Efecto de la inercia en la dinámica de autopropulsión de microburbujas contaminadas con tensioactivos

EUGENIA S. RÓDRÍGUEZ CACIK; GASTÓN MIÑO; JIAKAI LU; CARLOS M. CORVALÁN; SEBASTIÁN UBAL

Oro Verde

Congreso; XVI Reunión sobre Recientes Avances en Física de Fluidos y sus Aplicaciones (FLUIDOS 2021); 2021

Facultad de Ingeniería, UNER

El flujo de burbujas está presente en numerosas situaciones tales como en el tratamiento de aguas residuales, sistemas de limpieza por inyección de burbujas, embolias de gas o recuperación mejorada de petróleo. Cuando estas burbujas, por distintos mecanismos, entran en contacto con surfactante, se produce la contaminación de una parte de la interfase de la burbuja, lo que genera la aparición de un gradiente de tensión superficial logrando como resultado el movimiento de ésta a través de un mecanismo de autopropulsión (convección de Marangoni). En un trabajo previo (Ubal y col., 2021$^1$) hemos analizado la dinámica de autopropulsión de burbujas que se encuentran inmersas en un fluido puramente viscoso ($Re=0$) utilizando dinámica de fluidos computacional. Los resultados obtenidos muestran que la duración del movimiento de la burbuja es inversamente proporcional a la fracción de área superficial contaminada por surfactante de la burbuja, mientras que el desplazamiento es directamente proporcional a la fracción de área limpia de la misma.En este trabajo se analizó la dinámica de autopropulsión de burbujas considerando ahora el efecto de la inercia, para un número de Reynolds moderado ($Re=100$). Se resolvieron numéricamente las ecuaciones axisimétricas de Navier-Stokes y transporte de surfactante para diferentes valores de fracción de área contaminada ($\epsilon_0$), manteniendo fijos los parámetros restantes (números de Reynolds, Marangoni y Péclet).Los resultados muestran que para una fracción de área contaminada menor que un cierto valor de esta variable (denominado $\tilde{\epsilon}$) el desplazamiento total de la burbuja es menor respecto al desplazamiento en un fluido puramente viscoso, mientras que si $\epsilon_0 > \tilde{\epsilon}$ el desplazamiento de la burbuja es ligeramente mayor que el obtenido cuando se estudia en un fluido viscoso. En todos los casos, este desplazamiento es menor que el radio de la burbuja. El estudio detallado de distintas variables físicas, tales como campos de flujo y concentración, nos ha permitido identificar diferencias significativas en la dinámica del movimiento de la burbuja en un fluido cuya inercia es considerable, en comparación con el caso puramente viscoso.