Una corriente de flujo y un potencial de flujo son dos fenómenos electrocinéticos interrelacionados que se estudian en las áreas de química de superficies y electroquímica . Son una corriente o potencial eléctrico que se origina cuando un electrolito es impulsado por un gradiente de presión a través de un canal o tapón poroso con paredes cargadas. [1] [2] [3]
La primera observación del potencial de flujo se atribuye generalmente al físico alemán Georg Hermann Quincke en 1859.
Las corrientes de flujo en geometrías bien definidas son un método sensible para caracterizar el potencial zeta de las superficies, lo cual es importante en los campos de la ciencia de los coloides y de las interfaces . [1] En geología, las mediciones del potencial espontáneo relacionado se utilizan para evaluaciones de formaciones. El potencial de flujo debe considerarse en el diseño para el flujo de fluidos poco conductores (por ejemplo, líneas de gasolina) debido al peligro de acumulación de altos voltajes. El monitor de corriente de flujo (SCM) es una herramienta fundamental para monitorear la coagulación en plantas de tratamiento de aguas residuales . El grado de coagulación del agua cruda se puede controlar mediante el uso de un SCM para proporcionar un control de retroalimentación positiva de la inyección de coagulante. A medida que aumenta la corriente de agua residual, se inyecta más agente coagulante en la corriente. Los niveles más altos de agente coagulante hacen que las pequeñas partículas coloidales se coagulen y se sedimenten fuera de la corriente. Dado que en la corriente de aguas residuales hay menos partículas coloidales, el potencial de corriente disminuye. El SCM reconoce esto y posteriormente reduce la cantidad de agente coagulante inyectado en la corriente de aguas residuales. La implementación del control de retroalimentación SCM ha llevado a una reducción significativa de los costos de materiales, una reducción que no se logró hasta principios de los años 1980. [4] Además de las capacidades de monitoreo, la corriente de flujo podría, en teoría, generar energía eléctrica utilizable . Sin embargo, este proceso aún no se ha aplicado, ya que las eficiencias mecánicas a eléctricas del potencial de transmisión típica son de alrededor del 1 %. [5]
Adyacente a las paredes del canal, la neutralidad de carga del líquido se viola debido a la presencia de una doble capa eléctrica : una fina capa de contraiones atraídos por la superficie cargada. [ dieciséis]
El transporte de contraiones junto con el flujo de fluido impulsado por la presión da lugar a un transporte de carga neto: la corriente de flujo. El efecto inverso, generar un flujo de fluido aplicando una diferencia de potencial, se denomina flujo electroosmótico . [6] [7] [8]
Una configuración típica para medir corrientes de flujo consta de dos electrodos reversibles colocados a cada lado de una geometría fluídica a través de la cual se aplica una diferencia de presión conocida. Cuando ambos electrodos se mantienen al mismo potencial, la corriente que fluye se mide directamente como la corriente eléctrica que fluye a través de los electrodos. Alternativamente, los electrodos se pueden dejar flotando, permitiendo que se acumule un potencial de flujo entre los dos extremos del canal.
Un potencial de flujo se define como positivo cuando el potencial eléctrico es mayor en el extremo de alta presión del sistema de flujo que en el extremo de baja presión.
El valor de la corriente que fluye observado en un capilar generalmente está relacionado con el potencial zeta a través de la relación: [9]
La corriente de conducción , que es igual en magnitud a la corriente de flujo en estado estacionario, es:
En estado estacionario, el potencial de flujo acumulado a lo largo del sistema de flujo viene dado por:
Símbolos:
La ecuación anterior suele denominarse ecuación de Helmholtz-Smoluchowski .
Las ecuaciones anteriores suponen que:
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