Influencia de surfactantes solubles en el proceso de recubrimiento de fibras bajo confinamiento: simulaciones numéricas

AGUSTÍN BRONDINO; DIEGO M. CAMPANA; SEBASTIÁN UBAL

Ciudad Autónoma de Buenos Aires

Congreso; XV Reunión sobre Recientes Avances en Física de Fluidos y sus Aplicaciones (FLUIDOS 2018); 2018

Facultad de Ingeniería, UBA

Cuando se retira una fibra o un cable circular de un baño que contiene líquido, una película del mismo se deposita sobre la superficie sólida en movimiento. Este flujo de recubrimiento se denomina dip?coating y está presente en números procesos industriales por lo que es de gran importancia comprender las variables que lo controlan. El espesor de la película que se deposita depende tanto de la velocidad con que se retira la fibra como de las propiedades del fluido y su influencia ha sido estudiada de forma teórica para el caso de una placa que se retira lentamente de un baño mediante la denominada ley de Landau-Levich-Deryagin (LLD)[1,2]. Cuando se emplea un líquido que contiene surfactantes, se manifiestan desviaciones a la ley de LLD debido a la presencia de tensiones de Marangoni que generan un aumento del espesor de la película frente al predicho teóricamente. Este efecto fue estudiado de forma experimental primero por Queré y de Ryck[3] y complementado para múltiples agentes tensioactivos por Shen y col.[4].En este trabajo se analiza el proceso de dip?coating en una geometría confinada, considerando un baño de dimensiones acotadas, a diferencia de estudios previos que emplean dimensiones ?infinitas? (tamaño del reservorio mucho mayor que el diámetro de la fibra). Particularmente se analiza el efecto de distintas concentraciones de un surfactante soluble (SDS) por debajo de la concentración miscelar crítica. El estudio numérico consiste en analizar un modelo 2D axisimétrico basado en las ecuaciones de Navier?Stokes y de transporte de masa, tanto en la interfase como en el seno del líquido. Para describir la cinética de adsorción en la interfase se emplea un modelo de tipo Langmuir-Hinshelwood modificado propuesto por Chang y Franses5. Las ecuaciones se resuelven mediante el método de elementos finitos empleando una técnica del tipo Arbitrary?Lagrangian?Eulerian (ALE) para el seguimiento de interfases: la forma del dominio, el perfil de velocidades, el campo de presiones y la concentración del surfactante son calculados en simultáneo. Los resultados del modelo, extrapolados a situaciones de no confinamiento, concuerdan con los valores reportados por mediciones experimentales y las tendencias obtenidas para distintas concentraciones reproducen las reportadas en la bibliografía.[1] Landau, L.; Levich, B. Dragging of a liquid by a moving plate. Acta Physicochuim. URSS 1942, 17, 42.[2] Deryagin, B. V. Thickness of liquid layer adhering to walls of vessels on their emptying and the theory of photo and motion picture film coating. Acta Physicochuim. URSS 1943, 39, 13.[3] Quéré, D.; de Ryck, A. Le mouillage dynamique des fibres. Ann. Phys. 1998, 23, 1.[4] Shen, A. Q.; Gleason, B.; McKinley, G. H.; Stone H. A. Fiber coating with surfactant solution. Phys. Fluids 2002, 14, 4055.