Laboratorio 2 Capilaridad PDF

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICAMECÁNICA DE FLUIDOS IDeterminación Del Ascenso CapilarObjetivo General:El objetivo de la siguiente experiencia de laboratorio consiste en estimar el ascenso o descenso de capilaridad de distintos fluidos a través de los datos geométrico...

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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA MECÁNICA DE FLUIDOS I Determinación Del Ascenso Capilar

Objetivo General: El objetivo de la siguiente experiencia de laboratorio consiste en estimar el ascenso o descenso de capilaridad de distintos fluidos a través de los datos geométricos medidos como: ángulo de contacto, altura capilar, diámetro interno del tubo y densidad estimada. Objetivos Específicos: 

Determinar la tensión superficial y la capilaridad en tubos.



Comprender el comportamiento de la capilaridad debido a la tensión superficial en un determinado sistema.

Metas: 

Determinar el ascenso por capilar de manera teórica por medio de la ecuación que describe su comportamiento, además de obtener la tensión superficial una vez se obtengan los datos necesarios.

Marco Teórico: El efecto de capilaridad es otra de las consecuencias de la tensión superficial, el cual consiste en el ascenso o descenso de un líquido en un tubo de diámetro pequeño insertado en un líquido. Esos tubos angostos o canales de flujo confinado se llaman capilares. Es común observar que el agua en un recipiente de vidrio presenta una curvatura ligeramente hacia arriba en los bordes en donde toca la superficie del vidrio; pero, para el mercurio, ocurre lo contrario: se observa una curva hacia abajo en los bordes.

Figura 1. Fuerzas que actúan una columna de líquido que ha ascendido en un tubo debido al efecto de capilaridad.

La intensidad del efecto de capilaridad se cuantifica por el ángulo de contacto (o de mojadura) ∅ , definido como el ángulo que la tangente a la superficie del líquido forma con la superficie sólida en el punto de contacto. La fuerza de tensión superficial actúa a lo largo de esta recta tangente hacia la superficie sólida. Se dice que un líquido moja la superficie cuando ∅90 ° .

Figura 2. Ascenso por capilaridad del agua y descenso por capilaridad del mercurio en un tubo de vidrio de diámetro pequeño.

Se puede determinar la magnitud del ascenso por capilaridad en un tubo circular a partir de un equilibrio de fuerzas sobre la columna cilíndrica de líquido de altura h en el tubo. El peso de la columna de líquido es aproximadamente: W =mg= ρVg = ρg ( π R h ) 2

Cuando se iguala la componente vertical de la fuerza de tensión superficial al peso se obtiene: 2 W =F superficial → ρg ( π R h) =2 πR σ s cos ∅

Figura 3. Fuerzas que actúan en una columna de líquido que ha ascendido en un tubo debido al efecto de capilaridad.

Despejando h da el ascenso por capilaridad como: h=

2σs cos ∅( R=constante ) ρg R

Desarrollo: Materiales: Regla, pajillas, carrizos o cualquier tubo que tengan, preferiblemente de diámetros pequeños (menor a 1/8 de pulgada). Diferentes líquidos como: Agua jabonosa, agua con sal, aceite de cocina etc. 

Utilizando una pajilla o varios tubos de diferentes diámetros, preferiblemente que se pueda ver el nivel del fluido dentro de estos y un vaso de vidrio, de forma que puedan ver lo que sucede.



Llenan el vaso con el líquido e insertan el tubito.



Miden experimentalmente el ascenso o descenso capilar.



Tomando una foto, pueden luego medir el ángulo de contacto

Utilizando la ecuación 2-38 del CENGEL, calcule teóricamente cual debería ser el ascenso, si conoce las propiedades del líquido. Determine la tensión superficial despejando la ecuación 2-38 y utilizando los datos geométricos medidos (ángulo de contacto, altura capilar, diámetro interno del tubo y densidad estimada). Referencia: CENGEL, Yunus A.; CIMBALA, John M.; Mecánica de Fluidos, Fundamentos y Aplicaciones, McGrawHill, México, 2018.

Tabla #1 Mediciones del ascenso capilar del agua en diferentes tubos con distindos diametros. Diámetro del tubo (mm) 0.5 0.8 1.1 1.7 2.0 2.2

Capilaridad medida(mm) 18 9 6 5 5 4

Tabla # 2 Completar la siguiente tabla

Diámetro del tubo (mm)

Ascenso capilar experiment al (mm)

0.5 0.8 1.1 1.7 2.0 2.2

18 9 6 5 5 4

Tensión superficial experimental (N/M)

∑¿

Ascenso capilar teórico(m m)

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