¿Cómo mover una burbuja atrapada por la presión capilar?

Tengo una pregunta sobre cómo mover una burbuja atrapada en un tubo.

Si suponemos que tiene un tubo horizontal, con agua a cada lado de la burbuja. El punto a la izquierda de la burbuja es el punto 1, mientras que el punto a la derecha es el punto 2.

La ecuación de la presión capilar es: Δ PAG C a pag = 2 ⋅ σ ⋅ C o s ( θ ) R

Dónde θ es el ángulo de contacto, σ es la tensión interfacial entre la burbuja de gas y el agua, mientras que R es el radio del tubo.

Dado que la burbuja está atrapada, supongo que la presión en el punto 2 ( PAG 2 ) es mayor que la presión en el punto 1 ( PAG 1 ). Para lograr esto, el ángulo de contacto entre la burbuja y el punto 2 debe ser menor que el ángulo de contacto entre la burbuja y el punto 1, o el radio del punto 2 debe ser menor que el radio del punto 1:

(1) PAG 2 − PAG 1 = 2 σ C o s ( θ 1 ) R − 2 σ C o s ( θ 1 ) R = ?

Mi pregunta es, por lo tanto, ¿cómo podemos hacer que esta burbuja se mueva aplicando más fuerza en el lado izquierdo (quiero moverla hacia la derecha)? Si aplicamos más fuerza desde el lado izquierdo, ¿no aumentará eso la presión? PAG 2 lo mismo que PAG 1 , debido a la presión capilar, de modo que PAG 2 siempre será mayor que PAG 1 (si no cambia el ángulo de contacto), ¿y la burbuja no se puede mover con más presión?

Respuestas (2)

El problema de la burbuja atascada ocurre cuando existe un equilibrio estático entre las fuerzas de contacto circunferenciales de la tensión superficial y las fuerzas debidas a la diferencia de presión aguas arriba y aguas abajo de la burbuja. La presión del gas dentro de la burbuja es uniforme y está entre las presiones del líquido aguas arriba y aguas abajo. En ese estado de equilibrio hay un flujo de líquido desde arriba hacia abajo de la burbuja.

Hay tres cosas que puede hacer para desequilibrar el equilibrio y hacer que la burbuja se mueva: 1. aumentar la presión del líquido aguas arriba. Inicialmente, esto hará que el tamaño de la burbuja disminuya, pero eventualmente la tensión de la superficie de contacto será menor que la fuerza de presión. 2. Reducir la presión aguas abajo. Inicialmente, esto hará que el tamaño de la burbuja se expanda, pero eventualmente las fuerzas de contacto serán más pequeñas que la fuerza de presión. 3. Finalmente, puede agregar un surfactante al flujo de líquido aguas arriba. Esto reduciría la tensión superficial al llegar a la burbuja y desequilibraría el equilibrio.

También puede haber otra forma. El problema de la burbuja atascada es uno de flujo laminar. Si de alguna manera creas un flujo pulsátil y logras la frecuencia de Womersly, el flujo se vuelve turbulento. Esto también puede desequilibrar el equilibrio.

¡Gracias por su respuesta! Usted escribió que si aumentamos la presión del líquido aguas arriba, el tamaño del dubble disminuiría y la fuerza de presión sería mayor que la tensión superficial. Mi comprensión de la presión capilar es que crea una diferencia de presión sobre una interfaz, donde la fase no humectante tiene la mayor presión. En este caso, es el agua.
Según tengo entendido, debido a la presión capilar, la diferencia de presión sobre una interfaz siempre será la misma, lo que significa que si aumentamos la presión aguas arriba, la presión aguas abajo aumentaría en la misma cantidad. ¿Es esto correcto y, de ser así, cómo puede un aumento de la presión superar este efecto? (Según la ecuación I en mi pregunta en la parte superior de la página, la presión a la derecha siempre será la mayor, si la tensión interfacial, R og θ no cambia). Otra pregunta que tengo es cómo podemos reducir la presión aguas abajo como mencionaste en la solución 2. Gracias.
El delicado equilibrio entre las fuerzas de presión y tensión superficial depende del esfuerzo cortante que la superficie del líquido pueda soportar bajo las fuerzas de presión que deforman la burbuja.
Hasta ahora, creo que está considerando la situación en la que la burbuja abarca casi toda la circunferencia del tubo. Con esta suposición hay dos estados: la burbuja que no se mueve y la burbuja que se mueve. El aumento de la presión aguas arriba puede comprimir la burbuja en estado estático y esto puede cambiar el ángulo de contacto entre la burbuja y la pared. Pero también puede tener la situación en la que la burbuja no abarca la circunferencia, sin embargo, puede atascarse.
En un nodo lateral: el flujo pulsátil de Womersly sigue siendo laminar. Su afirmación de que el flujo se vuelve turbulento es incorrecta.

Desde un punto de vista de ingeniería, puede usar el sonido, ya sea en el rango audible o ultrasónico para interrumpir la adhesión. Se podría colocar un transductor en el líquido en un extremo del tubo y arreglarlo de modo que parte del sonido viaje a lo largo del tubo. Si eso no es posible, pueden conectar un transductor al exterior. Aunque todo experimental. Una de esas respuestas de "pruébalo y verás" sin una teoría que lo respalde.

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