Estudio experimental de la producción de microchorros mediante enfocamiento gaseoso y campos eléctricos

Abstract

El objetivo principal de este estudio es el análisis experimental de dos de las técnicas más utilizadas en la producción controlada de chorros, gotas, burbujas y otras estructuras fluídicas: el electrospray y el flujo de enfocado.

El flujo enfocado fue propuesto en 1998 por Gañan-Calvo como un procedimiento de producción de gotas monodispersas en la escala micrométrica. Para ello en la configuración se emplea la acción enfocante de una corriente externa gaseosa que cofluye con un chorro líquido (del que proceden las gotas) inyectado a través de un capilar cilíndrico submilimétrico atravesando ambos un orificio también submilimétrico situado enfrente del capilar. En este trabajo se analizan varias alternativas a esta configuración original como son el empleo de toberas de vidrio convergentes-divergentes o diversas modificaciones sobre dicha configuración original, que buscan la mejora de la estabilidad de la técnica, estudiando las ventajas y desventajas de cada una de esas técnicas alternativas.

En electrospray, una gota líquida es sometida a la acción de un intenso campo eléctrico que la deforma hasta que un minúsculo chorro es emitido desde su punta. En este trabajo, se analiza el comportamiento de la gota electrificada cuando se aumenta el voltaje aplicado, en un caso cuando la velocidad de establecimiento del campo eléctrico es del orden del proceso eléctrico o hidrodinámico que sucede en el interior del líquido y en otro caso cuando es muy superior. El estudio se centra en las oscilaciones de las gotas y en la emisión del chorro producidos por voltajes subcríticos y supercríticos.

The main purpose of this study is the experimental analysis of two of the most used techniques in controlled production of jets, drops, bubbles, and other fluidic structures: electrospray and flow focusing.

The flow focusing technique was proposed in 1998 by Gañán-Calvo as a method for droplets production in the micrometer scale. In the basic configuration, the liquid is injected through a submilimeter cilindric capillary located in front of a plate with an orifice (also submilimeter). A gas stream is used to focus the liquid, both liquid and gas, coflowing through the orifice. In this paper, we analize different alternatives to the original configuration such as using of convergent-divergent glass nozzles or several changes to the basic configuration, seeking to improve stability by studing advantages and disadvantages of each of these alternative techniques.

In electrospray, a liquid droplet is yielded to strong electric field, which stretchs it until a very thin jet is emmited from its tip. In this paper we analize the behaviour of an eletrified droplet when the applied voltage increases, on one hand, when the stablishment velocity of the electric field is as the same order of magnitude as velocity of the electrical and hydrodinamic phenomena happen inside the liquid and, on the other hand, when this stablishmenet velocity of electric field is higher. The sutdy focuses on the droplet oscillations and the emmited jet produced both by subcritical and supercritical voltage values.