El estudio de las gotas de líquido y su comportamiento al chocar es de gran importancia en muchos campos, incluidos la agricultura, la ingeniería y la medicina. La predicción del comportamiento de las gotas tiene uso en la pintura en aerosol y los pesticidas en aerosol, la tecnología de inyección de tinta para la impresión y la generación de aerosoles durante la lluvia. Una comprensión más profunda de este fenómeno es, por lo tanto, imperativa no solo para avanzar en nuestro conocimiento de la física de fluidos sino también en la tecnología.

En este sentido, un fenómeno particularmente intrigante es la salpicadura de gotas al golpear superficies sólidas. Varios estudios sobre el comportamiento de la película líquida han ayudado a arrojar luz sobre las salpicaduras de gotas. Sin embargo, no ha surgido un consenso con respecto a cuándo se puede esperar que salpique una gota. Además, es igualmente importante comprender el comportamiento de humectación, o la facilidad con la que un líquido se adhiere a superficies sólidas lisas y rugosas.

En este contexto, un grupo de científicos de Japón y China realizó recientemente un estudio para abordar este problema. El equipo de investigación, dirigido por el profesor asociado Yukihiro Yonemoto de la Universidad de Kumamoto, Japón, en colaboración con el profesor Tomoaki Kunugi de la Universidad de Zhejiang, China, ha propuesto un nuevo modelo que puede predecir cuándo salpicará una gota después de chocar contra una superficie sólida. Su investigación fue publicada en Scientific Reports y Comunicaciones científicas de interfaces y coloides .

Cuando una gota choca con una superficie sólida, aparece una película líquida inestable debajo de la gota afectada. Para dar cuenta de esta inestabilidad, el equipo modificó la ecuación de balance de energía que predice el área de contacto de expansión para superficies lisas y rugosas.

Para desarrollar el modelo teórico para predecir la condición de salpicadura, el equipo consideró el balance de presión de la película líquida. Los resultados analíticos obtenidos al combinar la ecuación de balance de energía modificada y la ecuación de balance de presión coincidieron con el número crítico de Weber (una cantidad adimensional que caracteriza el flujo de fluidos en las superficies) para salpicaduras obtenido experimentalmente para gotas de líquido de mezcla de agua y etanol.

Los resultados mostraron que la condición de salpicadura no dependía únicamente de la viscosidad del líquido sino también de la humectabilidad y rugosidad de la superficie sólida. Además, el criterio de salpicadura se rigió por una competencia entre las presiones hidrostática e hidrodinámica, que eran las fuerzas motrices, y la presión capilar y la tensión viscosa, que eran las fuerzas opuestas. Las salpicaduras ocurrieron cuando las fuerzas motrices ganaron.

Además de predecir las condiciones de salpicadura, el modelo de salpicadura también predijo el tamaño de las gotas secundarias dispersas y la cantidad de estructuras líquidas en forma de dedos que aparecieron una vez que la película líquida se desestabilizó. El modelo indicó que el espesor de la película líquida, que surgió después del impacto de las gotas, estaba relacionado con el tamaño de las gotas secundarias. Además, el tamaño de estas gotitas secundarias y el número de dedos estaban mutuamente relacionados. También se vieron afectados por la humectabilidad/rugosidad superficial de la superficie sólida además de las propiedades líquidas.

"Nuestros resultados podrían allanar el camino para una mejor comprensión de la física básica de la fragmentación de la película líquida o del borde, así como encontrar aplicaciones en importantes campos de ingeniería relacionados con la impresión, el recubrimiento y la pulverización", dice el Dr. Yonemoto. + Explora más

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