Generación controlada de microburbujas y microemulsionesEstabilidad de burbujas en interfases

Resum

A lo largo de esta Tesis se exponen tres proyectos de investigación asociados a tres problemas de índole fundamental y tecnológico que pertenecen a la rama científica de la Mecánica de Fluidos. Aunque estos proyectos presentan importantes diferencias en cuanto a los objetivos que persiguen, todos tienen en común que surgen del estudio de los procesos de desintegración de láminas o meniscos líquidos o gaseosos que dan lugar a la formación de gotas o burbujas. En el capítulo 1 se presenta un estudio teórico y experimental sobre un nuevo tipo de procedimiento de generación de miroburbujas que tiene la peculiaridad de que permite controlar con gran precisión los gradientes de presión del líquido que confina a un menisco gaseoso. En el capítulo 2 se utiliza el dispositivo presentado en el capítulo anterior con el propósito de generar, en esta ocasión, microemulsiones tanto simples como compuestas a partir de la desintegración en gotas de ligamentos líquidos, simples o compuestos, que presentan un gran estrechamiento aguas abajo. A pesar de la aparente similitud de los procesos de generación tratados en estos dos capítulos, los mecanismos físicos que subyacen a la desintegración de meniscos gaseosos o líquidos son radicalmente diferentes entre sí. En efecto, en el primer caso, la expansión y colapso de las burbujas está gobernada por los gradientes de presión impuestos por el flujo de líquido exterior, mientras que en la generación de microemulsiones el motor de la rotura del ligamento es el crecimiento de una inestabilidad capilar. El contenido de estos dos primeros capítulos posee una enorme relevancia en aplicaciones tecnológicas en campos tan diversos como la farmacología, la medicina, la cosméstica, la industria alimentaria o la ciencia de los materiales puesto que muchos de los procesos de producción en estas industrias dependen de la generación de microburbujas y microemulsiones simples o compuestas con diámetros y frecuencias controlables. En esta Tesis se ha optado por proporcionar una perspectiva sobre el estado del arte científico y tecnológico de los procesos de generación de microburbujas y microemulsiones en los capítulos correspondientes. Asimismo, los conocimientos adquiridos al describir en detalle los mecanismos físicos responsables de la generación de burbujas y gotas, han permitido diseñar y patentar dos dispositivos orientados a la generación masiva de microburbujas y microemulsiones momonodispersas que dan solución a la abundante demanda tecnológica enumerada con anterioridad. El capítulo 3 está dedicado a describir, desde el punto de vista fundamental, la causa por la que se desintegran las burbujas situadas en una interfase aire-agua. Este es un proceso que a todos nos es muy familiar puesto que ocurre continuamente, por ejemplo, al desaparecer tanto la espuma blanca generada tras la rotura de una ola como las burbujas que se forman sobre estanques o charcos cuando llueve. Este proceso, que por cotidiano podría pensarse que ya estaba perfectamente entendido y descrito en su totalidad de manera precisa, todavía presentaba una incógnita de especial relevancia: ¿cuál es la causa por la que se nuclea el primer hueco en la lámina de líquido que delimita a la burbuja por su parte superior? En efecto, una vez que se forma el primer hueco antes referido, las fuerzas de tensión superficial se encargan de retraer la lámina a la velocidad de Taylor-Culick, y de su posterior desintegración en gotas micrométricas que se eyectan a velocidades que pueden ser del orden o superiores a los diez metros por segundo. Este proceso fundamental tiene enormes implicaciones climáticas puesto que es crítico para la generación de partículas salinas que terminan constituyendo el aerosol a partir del cual se nuclean las gotas de lluvia.