INTEC   05402
INSTITUTO DE DESARROLLO TECNOLOGICO PARA LA INDUSTRIA QUIMICA
Unidad Ejecutora - UE
congresos y reuniones científicas
Título:
Los efectos de un surfactante insoluble en el proceso de recubrimiento por inmersión
Autor/es:
DIEGO M. CAMPANA; MARIA DELIA GIAVEDONI; FERNANDO A. SAITA
Lugar:
Colonia del Sacramento
Reunión:
Congreso; XI Reunión sobre Recientes Avances en Física de Fluidos y sus Aplicaciones; 2010
Resumen:
El proceso de
recubrimiento por inmersión consiste en extraer un sustrato sólido con
velocidad constante de un baño que contiene un líquido, con el objetivo de
formar una película de espesor uniforme. El primer análisis teórico de este
problema fue realizado por Landau y Levich (1942), quienes obtuvieron una
expresión que relaciona el espesor h0 de la película formada con la velocidad de
recubrimiento; esta expresión que es válida cuando la velocidad es muy pequeña
se conoce como la ley de Landau y Levich. A partir de este trabajo, se han
publicado numerosos estudios cuyo principal objetivo es determinar la
influencia que tienen fuerzas no tenidas en cuenta por esos autores, tales como
la gravedad, la inercia, y la elasticidad debida a la adsorción de solutos
tensioactivos en la interfase. Precisamente este último efecto es el objetivo
del presente análisis.
El antecedente más importante sobre el efecto
producido por un surfactante insoluble en el espesor de recubrimiento es el
trabajo de Park (1992), válido para valores pequeños del número capilar (Ca). En este análisis, el flujo se
divide en tres regiones, la zona estática, el menisco dinámico y la región de
la película. En cada zona se realizan expansiones asintóticas en Ca y las soluciones particulares de cada
una se empalman para obtener la solución global del problema. Tanto la gravedad
como la inercia son consideradas despreciables. Los resultados de este estudio
muestran que la presencia del surfactante produce una película cuyo espesor (h0s) es mayor que
el de un sistema limpio equivalente (h0). La
magnitud de este incremento, medida como el cociente a=h0s/h0, depende
del valor del parámetro elástico y del Ca. Para valores muy pequeños de Ca, la difusión contrarresta los efectos de la convección
interfacial, eliminando así los gradientes de concentración mientras que para
valores altos de este parámetro, las fuerzas viscosas dominan a las elásticas;
de esta forma en ambos extremos del rango el efecto del surfactante es anulado
por diferentes mecanismos, a=1 y por ende resulta aplicable la ley de
Landau-Levich para estimar el espesor del film. Para
valores intermedios de Ca dentro del rango,
puede crecer hasta
un máximo asintótico de 42/3.
Si bien en la actualidad no hay ninguna
solución numérica del problema hidrodinámico completo, Krechetnikov y Homsy
(2006) en su trabajo sobre los efectos de un surfa ctante soluble, argumentan
que un soluto insoluble no produce ningún cambio en el espesor de la película. Esta
inferencia se basa en soluciones numéricas (no mostradas en el trabajo) que
indican que el flujo tiene las mismas características que el sistema limpio y,
por lo tanto, el soluto no puede permanecer en la interfase. Este resultado
está obviamente en contradicción con las predicciones del modelo de Park.
El presente trabajo tiene
los siguientes objetivos. En primer lugar, presentar una solución numérica del
problema hidrodinámico completo. La misma se basa en la solución simultánea de
las ecuaciones gobernantes y sus condiciones de contorno. En segundo término,
mostrar que las predicciones de este modelo son consistentes con las de Park;
al respecto, mostramos los cambios experimentados por el campo de flujo en las
inmediaciones de la interfase asociados con el surfactante. Finalmente, el
último objetivo consiste en evaluar el efecto que las fuerzas de inercia tienen
sobre el sistema. Para ello, calculamos el número de Reynolds resultante con los mismos valores de las
variables físico-químicas que usó Park (densidad, viscosidad, coeficiente de
difusión del surfactante en la superficie y tensión interfacial). Cuando se
incluye el efecto inercial en las simulaciones con surfactante, los resultados
muestran un notable cambio en el espesor del film con respecto a la solución
sin inercia.