Tensión superficial y su importancia para la técnica de boquillas

La tensión superficial es usualmente denotada por la letra griega σ.

Al igual que la viscosidad η o ν y la densidad ρ la tensión superficial es parte de la reología de un líquido. Y así pertenece a las propiedades específicas. No es importante para el flujo a través del propio atomizador. Sin embargo, esto sólo se aplica si no se genera ninguna mezcla bifásica dentro de la boquilla! 


La unidad de la tensión superficial - ¿una contradicción?

Se sabe por mecánica y mecánica de fluidos que las tensiones suelen tener la unidad "N/m2". Esto significa una fuerza por área.

La unidad de la tensión superficial

Sin embargo, esta tensión superficial tiene la unidad "N/m".

¿Es eso una contradicción o un error?

Explicar la unidad de tensión superficial

Figura: Galaktico, Interfaz gas líquido, Complementado por explicaciones, CC BY-SA 3.0

Anziehende Kräfte = Fuerzas que se atraen unas a otras; Abstoßende Kräfte = Fuerzas que se repelen mutuamente; Kräftegleichgewicht = equilibrio de fuerzas. Resultierende Kraft = Fuerza resultante. Gasförmig = Gaseoso; Flüssig = Fluido.

La característica especial es que la tensión superficial es una tensión en una línea. Una breve explicación.

Una molécula de agua está completamente contenida dentro de una cantidad de agua en reposo y homogénea en un vaso de precipitados. Entonces las fuerzas resultantes que actúan sobre esta molécula son cero.

Sin embargo, la situación cambia cuando la molécula en cuestión entra en la capa límite entre el agua y el aire circundante.

Se crea una fuerza resultante. Simplificada, la tensión superficial se puede imaginar como una membrana delgada con una sola capa molecular.

Debido al pequeño tamaño de esta membrana, la tensión superficial se define como la llamada tensión de línea. Esto resulta en la unidad "fuerza por longitud".


Por qué la tensión superficial afecta el tamaño de la gota

La fuerza debida a la tensión superficial conduce a una presión interna pi en una gota.

Este es un experimento de pensamiento:

Se utiliza un manómetro para medir la presión en una gota. Con pequeñas gotas y alta tensión superficial, la presión interna es muy alta!

Una gota de agua con un diámetro de 1 µm, es decir, 1/1000 mm, tiene una presión interna de casi 2,9 bar!
Una gota igualmente grande de mercurio a 18,8 bar!

La gota es muy estable y resiste la deformación o fragmentación. Y es precisamente esta trituración secundaria de gotas la que tiene lugar en un campo de pulverización caracterizado por turbulencias.

Por lo tanto, es muy difícil para las boquillas producir sólo gotas finas.


No confundir tensión superficial con tensión interfacial!

La tensión interfacial y el ángulo de contacto α resultante determinan si un líquido se está mojando o no en relación con un sólido. Naturalmente, este sólido también puede ser un material para boquillas!

No mojado y mojado
gotas en la superficie

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