INFORME LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS CAPILARIDAD
AUGUSTO J. BADEL RUBIANO CARLOS E. ALVAREZ SURMAY
PROFESOR: DR. JUAN RUEDA BAYONA UNIVERSIDAD DE LA COSTA BARRANQUILLA 28/09/2017
1. Introducción. 2. Objetivo. 3. Marco teórico. 4. Equipo. 5. Trabajo pre laboratorio. 6. Procedimiento experimental y matemático. 7. Datos experimentales y resultados. 8. Análisis de resultados. 9. Guía de síntesis. 10. Conclusión
1. INTRODUCCION En la presente experiencia es necesario definir 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. 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 depende de su tensión superficial y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar. 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 del tubo (es decir, es un líquido que moja). El líquido sigue subiendo hasta que la 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.
2. OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL
Precisar experimentalmente la capilaridad producida por varios fluidos líquidos para tubos capilares de diámetros variados, bajo condiciones de presión atmosférica y temperatura previamente concebidas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Describir el fenómeno de capilaridad para algunos fluidos líquidos. Caracterizar e identificar la propiedad de la capilaridad y sus aplicaciones. Identificar las fuerzas involucradas y su comportamiento en el fenómeno de capilaridad como la cohesión y la adhesión.
3. MARCO TEÓRICO 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.
3.1 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.
Ilustración 1: Capilaridad, descripción gráfica
3.2 FUERZAS 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 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 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 las moléculas “solitarias” debido a que en la 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.
3.3 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 está contenido.
3.4 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 parte superior y se debe al desequilibrio de las fuerzas que actúan sobre las moléculas en la superficie libre del líquido.
Ilustración 2: Tensión superficial.
Una molécula del interior de un líquido está sometida a fuerzas de atracción por parte 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 al 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 debido a la tensión.
Ilustración 3: Menisco ejemplo.
3.5 HERRAMIENTAS Y MATERIALES UTILIZADOS
Tubos capilares: Se utilizaron para medir un cambio de longitud en el fluido, de tal forma que se pudiera hallar la capilaridad de dicha sustancia.
Ilustración 3: Tubos capilares.
Pie de rey: Utilizado para hallar el diámetro del B eaker y los diámetros externos e internos de los tubos capilares.
Ilustración 4: Tubos capilares.
Regla: Utilizada para medir la altura a la cual se encontraba el fluido en la probeta inicialmente y luego de ingresar en ella el tubo capilar.
Ilustración 4: Regla.
Balanza electrónica: Utilizada para medir la masa de los fluidos junto al Beaker. B eaker : Utilizado para contener el fluido sobre la balanza y posteriormente realizar una medida más precisa del volumen de los fluidos. Los tubos capilares se ingresan aquí para la realización de la experiencia.
Ilustración 6: Beaker sobre balanza electrónica.
Aceite de cocina: Fluido utilizado en experiencia. Aceite de motor: Fluido utilizado en experiencia. Alcohol etílico: Fluido utilizado en experiencia. Miel: Fluido utilizado en experiencia. Glicerina: Fluido utilizado en experiencia.
Ilustración 7: Aceite de cocina
Ilustración 11: Alcohol etílico.
Ilustración 8: Glicerina.
Ilustración 10: Miel de abejas.
Ilustración 5: Aceite de motor.
