UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLOESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

INDICE

INTRODUCCION …………………………………….……02

OBJETIVOS………………………………………………...03

MARCO TEORICO…………..………………………….…04

APLICACIONES............................................................ 10

CONCLUSIONES…………………………………………..13

BIBLIOGRAFIA ………………………..…………………..14

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INTRODUCCION

A manera introductoria en este segundo informe se establecerán conceptos claros

y específicos sobre la capilaridad y la importancia que tiene con relación a los

fluidos veremos también algunos ejemplos de capilaridad presentes en la vida

cotidiana y aplicados a la ingeniería civil; así como también establecer los

diferentes conceptos y acepciones que tienen relación directa con el fenómeno de

la capilaridad.

La capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de una tensión en la

superficie la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la

capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Dicho de otra manera en relación a la ingeniería civil se tendrá en cuenta que los

materiales de construcción absorben agua proveniente de la lluvia, de filtraciones,

de la humedad del terreno que asciende por zonas sin impermeabilizar o con

impermeabilización deficiente por tanto es de suma importancia conocer este tipo

de fenómenos (capilaridad); ya que en el futuro cuando nos proyectemos a edificar

una obra civil tengamos la precaución y el conocimiento exacto del suelo en el

cual se trabajara en la utilización de materiales de calidad garantizada, para evitar

así la presencia de salitre y humedad en las obras civiles.

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OBJETIVOS

Generar un conocimiento claro del concepto de capilaridad.

Comprender las fuerzas involucradas en el fenómeno de capilaridad.

Analizar e identificar la propiedad de la capilaridad

Entender la importancia que tiene el fenómeno de capilaridad en relación a

la construcción.

Identificar sus aplicaciones

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MARCO TEORICO

CAPILARIDAD:

Es la capacidad que tiene un líquido de subir espontáneamente por un canal

minúsculo; debido a la tensión superficial, el agua sube por un capilar esto se

debe a fuerzas cohesivas, es decir, fuerzas que unen el líquido; y a fuerzas

adhesivas, que unen al líquido con la superficie del capilar.

Para ello es necesario conocer y tener claro los siguientes conceptos:

Cohesión

A la fuerza de atracción entre moléculas de la misma clase se le llama Cohesión.

La cohesión mantiene juntas a las moléculas de un sólido. Si un sólido se rompe,

una capa de moléculas de los gases de aire que esta sobre la superficie rota, nos

impide reconstruir el sólido, uniendo íntimamente las piezas. Sin embargo si

pulimos las dos superficies y las deslizamos una sobre otra podemos poner en

acción las fuerzas de cohesión y obtener que las piezas queden juntas.

Adhesión

Las moléculas de distintas clases, la fuerza de atracción entre moléculas de

diferente clase se llama Adhesión. Cuando están en contacto dos sustancias

distintas, existen tanto la cohesión como la adhesión; las características de las

sustancias implicadas, determinan que fuerza controla la acción sobre la superficie

de contacto.

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Tensión Superficial

La superficie de cualquier líquido se comporta como si sobre esta existe una

membrana a tensión. A este fenómeno se le conoce como tensión superficial. La

tensión superficial de un líquido está asociada a la cantidad de energía necesaria

para aumentar su superficie por unidad de área.

Vasos Comunicantes

Es el nombre que recibe un conjunto de recipientes comunicados por su parte

interior y que contienen un líquido homogéneo; se observa que cuando el líquido

está en reposo alcanza el mismo nivel en todos los recipientes, sin influir la forma

y volumen de estos.

Cuando sumamos cierta cantidad de líquido adicional, éste se desplaza hasta

alcanzar un nuevo nivel de equilibrio, el mismo en todos los recipientes. Sucede lo

mismo cuando inclinamos los vasos; aunque cambie la posición de los vasos, el

líquido siempre alcanza el mismo nivel.

Esto se debe a que la presión atmosférica y la gravedad son constantes en cada

recipiente, por lo tanto la presión hidrostática a una profundidad dada es siempre

la misma, sin influir su geometría ni el tipo de líquido.

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CAPILARIDAD

Por tanto la capilaridad es un proceso de los fluidos que depende de su tensión

superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la

capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza

intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que 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.

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En las proximidades de la pared de un recipiente, una molécula del líquido

experimenta las siguientes fuerzas:

Peso

Fuerzas de cohesión Fc

Fuerzas de adhesión Fa

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CAPILARIDAD POSITIVA

• El ejemplo de la figura es una muestra de capilaridad positiva, debido a que el agua sube por el capilar.

• El menisco en este caso será cóncavo.

CAPILARIDAD NEGATIVA

• En esta este caso la figura es una muestra de capilaridad negativa, debido a que el mercurio prácticamente no sube por el capilar.

• El menisco en este caso será convexo.

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De acuerdo a la intensidad de las fuerzas de cohesión y adherencia pueden ocurrir

dos casos:

1º) Si Fa>Fc; Se dice que el líquido moja al sólido.

Esto ocurre en la interfase agua-vidrio

En este caso, la resultante de las fuerzas que actúan sobre las moléculas

próximas a la pared, está dirigida hacia el interior de la pare, por lo que la forma de

la superficie del líquido es cóncava (menisco cóncavo).

2º) Si Fa<Fc; Se dice que el líquido no moja al sólido.

Esto ocurre en la interfase mercurio-vidrio.

En este caso, la resultante de las fuerzas que actúan sobre las moléculas

próximas a la pared, está dirigida hacia el interior del liquido, por lo que la forma

de la superficie del líquido es convexa (menisco convexo).

ANGULO DE CONTACTO: Formado por la tangente a la superficie del menisco

en el punto de contacto con el sólido.

Si el líquido moja, θ es agudo.

Si el líquido no moja, θ es obtuso.

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LEY DE JURIN

James Jurin (Físico-Británico) define la altura que se alcanza cuando se

equilibra el peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensión por

capilaridad. La altura h en metros de una columna líquida está dada por la

ecuación:

donde:

 = tensión superficial interfacial (N/m)

θ = ángulo de contacto

ρ = densidad del líquido (kg/m³)

g = aceleración debida a la gravedad (m/s²)

r = radio del tubo (m)

Para un tubo de vidrio en el aire a nivel del mar y lleno de agua,

 = 0,0728 N/m a 20 °C

θ = 20°

ρ = 1000 kg/m³

g = 9,80665 m/s²

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entonces, la altura de la columna de agua, en metros, será:

.

Por ejemplo, en un tubo de 1 mm de radio, el agua ascenderá por capilaridad unos 14 mm.

APLICACIONES

En soldadura

Si se sustituye el tubo pequeño por dos tubos encajados el uno dentro del otro con una holgura muy pequeña, se observa que el líquido sube por el espacio entre ambos tubos. Ésta es la situación que se da en la unión entre un tubo y un accesorio.

Este fenómeno de capilaridad que se produce con el líquido, es el mismo que el que tiene lugar con los metales en estado de fusión; su aplicación práctica constituye la soldadura por capilaridad. En resumen: la soldadura por capilaridad tiene lugar cuando a la unión de un tubo y un accesorio, después de su calentamiento, se le aporta un metal que se funde al contacto con ellos. Debido al fenómeno de capilaridad, el metal fundido asciende y se extiende en cualquier sentido, por el reducido espacio que queda entra la pared del tubo y la del accesorio; con ello, al enfriarse se consigue una unión totalmente hermética.

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En plantas

Las plantas tienen conductos muy delgados a través de los cuales el agua sube desde la raíz a los tallos y a las hojas más altas. El agua que se absorbe en la raíz se adhiere a las moléculas de azúcar que se encuentran en la superficie interior de los conductos y a su vez, las mismas moléculas de agua se atraen unas a otras por la fuerza de cohesión y de esta forma el agua sube hasta las hojas, las flores y los frutos. La capilaridad es uno de los procesos que favorecen que las plantas, y sobre todo los árboles muy altos, transporte el agua desde el suelo utilizando poca energía.

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PROBLEMAS EN LA CONSTRUCCIÓN

Humedad en edificacionesSe denomina Humedad Capilar a la humedad que se presenta en las zonas bajas de las construcciones, en muros o cimentaciones y que está en íntimo contacto con el terreno. La humedad capilar se debe a que los materiales de la construcción absorben el agua del terreno a través de la cimentación o muros. Ésta asciende por la red de capilares de los paramentos hasta alturas que dependerán del tamaño de los capilares, de su forma y estructura, de la presión atmosférica y del potencial eléctrico del muro frente al agua.El agua transporta sustancias salinas que, al ascender se evaporan y cristalizan, aumentando de tamaño, manchando suelos y paredes e impregnando el ambiente de aire húmedo. Al evaporarse el agua, tanto en el interior como en el exterior, las sales se convierten espontáneamente en polvo - eflorescencias - que incluso pueden agrietarse y separar el revoque.Son humedades permanentes cuando la capa freática del terreno se encuentra muy alta; cuando están relacionadas con las condiciones meteorológicas suelen ser humedades temporales o accidentales.

CONCLUSIONES

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La capilaridad depende de la tensión superficial.

La tensión superficial depende de las fuerzas intermoleculares.

Un menisco cóncavo se forma cuando las fuerzas de adhesión son mayores

a las de cohesión.

Un menisco convexo se forma cuando las fuerzas de adhesión son

menores a las de cohesión.

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BIBLIOGRAFIA

Frank M. White; Mecánica de Fluidos; Mc Graw-Hill; 2004; V Ed.

Irving Herman Shames Mechanics of fluids; McGraw-Hill, 2003, 4th Ed.

Robert L. Mott, Mecánica de Fluidos Aplicada, Prentice-Hall; 2006; IV Ed.

Robert W. Fox Introductión to Fluid Mechanics, John Wiley&Sons,Inc. IV Ed.

Yunus Cengel; Mecánica de Fluidos; McGraw-Hill;2006

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