Reología interfacial de cizallaNuevos esquemas de análisis de datos y su aplicación al estudio de monocapas de Langmuir de ácidos grasos

Resumen

Las interfases entre fluidos inmiscibles son ubicuas en la naturaleza (función pulmonar, película lacrimal, división celular, absorción de nutrientes...), y también están presentes en productos manufacturados o procesos industriales (alimentación, cosmética, estabilidad de emulsiones y espumas, recuperación del petróleo...). Estos sistemas adquieren un comportamiento complejo cuando acumulan sustancias tensioactivas (surfactantes) que, generalmente, otorgan un carácter no lineal a su respuesta frente a esfuerzos o deformaciones. En estas situaciones resulta de gran interés conocer las propiedades reológicas. Con este objetivo se han desarrollado en las últimas décadas distintas técnicas e instrumentos con la sensibilidad necesaria para ejercer pequeños esfuerzos y medir la deformación producida. La presente memoria se centra en dos aspectos relacionados con el estudio de sistemas interfaciales situados entre dos fluidos adyacentes. En primer lugar, el desarrollo, implementación y estudio del desempeño de métodos de análisis de datos reológicos experimentales basados en el cálculo de los campos fluidodinámicos adaptados a las geometrías más habituales, o que proporcionan mayor precisión, en reología interfacial de cizalla bajo excitación oscilatoria. Más concretamente, se han formulado modelos simples adecuados a las geometrías de sonda cónica, micro-botón y aguja magnética. Conociendo la estructura del campo de velocidades, se pueden obtener por separado las contribuciones a la ecuación de la dinámica de la sonda correspondientes a los esfuerzos interfaciales y de las fases fluidas de volumen. Implementando un proceso iterativo que hace intervenir las ecuaciones de la fluidodinámica y de la dinámica de la sonda, es posible obtener los módulos dinámicos interfaciales de cizalla. En este trabajo se ha desarrollado un estudio en profundidad de la convergencia, consistencia y robustez frente a errores numéricos o de medida de un esquema de análisis de datos para la configuración de sonda cónica. También, se han desarrollado nuevos métodos de análisis para las configuraciones de micro-botón y aguja magnética que incorporan una fase fluida sobre la interfase. Además, la aplicación de estos modelos a las interfases más comunes, agua-aire, ha permitido arrojar luz sobre los valores límite de viscosidad interfacial por debajo de los cuales el efecto de la capa superior de aire no puede ser ignorado. En segundo lugar, en esta memoria se muestra una aplicación de estas técnicas realizando un estudio termo-reológico de la transición de fase de fusión bidimensional en monocapas de Langmuir de ácidos grasos. En particular, se ha estudiado la transición de fase S-LS en monocapas de Langmuir de ácidos grasos (en concreto C20) sobre una interfase agua-aire con un reómetro interfacial de trampa magnética mediante barridos en temperatura manteniendo la presión interfacial constante. En primer lugar, se ha estudiado la estabilidad de la interfase, en términos de la pérdida de área, en condiciones de temperatura y presión constantes, observándose dos regímenes temporales claramente distintos, siendo la cinética del primero mucho más lenta que la del segundo. Por otro lado, se han obtenido medidas simultáneas de los módulos dinámicos de cizalla y del coeficiente de dilatación térmica de la interfase, durante barridos de temperatura isobáricos y para distintos ritmos de variación de la temperatura interfacial. Por medio de estos barridos se han estudiado los valores de la temperatura crítica para la transición S-LS y la posible histéresis en dicha transición. Se ha observado que la posible histéresis en los módulos dinámicos disminuye al disminuir el ritmo de variación de la temperatura, llegando a desaparecer, y que el coeficiente de dilatación muestra un pico ancho para temperaturas ligeramente inferiores a la temperatura de transición para los módulos dinámicos. Los resultados se han discutido en relación con el escenario KTHNY de fusión bidimensional.