Inestabilidad De Rayleigh En Capilares En Presencia De Surfactantes. Efectos De La Concentración E Interacciones Moleculares.

Abstract

La inestabilidad de Rayleigh es un fenómeno gobernado por fuerzas de tensión superficial,
que produce el crecimiento de perturbaciones sobre interfases y películas de líquido, que evolucionan
hacia estructuras más estables. En el caso de una película anular depositada en la pared interior de un
capilar cilíndrico, se forman collares o lentes líquidos, dependiendo del espesor inicial de la película.
Como en todo fenómeno capilar, las sustancias que modifican la tensión superficial de la interfase
-surfactantes- tendrán una enorme influencia sobre la evolución de la inestabilidad. En trabajos previos
de los autores, se simuló el proceso de formación de lentes líquidos en presencia de surfactantes, en el
límite de muy bajas concentraciones de surfactantes; por ello, se utilizó una ecuación de estado lineal
para relacionar la concentración de tensioactivo y la tensión superficial en la interfase. En este trabajo se
extienden los modelos previos, considerando una cinética y ecuación de estado de Frumkin, válida para
concentraciones mayores y para surfactantes con interacciones moleculares importantes. El flujo 2D axisimétrico
y transiente, se describe a través de las ecuaciones de Navier-Stokes y continuidad, acopladas
al balance interfacial de surfactante para modelar el transporte de soluto en la superficie líquido-gas. El
modelo resultante, no-lineal y que incluye a la interfase como frontera libre del problema, se resuelve en
forma numérica con el método de elementos finitos.
Los resultados muestran que la cinética y ecuación de estado lineal son una buena aproximación
cuando las concentraciones de surfactante son bajas. Esto también se cumple cuando se consideran surfactantes
con fuerte efecto elástico, independientemente de su concentración y la interacción molecular.
Sin embargo, para efectos elásticos menos intensos, la evolución se ve notablemente afectada por la
concentración y la interacción molecular; en estos casos la aproximación lineal no resulta apropiada.