Dos científicos del Imperial College de Londres, en Reino Unido, han descubierto, utilizando fotografías con flash láser de colisiones microscópicas de partículas en forma de gotitas, que las gotas de agua todavía tienen trucos líquidos que revelar.
"Identificamos un comportamiento de salpicado que nadie ha visto antes", afirma el científico Yannis Hardalupas, uno de los autores de esta nueva investigación que se detalla en un artículo que se publica en portada esta semana en la revista 'Physics of Fluids'.
Investigaciones anteriores han examinado principalmente las colisiones de gotitas con superficies planas, como una pared. Esto produjo una taxonomía de los comportamientos de las gotitas, desde el "salpicado inmediato" (el equivalente a un "¡plas!") hasta el impresionante "salpicón en forma de corona".
Hardalupas y su colega Georgios Charalampous examinaron el caso menos estudiado de una gota en una colisión frontal con una partícula sólida y esférica. Las gotitas tenían alrededor de un quinto de milímetro de diámetro, un poco más ancho que un cabello humano, y golpeaban partículas de dos a diez veces más grandes. Sus instantáneas digitales de nanosegundos revelaron que en el impacto algunas gotitas abrazaban la partícula en anillos similares a Saturno, o "coronas", y luego continuaban intactas al otro extremo de la partícula.
Se mantiene el salpicado en forma de corona
Utilizando fotografías con flash láser de colisiones microscópicas de partículas en forma de gotitas, que las gotas de agua todavía tienen trucos líquidos que revelar
"Lo que es crítico es que la corona se mantiene coherente, no se rompe como cabría esperar. La corona cohesiona hasta que llega a la parte posterior de la partícula", dice Charalampous de lo que denominaron una colisión de "sobrepaso". "Para el mismo tamaño de gota y el mismo tamaño de partícula, cuando la colisión se produce con la misma velocidad, siempre se comporta de la misma manera", describe.
Los investigadores capturaron el nuevo comportamiento de las gotitas usando una sesión fotográfica de alta tecnología, lo que implicó el equivalente a un micro-grifo de agua destilada que usó la vibración para gotear a una velocidad establecida y un tamaño de gota. Las gotas cayeron sobre una diminuta partícula de vidrio perfectamente alineada sobre una aguja de acero. La dinámica de colisión se registró en imágenes de fotogramas congelados utilizando una cámara montada en un microscopio y un flash de fluorescencia inducido por láser con exposiciones de unas pocas billonésimas de segundo.
El comportamiento de la gotita de sobrepaso se produce en un "punto dulce" en colisiones con las partículas más pequeñas en las que la corona se mantiene unida durante un tiempo suficiente antes de que las inestabilidades tengan tiempo para desarrollarse y dividirse, según Charalampous.
La dinámica de fluidos de las colisiones entre gotitas y partículas es crítica para el secado industrial por pulverización, en el cual una suspensión se atomiza en gotitas que se secan para producir un polvo con granos de tamaño estándar. En este estudio, el tamaño y la velocidad de las gotas usadas se asemejaban al tamaño de la gota de un atomizador, un tamaño característico de las partículas de detergente o café instantáneo.
En una colisión de sobrepaso, dicen los investigadores, el aspecto crítico es qué parte del líquido, y su contenido, permanece en la partícula para recubrirlo y ampliarlo, información que podría aportar información sobre un secado por pulverización más eficiente.
"Hemos identificado un rango de condiciones de funcionamiento que incluyen la velocidad y el diámetro de las gotitas, lo que le dará una mejor deposición líquida en la superficie, y esto proporciona pautas para mejorar el funcionamiento de los secadores por pulverización", concluye Hardalupas.
