MÉTODO DE WASHBURN

O Método de Washburn é uma abordagem experimental para avaliar a molhabilidade de materiais granulados e pós. Permite entender como líquidos diversos interagem com partículas sólidas em sistemas pulverizados e granulados. A aplicabilidade do Método é muito ampla. É utilizado para a avaliação da eficiência do molhamento de materiais particulados de interesse para as indústrias farmacêutica, química e de processamento mineral, particularmente na separação de fases pelo processo de Flotação. Compreender o molhamento de pós e granulados é crucial para prever o comportamento das partículas quando entram em contato com um líquido. Para muitas aplicações no processamento de cerâmicas, argilas, formulações farmacêuticas ou cosméticas e no processamento mineral compreender e quantificar a eficiência da molhabilidade é essencial para a otimização dos processos envolvidos.

As abordagens de medição direta de ângulos de contato líquido-superfície não podem ser usadas em materiais sólidos pulverizados (pós e granulados). Ficam evidentes as limitações experimentais e de representatividade estatística caso se desejasse medir o ângulo de contato seguindo a metodologia que é utilizada quando a superfície do sólido é suficientemente grande para acomodar uma gota individual do líquido molhante. (Figura 01).

Essa limitação é contornada recorrendo ao método desenvolvido por Edward W. Washburn que recorre à medição da taxa de ascensão do líquido de interesse em um tubo de diâmetro reduzido contendo o material pulverizado.

O método de Wasburn permite calcular o ângulo de contato a partir da taxa de ascensão do líquido no tubo usando a seguinte fórmula:

cos θ = (Dh)/(ηL)

onde:

θ é o ângulo de contato entre o líquido e as partículas de pó.

Dh é a taxa de ascensão do líquido no tubo, ou seja, a altura da coluna líquida que é ascendida na unidade de tempo.

η é a viscosidade dinâmica do líquido.

L é a tensão superficial do líquido.

Vale ressaltar que esta equação não leva em consideração fatores como a geometria do capilar ou a variação da taxa de ascensão com o tempo. A variação da taxa de ascensão depende de inúmeros fatores e deve ser considerada em casos específicos.

O procedimento experimental consiste em medir o tempo que o fluído leva para ascender através de um tubo em que uma das suas extremidades está em contato com o líquido. A ascensão do líquido no tubo ocorre devido à capilaridade, que é influenciada pelo ângulo de contato entre o líquido, a superfície do tubo e o molhamento das partículas do pó inserido no tubo formando uma coluna cilíndrica.

A equação que relaciona o tempo de ascensão (t) com o ângulo de contato (θ) é conhecida como a equação de Washburn:

h = (2γcosθt) /(ρgr)

onde h é a altura da ascensão do líquido (medida em intervalos de tempo definidos), γ é a tensão superficial do líquido, ρ é a densidade do líquido, g é a aceleração da gravidade e r é o raio do tubo.

O avanço da frente de molhamento com o tempo é registrado em gráfico típico, tal como esquematizado na Figura 02.

O vídeo aqui apresentado foi realizado, para fins demonstrativos, durante um experimento para determinação da taxa de ascensão de um líquido em uma coluna de granulado heterogêneo em termos de granulometria e composição mineralógica. A montagem utilizada foi projetada e desenvolvida de acordo com o Método de Washburn (Figura 03).

É importante ressaltar que podem existir variações na montagem e procedimentos específicos dependendo do material estudado, do objetivo do experimento e dos recursos materiais disponíveis.

SUGESTÕES PARA LEITURA

Washburn E.W., The dynamics of capillary flow, Physical Review 17 (1921) 273–283.

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Kirdponpattara, S., Phisalaphong, M., & Newby, B. M. Z. (2013). Applicability of Washburn capillary rise for determining contact angles of powders/porous materials. Journal of Colloid and Interface Science, 397, 169–176.

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