Teoría y simulación de histéresis angular en gotas Sésiles

Resumen

[ES] En este trabajo se abordan distintos problemas relacionados con la histéresis de ángulos de contacto en gotas sésiles. El estudio se realiza tanto desde el punto de vista teórico como de simulación. Se propone un modelo sencillo para tratar la histéresis de ángulos de contacto en gotas sésiles axisimétricas. El modelo se basa en suponer que la línea triple permanece fija para ángulos de contacto comprendidos entre el de avance y el de retroceso, resolviendo la ecuación de Young-Laplace en coordenadas cilíndricas. Obteniendo un acuerdo excelente con resultados experimentales para ciclos de histéresis de ángulos de contacto. Se ha propuesto un algoritmo que permite simular histéresis de ángulos de contacto en Surface Evolver. El algoritmo se basa en la incorporación de ligaduras locales en el tratamiento variacional del problema. Las ligaduras locales tienen en cuenta la aparición de fuerzas de fricción. Se obtiene un excelente acuerdo tanto con resultados teóricos como experimentales para ciclos de histéresis de ángulos de contacto. A través del modelo implementado en Surface Evolver, se ha realizado un estudio de simulación del proceso en el cual una gota de líquido colocada inicialmente sobre una superficie horizontal se inclina gradualmente hasta que desliza por completo. Se ha encontrado que los resultados obtenidos mediante estas simulaciones en Surface Evolver presentan una gran dependencia con los ángulos de contacto iniciales de la gota. Así, la situación con el ángulo de contacto inicial igual al ángulo de contacto de avance es quizá la más próxima a los experimentos, mientras que un ángulo de contacto inicial igual a la media de los ángulos de avance y retroceso conduce a resultados previamente obtenidos por otros autores por métodos de elementos finitos. Se realiza un estudio de simulación del ángulo de contacto más estable a partir del método experimental de placa inclinable, que permite identificar este ángulo a partir de los valores de los ángulos de contacto críticos obtenidos para gotas con diferentes ángulos de contacto iniciales. Se ha desarrollado un nuevo método de simulación del ángulo de contacto más estable basado en el establecimiento de una psudodinámica de vibración en una gota sésil. En este método, partiendo de diferentes condiciones iniciales, se alcanza el ángulo de contacto más estable tras someter a la gota a cambios armónicos en la aceleración debida a la gravedad. La comparación de resultados experimentales y de simulación para los dos métodos anteriores muestra en general un buen acuerdo entre los resultados de simulación y los datos experimentales correspondientes al método de placa inclinable, apareciendo mayores discrepancias con el método experimental de vibraciones mecánicas