Informe Laboratorio 01 - Capilaridad

LABORATORIO DE MECÁNICA DE FLUIDOS I INFORME N° 2

CAPILARIDAD

NGENIERIA CIVIL

INTRODUCCIÓN En este Laboratorio trataremos de comprobar experimentalmente la capilaridad de los líquidos. También vamos a observar el ascenso capilar y comprobar su relación con el radio del tubo. La capilaridad capilaridad es una propiedad propiedad física de los líquidos líquidos que hace posible que ellos puedan avanzar a través de tubos minúsculos desde unos unos milímetros hasta micras de tama!o" siempre y cuando cuando el líquido se encuentre encuentre en contacto con la paredes del capila capilarr y estas estas pared paredes es se encuen encuentre tren n sufici suficient enteme emente nte #untas #untas$$ es decir decir que el di%metro di%metro de los tubos sea menor. Entre Entre menor sea el di%metro$ di%metro$ mayor la altura alcanzada por el líquido presente presente en el capilar. capilar. Esta característica de los líquidos$ &eneralmente pasa desapercibida a pesar de esta estarr a la vist vista$ a$ la pode podemo moss apre apreci ciar ar cuan cuando do intr introd oduc ucim imos os un trozo trozo de pape papell absorbente tal como una servilleta servilleta en un líquido coloreado$ observamos observamos al instante como el líquido asciende por el papel. Esta misma propiedad es la que le permite al a&ua ascender a través de las capas del suelo y a las plantas conducirla hasta las ho#as y flores. También nuestros cuerpos se valen de este fenómeno maravilloso para hacer circular la san&re por todo el or&anismo.

LABORATORIO MECANICA DE FLUIDOS I CAPILARIDAD UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS – FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA Escuela Aca!"#c$ P%$&es#$'al e I'() C#*#l

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CAPILARIDAD

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1. FUNDAMENTO TEÓRICO: a) LA CAPILARIDAD EN LOS LIQUIDOS: La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial la cual$ a su vez$ depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido"$ que le confiere la capacidad de subir o ba#ar por un tubo capilar. 'ara entenderlo$ veamos un experimento cl%sico( En un recipiente se vierte a&ua coloreada de un cierto tinte para ver con mayor claridad el efecto que se produce". )e introduce en el recipiente un tubo de cristal alar&ado y estrecho. *nmediatamente parte de a&ua del recipiente ascender% por el tubo hasta alcanzar una altura determinada$ esta altura ser% tal que el peso del líquido que quede dentro del tubo sea i&ual a la tensión superficial de dicho líquido. )i co&emos un tubo con un mayor di%metro el a&ua que ascender% por él lle&ar% a menor altura pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es i&ual a la tensión superficial de dicho líquido. )i se tuviese un tubo tan fino como el de un cabello$ la cantidad de líquido ascendería mucho m%s en altura pero el peso del líquido que queda dentro del tubo también es i&ual a la tensión superficial de dicho líquido. + este fenómeno se le conoce como ,apilaridad líquida. )i tomamos un tubo de cristal &rueso comunicado con uno fino y echamos a&ua en él se ver% cómo en el tubo &rueso el a&ua alcanza menos altura que en el fino$ como se ilustrra en la fi&ura. +&ua -ercurio )i hacemos la misma Efectos de ca!"a#!dad. prueba con mercurio en vez de con a&ua tal como se compara en la misma fi&ura" resultar% que en el tubo &rueso el mercurio alcanza m%s altura que en el fino. +dem%s$ en el primer caso$ une con la pared del tubo de con el mercurio lo hace de

se puede ver que el a&ua se forma cóncava$ mientras que forma convexa.

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,uando un líquido sube por un tubo capilar$ es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular" entre sus moléculas es menor a la adhesión del líquido con el material del tubo es decir$ es un líquido que mo#a". En palabras m%s sencillas$ cuando se introduce un capilar en un recipiente con a&ua$ ésta asciende por el capilar como si trepase a&arr%ndose por las paredes$ hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente. El líquido sube hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. ste es el caso del a&ua$ y ésta propiedad es la que re&ula parcialmente su ascenso dentro de las plantas$ sin &astar ener&ía para vencer la &ravedad. )in embar&o$ cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es m%s potente que la adhesión a las paredes del capilar como el caso del mercurio"$ la tensión superficial hace que el líquido lle&ue a un nivel inferior$ y su superficie es convexa.

La at#acc!$% ad&es!'a &ac!a e" '!d#!o es (ao# *+e "a ad&es!$% !%te#(o"ec+"a# de" a,+a. -) DENSIDAD: Es la cantidad de masa por unidad de volumen$ la densidad es una característica de cada sustancia. /os vamos a referir a líquidos y sólidos homo&éneos. En el %mbito de la química y de la física$ la densidad es la ma&nitud que refle#a el vínculo que existe entre la masa de un cuerpo y su volumen. En el )istema *nternacional$ la unidad de densidad es el 0ilo&ramo por metro cúbico conocido por el símbolo 0&1m2".


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CAPILARIDAD

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c) ISCOSIDAD: La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tan&enciales$ es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan al&o de viscosidad$ siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. 3n fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. d) TUBOS CAPILARES( )on aquellos cuyo di%metro interior es comparable al de un cabello. La ,apilaridad es el fenómeno por el cual los líquidos suben o ba#an en los tubos capilares$ siendo mayor el ascenso o descenso cuanto m%s fino es el tubo capilar$ y pr%cticamente nula cuando el di%metro del tubo es mayor de 2 mm. e) LE/ DE 0URIN( )ea un tubo de radio r$ no mayor de 4 mm$ en el que un líquido de densidad d est% elevado una altura h por acción capilar. La elevación es debida a la componente vertical Ts cos+ de la tensión superficial Ts$ que actúa sobre cada centímetro de la lon&itud de la circunferencia en que el líquido toca al tubo. 'or tanto( 5uerza total hacia arriba 6 7 pi Ts cos + dinas$ Esta fuerza hacia arriba contrarresta es peso hacia aba#o ' de la columna líquida elevada$ que es( ' 6 pi r 7 h d &r1fuerza 6 pi r 7 h d & dinas$ *&ualando los dos valores se tiene( 7 pi r Ts cos + 6 pi r 7 h d &

de donde(

7 Ts cos + h 688888888888888 rd&

. 2IPÓTESIS DE CAPILARIDAD •

+ menor sea el di%metro del tubo capilar$ al ser sumer&ido en un líquido$ este$ subir% una mayor altura por dicho conducto.


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CAPILARIDAD

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La altura que suba el líquido por el tubo capilar$ también depender% de su densidad y viscosidad.

3. PROCEDIMIENTOS: •

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•

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•

)e llenan 9: recipientes con la misma cantidad de los distintos líquidos a comprobar. )e tienen 92 tubos capilares cada uno con diferente di%metro 9.2cm$ 9.:cm y 9.;cm" Empezamos el laboratorio con el primer fluido que fue el a&ua carbonatada &aseosa" para lo cual se introdu#o cada uno de los 92 tipos de conductos uno por uno dentro del vaso con el fluido en mención$ dando un tiempo prudencial para que se establezca un nivel del cual se tomaría lectura.
4. PANEL FOTO5R6FICO DE MATERIALES:


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GASEOSA MIEL DE

ACEITE VINO

ALCOH

VASOS DE VIDRIO

CONDUCTO

REGLA

7. DATOS OBTENIDOS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS – FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA Escuela Aca!"#c$ P%$&es#$'al e I'() C#*#l

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DATOS OBTENIDOS ALTURA ALCANZADA Cuánto sube respecto a la altura el !u"o LIQUIDO UTILIZADO #$ #$)&''( #$*&''( %&''(( ( ( GASEOSA

4mm

3mm

1mm

VINO

5mm

3mm

2mm

ALCOHOL

2mm

1mm

0.5mm

ACEITE

3mm

0mm

-0.5mm

MIEL DE ABEJA

1mm

-9mm

-17mm

DATOS GENERALES

8. C6LCULOS EFECTUADOS UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS – FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA Escuela Aca!"#c$ P%$&es#$'al e I'() C#*#l

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LE/ DE 0URIN h=

2 γ cos θ

ρ g r

>ónde( h ( altura alcanzada por el fluido  ( tensión superficial del fluido /1m" ! ( %n&ulo de contacto ? ( densidad del líquido @&1m 2" & ( aceleración de la &ravedad m1s 7" r ( radio del tubo m" A) Pa#a e" a,+a ca#-o%atada 9a,+a ,aseosa): )e utilizó a&ua carbonatada o bebida &aseosa 'epsi". +dem%s se utilizó 2 conductos Tubos capilares" de di%metros variados. D!(et#o N; 1: 93 ((. < =.=3 (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.083

h=

(

1212 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.003 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a C9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente = mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a =:B$ tenemos( h 6 D.: mm

D!(et#o N; : 97 ((. < =.==7 (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.083

h=

(

1212 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.00 5 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a C9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 2 mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a =:B$ tenemos( UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS – FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA Escuela Aca!"#c$ P%$&es#$'al e I'() C#*#l

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h6 2.C=mm

D!(et#o N; 3: 9> ((. < =.==> (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.083

h=

(

1212 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.00 7 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a C9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 4 mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a =:B$ tenemos( h6 7.7 mm

C) Pa#a e" a"co&o": )e utilizó un vaso de alcohol. +dem%s se utilizó 2 conductos Tubos capilares" de di%metros variados. D!(et#o N; 1: 93 ((. < =.==3 (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.023

h=

(

780 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.003 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a C9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 7 mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a D9B$ tenemos( h 6 7 mm D!(et#o N; : 97 ((. < =.==7 (.) +plicando la Ley de Aurin(


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( ) )( )(

2 x 0.023

h=

(

780 kg

x

m3

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N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.005 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a C9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 4 mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a 9B$ tenemos( h 6 4.7 mm D!(et#o N; 3: 9> ((. < =.==> (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.023

h=

(

780 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.007 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a C9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 9.: mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a D9B$ tenemos( h 6 9.C mm

C) Pa#a e" ace!te: )e utilizó un vaso con aceite de cocina. +dem%s se utilizó 2 conductos sorbetes" de di%metros variados. D!(et#o N; 1: 93 ((. < =.==3 (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.032

h=

(

920 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.003 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a 9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 2 mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a ;9B$ tenemos( UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS – FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURA Escuela Aca!"#c$ P%$&es#$'al e I'() C#*#l

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CAPILARIDAD

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h 6 4.Dmm D!(et#o N; : 97 ((. < =.==7 (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.032

h=

(

920 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.005 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a 9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 9 mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a ;9B$ tenemos( h 6 4.9mm D!(et#o N; 3: 9> ((. < =.==> (.) +plicando la Ley de Aurin(

( ) )( )(

2 x 0.03 2

h=

(

920 kg

m3

x

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

x

0.007 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a 9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 89.: mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a ;9B$ tenemos( h 6 9.; mm C) Pa#a "a (!e" de a-e?a: )e utilizó un vaso con miel de abe#a. +dem%s se utilizó 2 conductos sorbetes" de di%metros variados. D!(et#o N; 1: 93 ((. < =.==3 (.) +plicando la Ley de Aurin(

(

2 x 0.049

h=

(

1402 kg

m3

)( x

)

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

)

x (

0.003 m 2

)


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'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a 9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 4 mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a ;:B$ tenemos( h 6 4.7 mm D!(et#o N; : 97 ((. < =.==7 (.) +plicando la Ley de Aurin(

(

2 x 0.049

h=

(

1402 kg

m3

)( x

)

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

)( x

0.005 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a 9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 8C mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a ;:B$ tenemos( h 6 9.9; mm D!(et#o N; 3: 9> ((. < =.==> (.) +plicando la Ley de Aurin(

(

2 x 0.049

h=

(

1402 kg

m3

)( x

)

N x cos Ѳ ° m

9.81 m

s2

)

x (

0.00 5 m 2

)

'ara un líquido que asciende por un conducto$ el valor de ! varía entre 9B y C9B. 'ara valores de ! cercanos a 9B$ la altura que asciende el líquido por el conducto es aproximadamente 84; mm. )i asumimos un valor de ! i&ual a ;:B$ tenemos( h 6 9.9: mm La diferencia entre los valores experimentales y los valores calculados por fórmula radica en que existen diferentes tipos de errores. Entre ellos destacan( Errores de apreciación( •

>ebido al instrumento de medición utilizado el instrumento tiene un mar&en de error alto".


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>ebido a los valores asumidos del %n&ulo de contacto. Este valor difícilmente puede ser medido experimentalmente$ lo cual nos lleva a tener otro tipo de error en el c%lculo. +sí mismo$ para cada valor del di%metro de conducto utilizado$ se debe considerar un valor diferente del %n&ulo de contacto.

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OBSERACIONES •

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La altura alcanzada por un fluido debido a la capilaridad es inversamente proporcional al di%metro del tubo capilar. La bebida &aseosa$ al tener una densidad mayor que el a&ua pura$ no alcanza a tener una elevación notoria a simple vista$ lo que para efectos de c%lculos r%pidos$ se pueden despreciar estos valores. Los líquidos m%s viscosos como el aceite y la miel de abe#a ascienden con mayor lentitud por el tubo y no lo&ran mucha distancia. La miel de abe#a en el se&undo tubo capilar tiene una altura que desciende de manera considerable y en los c%lculos con la ley de Aurin no se aprecia un descenso.

CONCLUSIONES •

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El fenómeno de la capilaridad$ cuyo resultado es el ascenso o descenso" de un líquido en el interior de un tubo es debido a la existencia de fuerzas en la superficie de las sustancias líquidas a&ua" y &aseosa aire" en contacto. Estas fuerzas se denominan tensión superficial. Fueda demostrado el efecto de la capilaridad de los fluidos$ indiferentemente de las características particulares de cada tipo de fluido utilizado en el laboratorio así como de los conductos capilares utilizados$ en al&unos casos se observó el incremento de la altura y en otros descenso. Este fenómeno de la capilaridad se aprecia en varias partes$ desde las plantas$ telas$ papel hi&iénico$ etc$ donde se observa claramente dicho fenómeno.
;. BIBLIO5RAF@A http(11GGG.profesorenlinea.cl1fisica1,apilaridad.html http(11es.Gi0ipedia.or&1Gi0i1,apilaridad • •


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http(11es.Gi0iboo0s.or&1Gi0i15H,2H+>sica15en H,2HI2menosJsuperficialesJdeJlosJlH,2H+>quidos1,apilaridad http(11GGG.u&r.es1Kandy01>ocencia1I5-+192.pdf http(11GGG.mono&rafias.com1traba#os421visco1visco.shtml


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Informe Laboratorio 01 - Capilaridad

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