Informe de Capilaridad Final

 

UNIVERSIDAD DE LA COSTA

FACULTAD DE INGENIERIA ÁREA DE LABORATORIO DE FLUIDOS

FACULTAD DE INGENIERÍA

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS- TENSION SUPERFICIAL Y CAPILARIDAD. Dairo Andrés Cera Ramirez1, Manuel Martínez Martelo1, Luis Carlos Mercado1, Rodrigo Fragozo1. Ingeniería civil1 Laboratorio de Mecánica de fluidos –   Grup Gr upo o: PDL P DL

Resumen En el presente informe estudiamos lo concerniente a una propiedad importante presente en los fluidos como lo es la capilaridad, aquí nos pudimos dar cuenta que cada fluido presenta pr esenta un comportamiento distinto a la hora de observar y hacer las pruebas con los tubos capilares. Notamos que los resultados de esta práctica dependen de ciertos factores como el diámetro del tubo, las fuerzas de cohesión y adhesión que presenta cada fluido, el estado del fluido y de los elementos utilizados, la tensión superficial de la sustancia, etc. Palabras claves Tubos capilares, Tensión superficial, Fluidos newtonianos, Cohesión, Adhesión. Abstract In this report we study the t he important property present in fluids such as capillarity, here we can realize that each fluid has a different behavior when observing and testing with the capillaries. We note that the results of this practice depend on factors such as the diameter of the tube, the cohesion and adhesion forces exhibited by each fluid, the state of the fluid and the elements used, the surface tension of the substance, etc.

Keywords Capillary tubes, Surface tension, Newtonian fluids, Cohesion, Adhesion.

1. Introducción Una de las ciencias básicas de la ingeniería es la Mecánica de Fluidos y se ocupa particularmente del estudio del comportamiento de los fluidos, ya sea que estos estén en reposo o en movimiento.

En este orden de ideas se tiene que cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular entre sus moléculas es menor a la adhesión del líquido con el material

En este sentido, paradefinir la experiencia de laboratorio es necesario algunas de las  propiedades fundamentales de los fluidos líquidos como son la tensión superficial y la capilaridad, cuyas bases teóricas se enuncian en el presente informe.

del tubo sigue (es decir, es un hasta líquidoque que lamoja). El líquido subiendo tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y ésta  propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin utilizar energía  para vencer la gravedad.

De igual forma, se hizo necesaria la fundamentación teórica sobre algunas de las  propiedades de los fluidos líquidos como la capilaridad y su comportamiento en las sustancias ensayadas por lo cual se describe la incidencia de la propiedad en el líquido y el comportamiento que éste presenta experimentalmente; obteniendo entonces que corresponde a una propiedad de los líquidos que

2. Fundamentos Teóricos La experiencia como tal se fundamenta en bases relacionadas con las propiedades de los fluidos líquidos como la capilaridad y la tensión superficial, su comportamiento y determinación mediante procedimientos experimentales fundamentados en el análisis matemático Definición de Miel

depende ladecapacidad su tensión superficial y un quetubo le confiere de subir o bajar por capilar.

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La miel es un alimento de sabor dulce que es elaborado por las abejas a partir del néctar de las flores para su propio consumo, se produce y almacena en sus nidos en estructuras hexagonales que confluyen para formar el panal. Para ser obtenida es necesario recolectarla desde un panal, sin embargo es posible domesticar las abejas y lograr la producción industrial de miel en un proceso conocido como apicultura.

superficie estas no encuentran con quien llevar a cabo el intercambio, permitiendo generar una especie de capa o tensión a la cual se le conoce como tensión superficial.

FUERZA DE ADHESIÓN La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se juntan dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas debido a las fuerzas intermoleculares. De igual forma, esta propiedad es muy importante en la industria de la construcción, aprovechada en la resistencia y compactación de la mezclas de mampostería. Igualmente la fuerza de adhesión se debe al grado de atracción ejercido por las moléculas del fluido líquido con las moléculas que conforman las  paredes del recipiente en el cual cual está contenido.

La experiencia como tal se fundamenta en bases relacionadas con las propiedades de los fluidos líquidos como la capilaridad y la tensión superficial, su comportamiento y determinación mediante procedimientos experimentales fundamentados en el análisis matemático

CAPILARIDAD Consiste en la capacidad que tiene una columna de un líquido para ascender y descender en un medio poroso. Se evidencia claramente cuando se trabaja en medios porosos con diámetros menores de 10mm La capilaridad está influenciada por la tensión superficial y depende de las magnitudes relativas entre las fuerzas de cohesión del líquido y las fuerzas de adhesión del líquido y las paredes del medio. En este orden de ideas la capilaridad corresponde en síntesis al producto del acoplamiento de las fuerzas que intervienen en un fluido líquido dispuesto en un recipiente. Las fuerzas que intervienen corresponden a las fuerzas de cohesión, la tensión superficial y la fuerza de adhesión.

TENSIÓN SUPERFICIAL La tensión superficial es una fuerza que tiende a disminuir la superficie libre de un líquido. Se trata de una fuerza dirigida hacia el seno del líquido desde su superficie y se debe al desequilibrio de las fuerzas que actúan sobre las moléculas de la superficie libre del líquido. Figura 1. Tensión superficial. A diferencia de lo que ocurre en el caso de las moléculas de líquido que se encuentran en el interior del mismo, las fuerzas que actúan sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido no están equilibradas. Éste es el origen de la tensión superficial.

FUERZA DE COHESIÓN Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes 4 dentro de un mismo cuerpo. En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrógeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando for mando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. De igual forma, se tiene que la fuerza de cohesión se debe al intercambio de las moléculas de un fluido, caracterizado precisamente, en que este intercambio tiene lugar desde la parte inferior hasta la parte superior, que es donde se presentan

Una molécula deldeinterior depor unparte líquido está sometida a fuerzas atracción de todas las moléculas del líquido que la rodean y, por lo tanto, se halla en equilibrio, ya que es atraída con la misma fuerza en todas las direcciones. Sin embargo, las moléculas de la superficie del líquido no son atraídas hacia arriba y, por lo tanto, están sometidas a una fuerza dirigida  perpendicularmente a la superficie del líquido y hacia el interior del mismo. A esta fuerza se le conoce como tensión superficial y es la causa de que el líquido se comporte como si se hallase rodeado por una especie de membrana elástica. Igualmente es gracias a la tensión superficial que existe el conocido menisco, formado entre otras cosas por una capa de moléculas que tienen lugar

las moléculas “solitarias” debido a que en la

debido a la tensión.

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De esta manera, la relación entre la tensión superficial y la capilaridad se aplica mediante el ascenso capilar (h) , y la cual se puede obtener mediante la aplicación de la fórmula:

Tensiones superficiales 0,02275 Alcohol 0,0631 Glicerina 0,0663 Miel 0,0327 Acte motor

3. Desarrollo experimental Para la experiencia del laboratorio utilizados los siguientes materiales: 1. Probeta 2. Termómetro 3. Balines 4. Tubos capilares 5. Fluidos

T ab abla la 2. Tensione Tensi oness super super fi ci ciale ales. s.

fueron

Diametro Radio Altura(expe Volumen Densidad (m) (m) rimental) (m3) (kg/m3)

• 

Se verificó el buen estado físico e higiénico de los tubos, del fluido y del recipiente a utilizar. •  Se llenó el recipiente con el fluido correspondiente, en nuestro caso miel de abeja. •  Se introdujeron por separado los diferentes tubos capilares, con diferentes diámetros. •  Para cada capilar introducido te espero un tiempo prudente y se tomó la medición de la altura (h) alcanzada por el fluido a lo largo del tubo. •  Se repitió el procedimiento con cada tubo 3 veces para obtener una altura promediada más certera. •  Se dejaron los recipientes limpios libres de restos de fluidos y se tomaron los datos de los lo s diferentes grupos de fluidos como alcohol, glicerina, aceite de motor, entre otros que veremos más adelante.

0,0005

0,012

9,42E-08

1400

0,002

0,001

0,003

9,42E-09

1400

0,003

0,0015

0,002

9,04E-09

1400

0,004

0,002

0,001

1,26E-08

1400

ǷRG

Altura(calculada)

0,0 0,001 0129 2937 37 0,823 0,82362 6222 2247 47

6,8 6,867 67

0,1 0,119 1993 9391 9165 65

0,0 0,000 0012 1294 94 0,0 0,041 4118 1811 1112 12

13 13,73 ,7344

0,0 0,002 0299 9984 8479 79

0,0 0,000 0012 1242 42 0,0 0,026 2634 3465 6586 86

20 20,60 ,6011

0,0 0,001 0127 2788 8898 98

0,0 0,000 0017 1730 30 0,0 0,027 2754 5415 1508 08

27 27,46 ,4688

0,0 0,001 0100 0026 2676 76

Peso (N)

2 ϬCOSф

Tabla 3. Tabla experimental.

para

calcular

Altur Altura(ex a(exper perimen imentatal)l) Altur Altura(c a(calc alcula ulada da))

4. Cálculos y análisis análisis de resultados Densidades Alcohol Glicerina Miel Acte motor

0,001

altura

ErErro rorr %

0,012

0,119939165

899%

0,003

0,002998479

3%

0,002 0,001

0,001278898 0,001002676

35% 0.26%

T ab abla la 4. Tab T abla la de de errores err ores 5. Conclusiones

790 kg/m3 1260 kg/m3 1400 kg/m3 920 kg/m3

La viscosidad está presente en todos los fluidos, algunas veces es alta y otras veces es baja. Al introducir los balines en el fluido se determinó que cuando el fluido es más viscoso, el balín tarda más en llegar al fondo de la probeta, recorriendo una distancia conocida. La mayoría de las veces los balines de mayor diámetro, y de un mismo material, recorren ésta distancia más

Tabla 1. Tabla de densidades

rápido que los de menor diámetro.

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La realización de la experiencia para medir la tensión superficial de estos líquidos me sirvió

La magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuación:

 principalmente para cumplir el “ver para creer”

 puesto que se pudo dar respuesta a los diversos interrogante que se presentan en nuestro diario vivir, y se pudieron disipar algunas dudas que frecuentemente observamos y no sabemos darle una respuesta lógica a estos fenómenos. Pudimos llegar a la conclusión que según el principio de la tensión el agua tendió a subir una altura h, el cual dependería de la fuerza de cohesión y adhesión que son propias del líquido que ascendió por las fuerzas atractivas entre sus moléculas dentro del tubo capilar. Llegamos a la conclusión que para que haya capilaridad la fuerza de cohesión natural que tiene que ser mayor a la fuerza de adhesión. Y que la tensión superficial de un líquido es una propiedad exclusiva y específica de cada líquido, y que depende de la temperatura, estado del entorno, presión atmosférica. Recomendaciones Al medir el diámetro del  popote tratar de no presionar tanto con el calibrador para que no nos dé una medida errónea. Cuando vas a medir con la regla la altura del agua y el alcohol, hay que hacerlo con mucha delicadeza para evitar que se salga el líquido del  popote. Después de la experiencia aprendida segur experimentando con otros líquidos para adquirir conocimientos.

m = (r 1-r 2).D²/32.V.L

Viscosímetro universal de Saybolt La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad , este es el principio  por el cual está basado el viscosímetro universal. La muestra del fluido se coloca en el aparato después de que se establece el flujo se mide el tiempo requerido para colectar 60 ml. de fluido. El tiempo resultante se reparta como la velocidad del fluido en segundos universales de Saybolt.

Grados de viscosidad SAE La sociedad de ingenieros automotrices (SAE) ha desarrollado un sistema que irradica la viscosidad de los aparatos a temperaturas específicas. Las especificaciones de valores de viscosidad maxima a bajas temperaturas para aceites está relacionada con la capacidad del aceite para fluir hacia las superficies que necesitan calibración.

6. Bibliografía Las especificaciones de viscosidad a altas temperaturas se relaciona con la capacidad del aceite de proporcionar una película de aceite satisfactoria para llevar las cargas esperadas mientras no se tenga una viscosidad

POTTER, Merle C, WIGGERT, David C. Mecánica de fluidos 2da Edición, Editiorial  prentice Hall México. SERWAY, Raymond, Física, Tomo 1, Cuarta edición, Mc Graw Hill interamericana editores, editorial Bogotá 1997 W: SHANE. Introducción a la mecánica de fluidos, Editorial Mc. Graw Hill

excesivamente alta que pudiera aumentar la fricción. Los aceites que tienen el sufijo W deben tener viscosidades cinemáticas en los intervalos indicados a 100°C.

7. Anexos Viscosímetro de tubo capilar.

ISO

Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño conocido como tubo capilar. Conforme al fluido fluye a través del tubo con una velocidad cte. el sistema pierde energía, ocasionando una caída de presión.

Los lubricantes que se utilizan en aplicaciones industriales deben estar disponibles en un amplio intervalo de viscosidades, para cumplir este requerimiento la norma ASTM D422, clasificación estándar de lubricantes fluidos industriales por sistema de viscosidad define un conjunto de 18° de viscosidad ISO.

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La designación estándar incluye el prefijo ISO VG seguido por un número que representa la viscosidad nominal en cst (mm²/s) para una temperatura de 40°C.

Índice de viscosidad Una medida del cambio de la viscosidad de un fluido con la temperatura está dada por su índice de viscosidad.Un fluido con un alto índice de viscosidad muestra un cambio pequeño de viscosidad con respecto a la temperatura. Un fluido con un bajo índice de viscosidad exhibe un cambio grande en su viscosidad con respecto a la temperatura.

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