Abtropfen aus einer Kapillare bei Nicht-Benetzung


Abtropfen aus einer Kapillare - Ideale Kugelform des Tropfens

Das Abtropfen aus Kapillaren liefert gleich große Tropfen.

Das Abtropfen aus einer Kapillare tritt auf, wenn eine Flüssigkeit mit sehr geringer Strömungsgeschwindigkeit ausströmt. Es handelt sich hierbei um einen „quasi-statischen“ Strömungszustand. Für die theoretische Betrachtung des Abtropfens spielt somit die Viskosität der Flüssigkeit keine Rolle.

Wichtig ist jedoch, dass die Flüssigkeit gegenüber dem Werkstoff der Kapillare nicht-benetzend ist.

Abtropfen an einer Pipette - Typische Anwendung aus dem Bereich der Medizintechnik

Abtropfen in medizintechnischen Anwendungen

Ein typischer Anwendungsfall für das Abtropfen an Kapillaren beziehungsweise Pipetten ist das Dosieren von Wirkstoffen. Beispielsweise für Augentropfen.

Im Bild ist deutlich zu erkennen, dass der Tropfen real nicht die ideale Kugelform aufweist. Ursache hierfür ist das Erdschwerefeld, welches für die Deformation verantwortlich ist. 

Die gezeigte Deformation führt dazu, dass eine gewisse Flüssigkeitsmasse beim Ablösen des Tropfens an der Kapillare verbeibt. Somit ist der reale Tropfen etwas kleiner als der theoretisch berechnete. Dieses kann jedoch durch Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. 

Auslaufen einer Kapillare bei Überschreiten der kritischen Bond-Zahl

Das Abtropfen kann in ein Auslaufen der Kapillare übergehen!

Das ist zu berücksichtigen! Wird ein bestimmter und kritischer Betrag für die so genannte Bond-Zahl von Bo = 28 erreicht oder überschritten, kann die Kapillare leer laufen.

Bond-Zahl Bo in der Düsentechnik. Beschreibt Grenzen für das auslaufen von Kapillaren.

Kapillaren können also nicht beliebig groß gewählt werden. Ebenso spielen die Dichte und die Oberflächenspannung der Flüssigkeit eine Rolle.

Beim Auslaufen tritt Luft in die Kapillare ein. Dieses führt zu einer unkontrollierten Tropfenbildung. Die Tropfen sind dann auch nicht mehr gleich groß!

Das Auslaufen kann bereits bei kleineren Bond-Zahlen als 28 auftreten. Insbesondere dann, wenn zusätzliche Erschütterungen (Beschleunigungen) auf die Kapillare einwirken.

ρ ist die Dichte der Flüssigkeit in kg/m3

σ ist die Oberfächenspannung der Flüssigkeit in N/m

g ist die Erdbeschleunigung in m/s2

Kommen Kapillaren am Rotationszerstäuber zum Einsatz, ist die Erdbeschleunigung g durch die Zentrifugalbeschleunigung a zu ersetzen!

R bezeichnet den Radius des Rotationszerstäubers in m, ω die Winkelgeschwindigkeit in 1/s2

Fromel zur Berechnung der Zentrifugalbeschleunigung an einem Rotationszerstäuber