informe laboratorio 01 - capilaridad

LABORATORIO DE MECNICA DE FLUIDOS IINFORME N 2CAPILARIDADINGENIERIA CIVIL

INTRODUCCIN

En este Laboratorio trataremos de comprobar experimentalmente la capilaridad de los lquidos. Tambin vamos a observar el ascenso capilar y comprobar su relacin con el radio del tubo.

La capilaridad es una propiedad fsica de los lquidos que hace posible que ellos puedan avanzar a travs de tubos minsculos (desde unos milmetros hasta micras de tamao) siempre y cuando el lquido se encuentre en contacto con la paredes del capilar y estas paredes se encuentren suficientemente juntas, es decir que el dimetro de los tubos sea menor. Entre menor sea el dimetro, mayor la altura alcanzada por el lquido presente en el capilar.

Estacaracterstica de los lquidos, generalmente pasa desapercibidaa pesar de estar a la vista, la podemos apreciar cuando introducimos un trozo de papel absorbente tal como una servilleta en un lquido coloreado, observamos al instante como el lquido asciende por el papel. Esta misma propiedad es la quele permite al agua ascender a travs de las capas del suelo y alas plantasconducirlahasta las hojas y flores. Tambin nuestros cuerpos se valen de este fenmeno maravilloso para hacer circular la sangre por todo el organismo.

LABORATORIO MECANICA DE FLUIDOS I

CAPILARIDAD

1. FUNDAMENTO TERICO:

a) LA CAPILARIDAD EN LOS LIQUIDOS:Lacapilaridades una propiedad de loslquidosque depende de sutensin superficial(la cual, a su vez, depende de lacohesinofuerza intermoleculardel lquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por untubo capilar.Para entenderlo, veamos un experimento clsico:En un recipiente se vierte agua (coloreada de un cierto tinte para ver con mayor claridad el efecto que se produce).Se introduce en el recipiente un tubo de cristal alargado y estrecho. Inmediatamente parte de agua del recipiente ascender por el tubo hasta alcanzar una altura determinada, esta altura ser tal que elpeso del lquidoque quede dentro del tubosea iguala latensin superficial de dicho lquido.Si cogemos un tubo con un mayor dimetro el agua que ascender por l llegar a menor altura pero el peso del lquido que queda dentro del tubo tambin es igual a latensin superficialde dicho lquido.

Si se tuviese un tubo tan fino como el de un cabello, la cantidad de lquido ascendera mucho ms en altura pero el peso del lquido que queda dentro del tubo tambin es igual a latensin superficialde dicho lquido.A este fenmeno se le conoce comoCapilaridad lquida.Si tomamos un tubo de cristal grueso comunicado con uno fino y echamos agua en l se ver cmo en el tubo grueso el agua alcanza menos altura que en el fino, como se ilustrra en la figura. Agua Mercurio

Efectos de capilaridad.

Si hacemos la misma prueba con mercurio en vez de con agua (tal como se compara en la misma figura) resultar que en el tubo grueso el mercurio alcanza ms altura que en el fino.Adems, en el primer caso, se puede ver que el agua se une con la pared del tubo de formacncava, mientras que con el mercurio lo hace de formaconvexa.

Cuando un lquido sube por un tubo capilar, es debido a que lafuerza intermolecular(o cohesin intermolecular) entre sus molculas es menor a laadhesindel lquido con el material del tubo (es decir, es un lquido que moja).En palabras ms sencillas, cuando se introduce uncapilaren un recipiente con agua, sta asciende por el capilar como si trepase agarrndose por las paredes, hasta alcanzar un nivel superior al del recipiente.El lquido sube hasta que la tensin superficial es equilibrada por el peso del lquido que llena el tubo. ste es el caso delagua, y sta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de lasplantas, sin gastar energa para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesin entre las molculas de un lquido es ms potente que la adhesin a las paredes del capilar (como el caso delmercurio), la tensin superficial hace que el lquido llegue a un nivel inferior, y su superficie es convexa.

La atraccin adhesiva hacia el vidrio es mayorque la adhesin intermolecular del agua.

b) DENSIDAD: Es lacantidad de masa por unidad de volumen, la densidad es una caracterstica de cada sustancia. Nos vamos a referir a lquidos y slidos homogneos. En el mbito de laqumicay de lafsica, la densidad es lamagnitudque refleja el vnculo que existe entre la masa de uncuerpoy su volumen. En elSistemaInternacional, la unidad de densidad es elkilogramo por metro cbico (conocido por el smbolo kg/m3).

c) VISCOSIDAD: Laviscosidades la oposicin de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesin moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximacin bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llamafluido ideal.

d) TUBOS CAPILARES: Son aquellos cuyo dimetro interior es comparable al de un cabello. LaCapilaridades el fenmeno por el cual los lquidos suben o bajan en los tubos capilares, siendo mayor el ascenso o descenso cuanto ms fino es el tubo capilar, y prcticamente nula cuando el dimetro del tubo es mayor de 3 mm.

e) LEY DE JURIN: Sea un tubo de radior, no mayor de 1 mm, en el que un lquido de densidaddest elevado una alturah por accin capilar. La elevacin es debida a la componente verticalTs cosAde la tensin superficial Ts, que acta sobre cada centmetro de la longitud de la circunferencia en que el lquido toca al tubo. Por tanto:Fuerza total hacia arriba = 2 pi Ts cos A dinas,

Esta fuerza hacia arriba contrarresta es peso hacia abajoPde la columna lquida elevada, que es:

P = pi r2h d gr/fuerza= pi r2h d g dinas,

Igualando los dos valores se tiene:

2 pi r Ts cos A=pi r2h d gde donde: 2 Ts cos A h =-------------- r d g

2. HIPTESIS DE CAPILARIDAD

A menor sea el dimetro del tubo capilar, al ser sumergido en un lquido, este, subir una mayor altura por dicho conducto.

La altura que suba el lquido por el tubo capilar, tambin depender de su densidad y viscosidad.

3. PROCEDIMIENTOS:

Se llenan 05 recipientes con la misma cantidad de los distintos lquidos a comprobar.

Se tienen 03 tubos capilares cada uno con diferente dimetro (0.3cm, 0.5cm y 0.7cm)

Empezamos el laboratorio con el primer fluido que fue el agua carbonatada (gaseosa) para lo cual se introdujo cada uno de los 03 tipos de conductos uno por uno dentro del vaso con el fluido en mencin, dando un tiempo prudencial para que se establezca un nivel del cual se tomara lectura.

Habiendo dado el tiempo prudencial se proceden a medir las alturas en cada uno de los tres conductos, tomando anotaciones de los datos medidos as como de las condiciones observadas.

Este mismo procedimiento se realiz con los otros 04 fluidos: vino, Alcohol, aceite y Miel de Abeja

4. PANEL FOTOGRFICO DE MATERIALES:

MIEL DE ABEJA

ACEITEGASEOSAVINOALCOHOL

VASOS DE VIDRIOCONDUCTOS

REGLA

5. DATOS OBTENIDOS

DATOS OBTENIDOS

LIQUIDO UTILIZADOALTURA ALCANZADACunto sube respecto a la altura del fluido

= 3.00mm=5.00mm=7.00mm

GASEOSA4mm3mm1mm

VINO5mm3mm2mm

ALCOHOL2mm1mm0.5mm

ACEITE3mm0mm-0.5mm

MIEL DE ABEJA1mm-9mm-17mm

DATOS GENERALES

6. CLCULOS EFECTUADOS

LEY DE JURIN

Dnde:h : altura alcanzada por el fluido : tensin superficial del fluido (N/m) : ngulo de contacto : densidad del lquido (Kg/m3)g : aceleracin de la gravedad (m/s2)r : radio del tubo (m)

A) Para el agua carbonatada (agua gaseosa):Se utiliz agua carbonatada o bebida gaseosa (Pepsi). Adems se utiliz 3 conductos (Tubos capilares) de dimetros variados.

Dimetro N 1: (3 mm. = 0.03 m.)Aplicando la Ley de Jurin:

Para un lquido que asciende por un conducto, el valor de vara entre 0 y 90. Para valores de cercanos a 90, la altura que asciende el lquido por el conducto es aproximadamente 4 mm. Si asumimos un valor de igual a 45, tenemos:

h = 6.58 mm



h= 3.94mm



h= 2.82 mm

C) Para el alcohol:Se utiliz un vaso de alcohol. Adems se utiliz 3 conductos (Tubos capilares) de dimetros variados.



h = 2 mm



h = 1.2 mm


Para un lquido que asciende por un conducto, el valor de vara entre 0 y 90. Para valores de cercanos a 90, la altura que asciende el lquido por el conducto es aproximadamente 0.5 mm. Si asumimos un valor de igual a 60, tenemos:

h = 0.9 mm

C) Para el aceite:Se utiliz un vaso con aceite de cocina. Adems se utiliz 3 conductos (sorbetes) de dimetros variados.



h = 1.6mm



h = 1.0mm


Para un lquido que asciende por un conducto, el valor de vara entre 0 y 90. Para valores de cercanos a 0, la altura que asciende el lquido por el conducto es aproximadamente -0.5 mm. Si asumimos un valor de igual a 70, tenemos:

h = 0.7 mm

C) Para la miel de abeja:Se utiliz un vaso con miel de abeja. Adems se utiliz 3 conductos (sorbetes) de dimetros variados.



h = 1.2 mm


Para un lquido que asciende por un conducto, el valor de vara entre 0 y 90. Para valores de cercanos a 0, la altura que asciende el lquido por el conducto es aproximadamente -9 mm. Si asumimos un valor de igual a 75, tenemos:

h = 0.07 mm


Para un lquido que asciende por un conducto, el valor de vara entre 0 y 90. Para valores de cercanos a 0, la altura que asciende el lquido por el conducto es aproximadamente -17 mm. Si asumimos un valor de igual a 75, tenemos:

h = 0.05 mm

La diferencia entre los valores experimentales y los valores calculados por frmula radica en que existen diferentes tipos de errores. Entre ellos destacan:

Errores de apreciacin:

Debido al instrumento de medicin utilizado (el instrumento tiene un margen de error alto). Debido a los valores asumidos del ngulo de contacto. Este valor difcilmente puede ser medido experimentalmente, lo cual nos lleva a tener otro tipo de error en el clculo. As mismo, para cada valor del dimetro de conducto utilizado, se debe considerar un valor diferente del ngulo de contacto.

OBSERVACIONES

La altura alcanzada por un fluido debido a la capilaridad es inversamente proporcional al dimetro del tubo capilar. La bebida gaseosa, al tener una densidad mayor que el agua pura, no alcanza a tener una elevacin notoria a simple vista, lo que para efectos de clculos rpidos, se pueden despreciar estos valores. Los lquidos ms viscosos como el aceite y la miel de abeja ascienden con mayor lentitud por el tubo y no logran mucha distancia. La miel de abeja en el segundo tubo capilar tiene una altura que desciende de manera considerable y en los clculos con la ley de Jurin no se aprecia un descenso.

CONCLUSIONES

El fenmeno de la capilaridad, cuyo resultado es el ascenso (o descenso) de un lquido en el interior de un tubo es debido a la existencia de fuerzas en la superficie de las sustancias lquidas (agua) y gaseosa (aire) en contacto. Estas fuerzas se denominan tensin superficial. Queda demostrado el efecto de la capilaridad de los fluidos, indiferentemente de las caractersticas particulares de cada tipo de fluido utilizado en el laboratorio as como de los conductos capilares utilizados, en algunos casos se observ el incremento de la altura y en otros descenso. Este fenmeno de la capilaridad se aprecia en varias partes, desde las plantas, telas, papel higinico, etc, donde se observa claramente dicho fenmeno. Hay que tener cuidado al momento de medir y tomar datos, puesto que en nuestro caso tuvimos medidas de manera inclinada y la regla no ayudaba mucho, tal como se aprecia en el vdeo. La miel de abeja dejada unos buenos minutos suba por el tubo capilar, sin embargo cuando el proceso era inmediato no alcanzaba una altura adecuada, descenda considerablemente.

7. BIBLIOGRAFA http://www.profesorenlinea.cl/fisica/Capilaridad.html http://es.wikipedia.org/wiki/Capilaridad http://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/Fen%C3%B3menos_superficiales_de_los_l%C3%ADquidos/Capilaridad http://www.ugr.es/~andyk/Docencia/BFMA/03.pdf http://www.monografias.com/trabajos13/visco/visco.shtml

UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERIAS Y ARQUITECTURAEscuela Acadmico Profesional de Ing. Civil13

informe laboratorio 01 - capilaridad

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