Efecto de la interacción hidrodinámica en la velocidad de floculación de partículas brownianas
J. Toro–Mendoza*, G. Urbina–Villalba y M. García–Sucre
Laboratorio de Fisicoquímica de Coloides, Centro de Física, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas, Apartado postal 21827, Caracas, 1020–A, Venezuela, * e–mail: jtorom@ivic.ve
Recibido el 24 de noviembre de 2003
Aceptado el 2 de junio de 2004
Resumen
Se muestra el efecto del fluido sobre el movimiento de partículas Brownianas supendidas. Con el fin de estudiar la velocidad de floculación de una suspensión, se hace uso del algoritmo de Ermak y McCammon [J. Chem. Phys. 69 (1978) 1352] para simular sistemas a varias fracciones de volumen con el mismo número inicial de partículas. Normalmente, la interacción hidrodinámica (IH) se introduce en los algoritmos de dinámica Browniana por medio de tensores de difusión calculados mediante interacciones entre pares de partículas. Estas formulaciones, además de ser computacionalmente costosas, fallan en sistemas densos debido a la sobrestimación de la IH. En este trabajo se emplea una constante de difusión efectiva [Phys. Rev. E 68 (2003) 061408] que incorpora una corrección de la constante de difusión debida a la fracción de volumen local de partículas dispersas, conjuntamente con una formulación exacta de dicha constante para distancias cortas de aproximación. A concentraciones suficientemente diluidas, nuestros resultados reproducen aquellos de la formulación tensorial, corrigiendo las anomalías observadas a concentraciones mayores. Este procedimiento permite la evaluación adecuada de las constantes de floculación en sistemas densos.
Descriptores: Floculación; interacción hidrodinámica; dinámica Browniana; suspensiones; emulsiones.
Abstract
The effect of the fluid on the movement of suspended Brownian particles is shown. In order to study the flocculation rate of a suspension, Ermak and McCammon's algorithm [J. Chem. Phys. 69 (1978) 1352] is used to simulate systems containing a fixed initial number of particles but different volume fractions. Commonly, Brownian dynamics algorithms introduce hydrodynamic interactions (HI) through two–body diffusion tensors. These formulations are highly demanding in computer time and fail in dense systems due to an overestimation of HI. In this work, an effective diffusion constant is used. It is evaluated at each time from the local volume fraction of particles and an exact formulae valid at short inter particle distances [Phys. Rev. E 68 (2003) 061408]. For very dilute concentrations, our results are in good agreement with those for tensorial formulations, correcting the anomalous coalescence at higher concentrations. This procedure allows an adecuate evaluation of flocculation rates in dense systems.
Keywords: Flocculation; hydrodynamic interactions; Brownian dynamics; suspensions; emulsions.
PACS: 05.40Jc;83.10Mj;82.70Pe
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Referencias
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