interior lo del orden del milímetro y longitud l, y un tubo capilar de inyección simple, de diámetro interior di del orden del milímetro, o un tubo capilar de inyección compuesto, formado por sendos tubos capilares concéntricos, el exterior de los cuales tiene un tamaño interior do del orden del milímetro. La sección de salida del tubo capilar simple o compuesto se encuentra separado de la sección de entrada del tubo de extracción una distancia h del orden del milímetro. Las dimensiones geométricas di, do, lo y h de los elementos del dispositivo constituyen su configuración geométrica.
La circulación de un líquido exterior viscoso le desde la cámara de descarga hasta el exterior a través del tubo de extracción produce en los alrededores de su sección de entrada la succión del líquido simple li, inyectado en la cámara a través del tubo capilar por el que fluye, formándose un chorro capilar estacionario, que se estrecha aguas abajo alcanzando un diámetro constante de tamaño micrométrico. Este chorro se forma gracias a la acción del coflujo del fluido exterior y del gradiente de presiones favorable que ejerce el fluido exterior sobre el chorro capilar simple. Este chorro simple rompe por inestabilidad capilar en gotas del mismo orden que el del chorro que las origina, produciendo una emulsión simple monodispersa de tamaño micrométrico.
Si se utiliza un tubo capilar de inyección compuesto, la succión produce un chorro capilar compuesto por el líquido intermedio, que forma la corteza más externa del chorro, y por el líquido interior, que se encuentra en el centro del chorro compuesto. El chorro compuesto se forma gracias a la acción del coflujo del fluido exterior y del gradiente de presiones favorable que ejerce el fluido exterior sobre el fluido intermedio. La acción del coflujo exterior y del gradiente favorable de presiones exterior, junto con los gradientes de presiones capilares ejercidos por el fluido intermedio, producen de igual manera la formación de un chorro capilar del líquido interior, que por inestabilidad capilar rompe en gotas que inducen la rotura del líquido intermedio originando su recubrimiento y con ello la formación de gotas compuestas, produciendo una emulsión compuesta monodispersa de diámetros interior y exterior y espesor del recubrimiento controlables y de tamaños micrométricos.
Las viscosidades de los líquidos interior, intermedio y exterior, y las tensiones superficiales entre los líquidos interior y exterior, en la generación de emulsiones simples y entre los líquidos exterior e intermedio e intermedio e interior, en la generación de emulsiones compuestas, son propiedades físicas esenciales en la producción de emulsiones descrita en esta invención y constituyen lo que denominaremos su configuración dimensional.
Los caudales de los líquidos interior, intermedio y exterior, qi, qm y qe respectivamente o, alternativamente, los caudales de los líquidos interior e intermedio qi y qm respectivamente y la presión manométrica de impulsión del fluido exterior Ape, relacionada con el caudal exterior qe de la forma Ape = Kqe , con K una constante que depende solo de la geometría del dispositivo, son las variables o parámetros de control operativo en la generación de emulsiones producida mediante esta tecnología y constituyen los que denominaremos su configuración operativa.
El procedimiento objeto de la presente invención consiste, en la adecuada selección de los parámetros o variable geométricas, dimensionales y operativas indicadas, es decir en la especificación de las configuraciones geométrica, dimensional y operativa.
La especificación de las configuraciones geométrica dimensional y operativa definen una determinación paramétrica o un modo de producción.
Las formulaciones siguientes expresan la física del fenómeno en el que se fundamenta la tecnología descrita:
(i) los números de Reynolds característico de la corriente exterior e interior son menor que 1 y menor que 10, respectivamente; poUoD/|Jo< 1 y p¡Q¡/(D|Jo) < 10, donde Uo es la velocidad del fluido exterior en el centro del tubo de extracción;
(ii) el número capilar es mayor que 0.75; jioUo/a > 0.75;
(iii) el caudal del líquido interior y la velocidad del líquido exterior son tales que [4Q/(n Uo)]1/2 < 1 mm. Si la determinación paramétrica o el modo de producción elegido satisface cada una de las anteriores relaciones numéricas, entonces la generación de emulsiones simples mediante este dispositivo y procedimiento es factible. En este caso la ley de escala que predice el tamaño del diámetro de las gotas que forman la emulsión es la siguiente: 0.25[4Q/( nUo)]1/2< d < 4 ^ ^ nUo)]1/2.
La invención descrita en esta memoria tiene aplicación en aquellos sectores industriales en los que la producción de emulsiones simples y compuestas monodispersas, homogéneas y de diámetros y recubrimientos controlables de tamaño micrométrico sea parte esencial del proceso.
Modo de realización de la invención
Ejemplo de realización de la invención para la generación de emulsiones simples.
La figura 1 muestra un diagrama del dispositivo utilizado para la producción de mulsiones simples por medio de la presente invención.
El prototipo está constituido por una cámara de descarga (4) de dimensiones interiores 3 cm x 3 cm x 3cm, que contiene en su interior un tubo de extracción (3) de sección cuadrada y de vidrio, de lado interior lo = 1 mm y longitud l = 4 cm, y un tubo capilar de inyección simple (1), de acero inoxidable y de diámetro di = 450 pm,. La separación entre ambos tubos es h = 1 mm. Se realizaron varios experimentos, en cuatro de los cuales la configuración geométrica de los dispositivos fueron las siguientes: 1).- lo = 1mm, di = 450 pm y h = 0.5lo; 2).- di = 450 pm y h = 1.0lo; 3).- di = lo y h = 1.0lo; 4).- di = lo y h = 1.5lo.
La cámara de descarga contiene sendos pares de ventanas, para permitir la monitorización en tiempo real de la producción de las emulsiones simples.
Los líquidos exterior e interior utilizados en este ejemplo de realización de la invención para la generación de emulsiones simples son aceite de silicona y agua destilada, con una viscosidad de 10“4 m2/s (100 cSt) y 10“6 m2/s (1 cSt), respectivamente, con tensión superficial entre ambos de 40 mN/m.
Los caudales de los líquidos exterior e interior, qe y qi, han sido variados entre 450 ml/h y 1400 ml/h y 0.1 ml/h y 10 ml/h, respectivamente, produciendo emulsiones de gotas de tamaños comprendidos entre 10 pm y 100 pm, con una frecuencia de producción entre 1000 Hz y 10000 Hz.
En el presente modo de realización de la invención, la emulsión simple se ha producido de acuerdo con las especificaciones anteriores con la inyección de caudales qe= 1150 ml/h y qi= 0.5 ml/h.
Para evaluar la versatilidad tanto del procedimiento como del dispositivo de generación de emulsiones simples, así como la amplitud de la determinación paramétrica, se han producido emulsiones modificando:
(i) las diferentes variables que caracterizan la configuración geométrica de sus elementos (do, h, lo y l), (ii) la viscosidad del líquido exterior e interior en los rangos entre 10“4 irP/s (100 cSt) y 10“3 irP/s (1000 cSt) y entre 10“6 irP/s (1 cSt) y 10“6 irP/s (1 cSt) respectivamente, y la tensión superficial entre ambos entre 1 mN/m y 40 mN/m, sustituyendo unos líquidos por otros de diferentes propiedades,
(iii) y los valores concretos y específicos de los parámetros de control operativos de la producción de emulsiones simples, es decir de los caudales de líquido exterior e interior, en los rangos entre 100 ml/h y 4000 ml/h y 0.01 ml/h y 100 ml/h respectivamente.
Se comprueba en cada caso la existencia de una ventana paramétrica en la que la producción de las emulsiones es efectiva, continua, uniforme y estable.
Ejemplo de realización de la invención para la generación de emulsiones compuestas.
La figura 2 muestra un esquema del dispositivo utilizado para la producción de emulsiones compuestas por medio de la presente invención.
El prototipo está constituido por una cámara de descarga de dimensiones interiores 3 cm x 3 cm x 3cm, que contiene en su interior un tubo de extracción (4) de sección cuadrada y de vidrio, de lado interior lo = 1 mm y longitud l = 4 cm, y un tubo de inyección compuesto, formado por un tubo capilar (1) por donde circula el líquido interior, de diámetro di = 450 pm, contenido y centrado coaxialmente en el interior de un segundo tubo capilar (3) de diámetro interior do = 1.20 mm, por el que fluye el líquido intermedio. La separación entre ambos tubos es h = 1 mm.
La cámara de descarga contiene sendos pares de ventanas, para permitir la monitorización en tiempo real de la producción de las emulsiones simples.
Los líquidos exterior, intermedio e interior utilizados en este ejemplo de realización de la invención para la generación de emulsiones compuestas son aceite de silicona de 10“3 m2/s (1000 cSt), una mezcla de glicerina y agua destilada con viscosidad a 25 C de 4*10“4 irf/s (400 cSt) y aceite de silicona de 10“5 irf/s (10 cSt) de viscosidad, respectivamente, con tensión superficial entre ambos pares de líquidos (exterior e intermedio e intermedio e interior) de 50 mN/m.
Los caudales de los líquidos exterior, intermedio e interior, qe, qm y qi, han sido variados entre 100 ml/h y 200 ml/h, 0.1 ml/h y 10.0 ml/h y 0.1 ml/h y 10 ml/h, respectivamente, produciendo emulsiones de gotas compuestas de tamaños de diámetros interiores comprendidos entre 10 pm y 100 pm, y recubrimientos comprendidos entre 10 pm y 40 pm, con una frecuencia de producción entre 100 Hz y 2000 Hz.
En el presente modo de realización, se ha realizado la producción de una emulsión compuesta según las especificaciones anteriores, en el caso de qe = 200 ml/h, qm = 2 ml/h y qi = 0.5 ml/h. Se han realizado varios experimentos con diferentes caudales del líquido interior, comprendidos entre 0.1 ml/h y 0.7 ml/h, sin variar el resto de especificaciones del modo de producción descrito anteriormente. En particular, cuatro de esos experimentos para los referidos qe = 200 ml/h, qm = 2 ml/h, donde los caudales interiores fueron los siguientes: 1).- qi = 0.10 ml/h; 2).-qi = 0.30 ml/h; 3).-qi = 0.50 ml/h; 4).- qi = 0.70 ml/h.
Para evaluar la versatilidad tanto del procedimiento como del dispositivo de generación de emulsiones compuestas, así como la amplitud de la determinación paramétrica, se han producido emulsiones modificando:
(i) las diferentes variables que caracterizan la configuración geométrica de sus elementos (do, h, lo y l), (ii) la viscosidad del líquido exterior, en el rango entre 10“4 irP/s (100 cSt) y 10“3 irP/s (1000 cSt), la viscosidad del líquido intermedio entre 5*10“5 irP/s (50 cSt) y 10“3 irP/s (1000 cSt), la viscosidad del líquido interior entre 10“6 irP/s (1 cSt) y 2*10“5 irP/s (20 cSt), la tensión superficial entre ambos líquidos entre 20 mN/m y 50 mN/m, mediante la sustitución de unos líquidos por otros de diferentes propiedades, (iii) y los valores concretos y específicos de los parámetros de control operativos de la producción de las emulsiones compuestas, es decir de los caudales de líquido exterior, intermedio e interior, en los rangos entre 100 ml/h y 4000 ml/h, entre 0.01 ml/h y 10 ml/h y entre 0.01 ml/h y 100 ml/h, respectivamente. Se comprueba en cada caso la existencia de una ventana paramétrica en la que la producción de las emulsiones es efectiva, continua, uniforme y estable.
Los materiales de los que pueden estar fabricados los diferentes elementos que constituyen el generador de emulsiones tanto simple como compuestas son múltiples (metal, plástico, cerámica, vidrio), dependiendo fundamentalmente la elección del material de la aplicación específica en la que vaya a emplearse el dispositivo. Pueden usarse cualesquiera métodos de suministro continuo de los líquidos exterior, intermedio e interior (depósitos a presión, bombas de jeringa, etc.).
Los anteriores ejemplos de realización del invento, describen el procedimiento y el dispositivo o celda individual de generación de emulsiones simples o compuestas con la limitación de la producción que conlleva. Si se requiere un aumento de la producción se puede multiplexar el dispositivo. En tal caso el caudal de líquido interior o de los líquidos intermedio e interior, según el caso, deberán ser lo más homogéneos posible entre las distintas celdas, lo cual puede requerir la impulsión a través de múltiples agujas capilares, medios porosos, o cualquier otro medio capaz de distribuir un caudal homogéneo entre diferentes puntos de alimentación.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de generación de emulsiones simples, en adelante DGES, formado por un tubo de inyección (1), un tubo de extracción (3) y una cámara de descarga (4), teniendo el tubo de inyección (1) un diámetro interior di, y estando alineado coaxialmente y separado una distancia h del tubo de extracción (3), teniendo el tubo de extracción (3) una longitud l y sección circular o cuadrada de diámetro o lado interior lo y salida al exterior, estando contenidos parcialmente el tubo de inyección (1) y el tubo de extracción (3) en el interior de la cámara de descarga (4), caracterizado porque
la . - di está comprendido entre 0.4 mm y 1.4 mm;
lb . - lo y l están comprendidos entre 0.7 mm y 1.2 mm, y 20 mm y 50 mm, respectivamente; y lc . - h está comprendida entre 0.5 mm y 1.5 mm.
2. Dispositivo de generación de emulsiones compuestas, en adelante DGEC, formado por un tubo de inyección compuesto, un tubo de extracción (3) y una cámara de descarga (4), estando el tubo de inyección compuesto formado por formado por un tubo capilar interior (1) y un segundo tubo capilar exterior (2), en el que el tubo capilar interior tiene un diámetro interior di, y está centrado coaxialmente en el interior del segundo tubo capilar exterior (2), y en el que el segundo tubo capilar exterior (2) tiene un diámetro interior do , y está alineado coaxialmente con y separado una distancia h del tubo de extracción (3), que tiene una longitud l y sección circular o cuadrada de diámetro o lado interior lo y salida al exterior, estando el tubo de inyección compuesto y el tubo de extracción contenidos parcialmente en el interior la cámara de descarga (4), caracterizado porque 2a.- di está comprendido entre 0.3 mm y 0.7 mm;
2b.- do está comprendido entre 0.7 mm y 1.4 mm;
2c.- lo y l están comprendidos entre 0.7 mm y 1.2 mm, y 20 mm y 50 mm respectivamente; y
2d.- h está comprendida entre 0.5 mm y 1.5 mm.
3. Dispositivo de generación de emulsiones simples o compuestas, en adelante DGE, según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque las diferentes partes que lo componen están fabricadas con diversos materiales tales como metal, plástico, cerámica, vidrio u otros.
4. DGE según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la cámara de descarga dispone de ventanas que permiten la monitorización en tiempo real de la producción de emulsiones, así como el estudio del fenómeno físico que lo sustenta.
5. Dispositivo multiplexado de generación de emulsiones, caracterizado porque cada una de las celdas individuales que lo componen posee las características técnicas descritas en las reivindicaciones 1 a 4.
6. Procedimiento de generación de emulsiones simples de tamaño micrométrico, en adelante PGES, mediante el efecto del coflujo de un líquido emulsionante de viscosidad mayor que la del líquido a emulsionar, sobre la entrefase que conforman, siendo ambos líquidos inmiscibles o escasamente miscibles entre sí, en el que 6a.- la viscosidad del líquido a emulsionar está comprendida entre 10.6 m2/s (1 cSt) y 10.3 m2/s (1000 cSt) y la viscosidad del líquido emulsionante está comprendida entre 10.6 m/s (1 cSt) y 10.2 ^f/s (10000 cSt);
6b.- el caudal de líquido a emulsionar está comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del líquido emulsionante está comprendido entre 1 ml/h y 4000 ml/h; y
6c.- el procedimiento se implementa utilizando un dispositivo de generación de emulsiones simples con las características técnicas descritas en las reivindicaciones 1, 3 y 4; o
6d.- el procedimiento se implementa utilizando un DGES con las características técnicas descritas en la reivindicación 5, siendo en este caso los caudales descritos en la reivindicación 6b los correspondientes a una celda individual del dispositivo multiplexado.
7. PGES según la reivindicación 6, caracterizado porque
7a.- la viscosidad del líquido a emulsionar está comprendida entre 10.6 m/s (1 cSt) y 5*105 m2/s (50 cSt) y la viscosidad del líquido emulsionante está comprendida entre 5*10.5 m/s (50 cSt) y 10.3 m/s (1000 cSt);
7b.- el caudal de líquido a emulsionar está comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h y el caudal del líquido emulsionante está comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
8. Procedimiento de generación de emulsiones compuestas de diámetros y recubrimientos de tamaño micrométrico, en adelante PDEC, del coflujo de sendos líquidos inmiscibles o escasamente miscibles entre sí mediante el efecto sobre la entrefase que conforman del coflujo de un tercer líquido de mayor viscosidad que la del exterior de los anteriores, siendo ambos líquidos inmiscibles o escasamente miscibles entre sí, en el que
8a.- la viscosidad del líquido interior (li) del chorro compuesto a emulsionar está comprendida entre 10.6 m2/s (1 cSt) y 10.3 m2/s (1000 cSt), la viscosidad del líquido exterior del chorro compuesto (lm) a emulsionar está comprendida entre 10.6 ^ f/s (1 cSt) y 10.3 ^ f/s (1000 cSt) y la viscosidad del líquido emulsionante (le) está comprendida entre 10.6 ^ f/s (1 cSt) y 10.3 m2/s (1000 cSt);
8b.- el caudal del líquido interior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h, el caudal del líquido exterior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.001 ml/h y 1000 ml/h y el caudal del líquido emulsionante está comprendido entre 1 ml/h y 4000 ml/h; y 8c.- el procedimiento se implementa utilizando un dispositivo de generación de emulsiones compuestas con las características técnicas descritas en las reivindicaciones 2, 3 y 4; o
8d.- el procedimiento se implementa utilizando un DGEC con las características técnicas descritas en la reivindicación 5, siendo en este caso los caudales descritos en la reivindicación 8b los correspondientes a una celda individual del dispositivo multiplexado.
9. PGEC según la reivindicación 8, caracterizado porque
9a.- la viscosidad del líquido interior (li) del chorro compuesto a emulsionar está comprendida entre 10.6 m2/s (1 cSt) y 105 irP/s (10 cSt), la viscosidad del líquido exterior del chorro compuesto (lm ) a emulsionar está comprendida entre 10.5 ^ f/s (10 cSt) y 104 irP/s (100 cSt) y la viscosidad del líquido emulsionante (le) está comprendida entre 10.4 m/s (100 cSt) y 10.3 m2/s (1000 cSt);
9b.- el caudal del líquido interior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h, el caudal del líquido exterior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del líquido emulsionante está comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
10. PGEC según la reivindicación 8, caracterizado porque
10a.- la viscosidad del líquido interior (li) del chorro compuesto a emulsionar está comprendida entre 10.6 m2/s (1 cSt) y 10.5 ^ f/s (10 cSt), la viscosidad del líquido exterior del chorro compuesto (lm) a emulsionar está comprendida entre 10.4 ^ f/s (100 cSt) y 4*10.4 ^ f/s (400 cSt) y la viscosidad del líquido emulsionante (le) está comprendida entre 4*10.4 ^ f/s (400 cSt) y 10.3 m2/s (1000 cSt);
10b.- el caudal del líquido interior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h, el caudal del líquido exterior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del líquido emulsionante está comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
11. PGEC según la reivindicación 8, caracterizado porque
l la . - la viscosidad del líquido interior (li) del chorro compuesto a emulsionar está comprendida entre 10.6 m2/s (1 cSt) y 10.5 ^ f/s (10 cSt), la viscosidad del líquido exterior del chorro compuesto (lm) a emulsionar está comprendida entre 4*10.4 ^ f/s (400 cSt) y 7*10.4 m/s (700 cSt) y la viscosidad del líquido emulsionante (le) está comprendida entre 7*10.4 ^ f/s (700 cSt) y 10.3 m2/s (1000 cSt);
l lb . - el caudal del líquido interior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.1 ml/h y 10 ml/h, el caudal del líquido exterior del chorro compuesto a emulsionar está comprendido entre 0.01 ml/h y 100 ml/h y el caudal del líquido emulsionante está comprendido entre 50 ml/h y 1000 ml/h.
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