LABORATORIO N01: Proyecto Demostrativo

LABORATORIO N01: Proyecto Demostrativo2014

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTUNEZ DE MAYOLO

TEMA: LABORATORIO N01: Proyecto Demostrativo

ASIGNATURA: MECANICA DE FLUIDOS

FACULTAD: INGENIERIA CIVIL

DOCENTE: MSC. ING. MARCO ANTONIO SILVA LINDO

INTEGRANTES: Brisseth MINAYA URBIZAGASTEGUI

Leidy MENA RUIZ

HUARAZ2014

INDICE

I. INTRODUCCION.Pg. 3

II. OBJETIVOSPg.4

III. FUNDAMENTO TEORICO.Pg.4

IV. MATERIALES.Pg.13

V. PROCEDIMIENTO.Pg.9

VI. EXPLICACIONPg.10

VII. CONCLUSIONESPg.11

VIII. RECOMENDACIONES..Pg.12

I. INTRODUCCION

En el siguiente informe, se ha redactado el proceso de demostracin de la propiedad de Tensin superficial, que como ya sabemos sta propiedad es aquella donde el lquido opone resistencia para aumentar su superficie.

Una de las causas de sta propiedad es fundamentada por Van der Waals; quin seala que las fuerzas intermoleculares en el interior de un lquido producen una fuerza resultante neta que se anula ya que existe menor energa, en cambio cuando se est en la superficie del lquido se produce una fuerza resultante neta hacia el interior del lquido ya que existe una mayor energa en la superficie.

Esta propiedad es muy importante ya que a travs de esta se pueden explicar varios fenmenos como: por qu algunos insectos pueden desplazarse sobre el agua sin hundirse, o como se forman las burbujas de jabn, o por qu cuando se lanza una piedra sobre el agua esta tiende a dar saltos, o el claro ejemplo del porque los detergentes pueden quitar las manchas; todas estas asociadas a la propiedad de Tensin Superficial.

Este experimento aparte de ser sencillo, explica de manera fcil como se puede disminuir la tensin superficial de un lquido utilizando detergente.

A continuacin se detallara ms sobre el experimento, esperando que sea de su agrado y haya cumplido con las expectativas.

Atte.Las Alumnas

II. OBJETIVOS

2.1.- Objetivo GeneralDemostrar la propiedad de Tensin superficial de un fluido.

2.2.- Objetivo EspecificoRealizar un experimento tal que demuestre por que sucede la Tensin superficial.

III. FUNDAMENTO TEORICO

DEFINICIN DE FLUIDO

Un fluido es una sustancia que puede fluir. Una definicin ms formal es: Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le somete a un esfuerzo cortante, sin importar lo pequeo que sea dicho esfuerzo. As, un fluido es incapaz de resistir fuerzas o esfuerzos de cizalla sin desplazarse, mientras que un slido s puede hacerlo.

El trmino fluido incluye a gases y lquidos. Hay fluidos que fluyen tan lentamente que se pueden considerar slidos (vidrio de las ventanas o el asfalto). Un lquido est sometido a fuerzas intermoleculares que lo mantienen unido de tal forma que su volumen es definido pero su forma no.

Un gas, por otra parte, consta de partculas en movimiento que chocan unas con otras y tratan de dispersarse de tal modo que un gas no tiene forma ni volumen definidos y llenar completamente cualquier recipiente en el cual se coloque.

TENSION SUPERFICIAL DE UN FLUIDO

En fsica se denomina tensin superficial de un lquido a la cantidad de energa necesaria para aumentar su superficie por unidad de rea.

Esta definicin implica que el lquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.

Es una propiedad que slo poseen los lquidos, al ser los nicos que poseen una superficie libre. Es una fuerza de tensin distribuida a lo largo de la superficie de un lquido.

La tensin superficial (una manifestacin de las fuerzas intermoleculares en los lquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los lquidos y las superficies slidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Fuerza que acta tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un lquido en equilibrio y que tienda a contraer dicha superficie.

A nivel microscpico, la tensin superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molcula son diferentes en el interior del lquido y en la superficie. As, en el seno de un lquido cada molcula est sometida a fuerzas de atraccin que en promedio se anulan, lo que ocasiona que la molcula tenga una energa bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lquido.

Si en el exterior del lquido se tiene un gas, existir una mnima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el lquido y el gas.

Podemos decir tambin que una molcula en contacto con su vecina est en un estado menor de energa que si no estuviera en contacto con dicha vecina. Las molculas interiores tienen todas las molculas vecinas que podran tener, pero las partculas del contorno tienen menos partculas vecinas que las interiores y por eso tienen un estado ms alto de energa.

Diagrama de fuerzas entre dos molculas de un lquido.

La tensin superficial depende de la naturaleza del mismo, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesin disminuyen al aumentar la agitacin trmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las molculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las molculas situadas en la superficie del lquido, contrarrestando las acciones de las molculas del lquido.

Ahora vamos a determinar de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interaccin sobre una molcula que se encuentra en:

A, el interior del lquido B, en las proximidades de la superficie C, en la superficie

En el caso A, la molcula considerada (punto rojo) se encuentra en el seno de un lquido en equilibrio. La resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las molculas (en color amarillo) que la rodean, ser nula.

En el caso B, la molcula cuestin estar sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del lquido.

En el caso C, la resultante de las fuerzas de interaccin es mayor que en el caso B.

Las fuerzas de interaccin, hacen que las molculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del lquido.

Como todo sistema mecnico tiende a cumplir la ley del menor esfuerzo. Segn esta ley, los procesos en la naturaleza se realizan de forma tal que siempre exista un mnimo de alguna cantidad fsica.

La tensin superficial es responsable de la resistencia que un lquido presenta a la penetracin de su superficie, de la tendencia a la forma esfrica de las gotas de un lquido, del ascenso de los lquidos en los tubos capilares y de la flotacin de objetos u organismos en la superficie de los lquidos.

Termodinmicamente la tensin superficial es un fenmeno de superficie y es la tendencia de un lquido a disminuir su superficie hasta que su energa de superficie potencial es mnima, condicin necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un rea mnima para un volumen dado, entonces por la accin de la tensin superficial, la tendencia de una porcin de un lquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando est en contacto con un lquido en un recipiente.

Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.

La siguiente figura muestra un ejemplo de cmo algunos animales utilizan la tensin superficial del agua. En la figura se observa un arcnido, fotografiado mientras camina sobre el agua.

Se observa que el peso del arcnido est distribuido entre sus ocho patas y el abdomen, por lo que la fuerza de sustentacin que debe proveer la superficie del agua (la tensin superficial) sobre las ocho patas y el abdomen debe ser igual al peso del arcnido.

Tcnicamente, la tensin superficial tiene gran importancia en los detergentes. Los agentes tensioactivos son aditivos que se aaden a los detergentes para reducir la tensin superficial del agua.

De esta manera, el agua "mojar ms" los objetos que se quieren limpiar y, por tanto, se disolver mejor la suciedad.

Con molculas de otras sustancias puede haber atraccin o repulsin. La direccin de resultante (slido-lquido + lquido-lquido) hace que el lquido se eleve o hunda levemente muy cerca de paredes slidas verticales, segn haya atraccin o repulsin. Para diferentes combinaciones de lquidos y slidos se tabulan los ngulos de contacto. ngulos menores de 90 corresponden a atraccin y mayores de 90 a repulsin. Esto tambin explica la formacin de meniscos en tubos angostos y el ascenso o descenso de lquido por tubos capilares.

HALLAZGO DE LA TENSIN SUPERFICIAL

Kurt von Neergaard (1887-1947), [15]. Doctor en medicina. Dirigi el Instituto de Teraputica Fsica de la Universidad de Zrich. En 1929 descubri que se necesitaba menos presin para inflar un pulmn con lquido que con aire sugiriendo que la diferencia podra deberse a la existencia de tensin superficial en la interfase aire lquido de los alvolos.

Tambin descubri que la tensin superficial en el pulmn era menor que la que se esperaba para una interfase aire lquido simple y sugiri la presencia de alguna sustancia tensoactiva. Sus investigaciones sentaron las bases para el descubrimiento del surfactante pulmonar y la explicacin de la enfermedad de las membranas hialinas en los nios prematuros.

PROPIEDADES DE LA TENSIN SUPERFICIAL

La tensin superficial puede afectar a objetos de mayor tamao impidiendo, por ejemplo, el hundimiento de una flor.

La tensin superficial suele representarse mediante la letra griega (gamma), o mediante (sigma). Sus unidades son de Nm-1=Jm-2=Kg/s2=Dyn/cm

Algunas propiedades:

Si la tensin superficial es mayor ( > 0), ya que para aumentar el estado del lquido en contacto hace falta llevar ms molculas a la superficie, con lo cual disminuye la energa del sistema y es o la cantidad de trabajo necesario para llevar una molcula a la superficie.

La tensin superficial depende de la naturaleza de las dos fases puestas en contacto que, en general, ser un lquido y un slido. As, la tensin superficial ser igual por ejemplo para agua en contacto con su vapor, agua en contacto con un gas inerte o agua en contacto con un slido, al cual podr mojar o no (vase capilaridad) debido a las diferencias entre las fuerzas cohesivas (dentro del lquido) y las adhesivas (lquido-superficie).

La tensin superficial se puede interpretar como un fuerza por unidad de longitud (se mide en Nm-1). Esto puede ilustrarse considerando un sistema bifsico confinado por un pistn mvil, en particular dos lquidos con distinta tensin superficial, como podra ser el agua y el hexano. En este caso el lquido con mayor tensin superficial (agua) tender a disminuir su superficie a costa de aumentar la del hexano, de menor tensin superficial, lo cual se traduce en una fuerza neta que mueve el pistn desde el hexano hacia el agua.

El valor depende de la magnitud de las fuerzas intermoleculares en el seno del lquido. De esta forma, cuanto mayor sean las fuerzas de cohesin del lquido, mayor ser su tensin superficial. Podemos ilustrar este ejemplo considerando tres lquidos: hexano, agua y mercurio. En el caso del hexano, las fuerzas intermoleculares son de tipo fuerzas de Van der Waals. El agua, aparte de la de Van der Waals tiene interacciones de puente de hidrgeno, de mayor intensidad, y el mercurio est sometido al enlace metlico, la ms intensa de las tres. As, la de cada lquido crece del hexano al mercurio.

Para un lquido dado, el valor disminuye con la temperatura, debido al aumento de la agitacin trmica, lo que redunda en una menor intensidad efectiva de las fuerzas intermoleculares. El valor de tiende a cero conforme la temperatura se aproxima a la temperatura crtica Tc del compuesto. En este punto, el lquido es indistinguible del vapor, formndose una fase continua donde no existe una superficie definida entre ambos, desapareciendo las dos fases. Al haber solamente una fase, la tensin superficial vale 0.

MEDIDA DE TENSIN SUPERFICIAL

La tensin superficial se puede medir a travs de dos mtodos:

Mtodos estticos: la superficie se mantiene con el tiempo.

1) Mtodo del anillo de Noy: Calcula la F necesaria para separar de la superficie del lquido un anillo. F= 4R (siendo R el promedio del radio externo e interno del anillo.

2) Mtodo del platillo de Wilhelmy: Medida de la F para separar la superficie de una delgada placa de vidrio. Precisin de 0,1%.

Mtodos dinmicos: la superficie se forma o renueva continuamente

1) Tensimetro (Mtodo de presin de burbuja): En un lquido a T cte se introduce un capilar de radio R conectado a un manmetro. Al introducir gas se va formando una burbuja de radio r a medida que aumenta la P en el manmetro. Al crecer r disminuye hasta un mnimo, r=R y despus vuelve a aumentar. Esto hace posible su uso en ambos, laboratorios de investigacin y desarrollo, as como monitoreo del proceso directamente en la planta.

Mtodo de presin de burbuja para la medicin de la tensin superficial dinmica.

Tambin se puede medir con un estalagmmetro.

VALORES DE TENSION SUPERFICIAL PARA DIFERENTES MATERIALESMaterialTensinSuperficial/ mN/m o dina/cm)

Acetona23,70

Benceno28,85

Tetracloruro de Carbono26,95

Acetato de etilo23,9

Alcohol etlico22,75

ter etlico17,01

Hexano18,43

Metanol22,61

Tolueno28,5

Agua72,75

IV. MATERIALES

Un recipiente, de preferencia transparente.

Un tenedor.

Agua.

Clips en forma helicoidal.

Jabn liquido

V. PROCEDIMIENTO

Llenar un recipiente con agua y dejar que repose.

Con mucho cuidado colocar el clip en la superficie del agua, ayudarse de un tenedor.

Echar en el agua una gota de detergente lejos de donde est el clip.

VI. EXPLICACION

Despus de echar una gota de jabn lquido vemos como el clip gira ligeramente y luego se hunde rpidamente diferencia del otro que se ba en cera previamente.CLIP SIN CERA

CLIP CON CERA

Ahora veamos porque se hunde el clip al aadir jabn lquido, pues los detergentes hacen que la tensin superficial del agua disminuya porque interfieren en las fuerzas de cohesin. El agua ya no puede sujetar el clip y este se hunde. Uno de los motivos por los que el jabn lava es porque disminuye la tensin superficial y el agua en lugar de pegarse a ella misma se puede extender mejor sobre la suciedad.

VII. CONCLUSIONES

Se pudo visualizar la tensin superficial del agua al flotar un clip sobre esta.

El jabn lquido disminuye la tensin superficial porque interfiere entre las fuerzas de cohesin. Debido a la forma en espiral del clip giraba cuando le echamos una gota de jabn lquido.

La cera repele el agua es por eso que mejora la tensin superficial.

VIII. RECOMENDACIONES

Utilizar recipientes transparentes y de un tamao adecuado para que se logre visualizar con claridad este fenmeno.

2MECANICA DE FLUIDOS