domingo, 6 de mayo de 2012

VISCOSIDAD, TENSION SUPERFICIAL E INTERFACIAL


REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

DE LA FUERZA ARMADA

NUCLEO-DELTA AMACURO.



 


                                                                                             
      VISCOSIDAD,
TENSION SUPERFICIAL E   INTERFACIAL                                                                                                   


















                                                                      







VISCOSIDAD.

La viscosidad es una medida de la resistencia interna al flujo, resultante de los efectos combinados de la cohesión y la adherencia. ; También puede definirse como la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal, en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.

La viscosidad es una característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales.

Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no puede resistir.

La unidad en el sistema cgs para la viscosidad dinámica es el poise (p), cuyo nombre homenajea a Jean Louis Marie Poiseuille. Se suele usar más su submúltiplo el centipoise (cp). El centipoise es más usado debido a que el agua tiene una viscosidad de 1,0020 cp a 20 °C.

El poise o centipoise (0,01 poise) se define como la fuerza requerida en dinas para mover un plano de un centímetro cuadrado de área, sobre otro de igual área y separado un centímetro de distancia entre sí y con el espacio relleno del líquido investigado, para obtener un desplazamiento de un centímetro en un segundo.


1 poise =100 centipoise = 1 g/(cm·s) = 0,1 Pa·s.
1 centipoise = 1 LmPa·s.

La viscosidad de los crudos en el yacimiento puede tener 0,2 hasta más de 1.000 centipoise.

La viscosidad es una de las características más importantes de los hidrocarburos en los aspectos operacionales de producción, transporte, refinación y petroquímica. La viscosidad, se obtiene por varios métodos y se le designa por varios valores de medición. Es muy importante el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de los crudos, en el yacimiento o en la superficie, especialmente concerniente a crudos pesados y extrapesados. Debido a esto

La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.
Si la viscosidad es demasiado baja el film lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal.

Si la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido.

Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frio.

La medida de la viscosidad se expresa comúnmente con dos sistemas de unidades SAYBOLT (SUS) o en el sistema métrico CENTISTOKES (CST).
Como medida de la fricción interna actúa como resistencia contra la modificación de la posición de las moléculas al actuar sobre ellas una tensión de cizallamiento.

La viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de cizallamiento (t ) por el gradiente de velocidad (D).

m=t/D

Con flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura.

Afecta la generación de calor entre superficies giratorias (cojinetes, cilindros, engranajes). Tiene que ver con el efecto sellante del aceite. Determina la facilidad con que la maquinaria arranca bajo condiciones de baja temperatura ambiente.

También se define la viscosidad como la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no presenta viscosidad se llama fluido ideal. Pero en realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.

            Maginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial (por ejemplo: una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa.) En este caso (a), el material sólido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto más cuanto menor sea su rigidez.

            Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).


En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente, si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de Fig.2 ejemplo de viscosidad.      corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara...

            Ejemplo de la viscosidad de la leche y el agua. Líquidos con altas viscosidades no forman salpicaduras.

            Cabe señalar que la viscosidad sólo se manifiesta en fluidos en movimiento, ya que cuando el fluido está en reposo adopta una forma tal en la que no actúan las fuerzas tangenciales que no Puede resistir. Es por ello por lo que llenado un           recipiente con un líquido, la superficie del mismo permanece plana, es decir, perpendicular a la única fuerza que actúa en ese momento, la gravedad, sin existir por tanto componente tangencial alguna.

            Si la viscosidad fuera muy grande, el rozamiento entre capas adyacentes lo sería también, lo que significa que éstas no podrían moverse unas respecto de otras o lo harían muy poco, es decir, estaríamos ante un sólido. Si por el contrario la viscosidad fuera cero, estaríamos ante un superfluido que presenta propiedades notables como escapar de los recipientes aunque no estén llenos (véase Helio-II).

            La viscosidad es característica de todos los fluidos, tanto líquidos como gases, si bien, en este último caso su efecto suele ser despreciable, están más cerca de ser fluidos ideales.



Factores que afectan a la viscosidad.

a) Efecto de la temperatura.

El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de un líquido es notablemente diferente del efecto sobre un gas; en el caso de los gases la viscosidad aumenta con la temperatura, mientras que en caso de los líquidos, esta disminuye invariablemente de manera marcada al elevarse la temperatura. Al aumentar la temperatura del crudo se disminuye su viscosidad debido al incremento de la velocidad de las moléculas y, por ende, tanto la disminución de su fuerza de cohesión como también la disminución de la resistencia molecular interna al desplazamiento.

El propósito de aumentar la temperatura del crudo es disminuir su viscosidad mediante el incremento de la velocidad de las moléculas y, por ende, tanto la disminución de sus fuerzas de cohesión como también la disminución de la resistencia molecular interna al desplazamiento. Muchos investigadores han propuesto modalidades de la relación de la viscosidad- temperatura pero la más apropiada en la Correlación de Slotte, utilizada por Herchel, la cual es aplicable a casi todos los crudos y da un gráfico (ASTM) en línea recta sobre papel log-log.

b) Efecto de la densidad sobre la viscosidad.

Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotara sobre otra si su densidad es menor. Mientras más denso sea el fluido, mayor será su viscosidad.

c) Efecto de la presión.

El efecto de la presión mecánica aumenta la viscosidad. Si el incremento de presión se efectúa por medios mecánicos, sin adición de gas, el aumento de presión resulta en un aumento de la viscosidad. Este comportamiento obedece a que está disminuyendo la distancia entre moléculas y, en consecuencia, se está aumentando la resistencia de las moléculas a desplazarse.

d) Efecto del gas que pueda tener en solución.

La adición de gas en solución a un crudo a temperatura constate reduce su viscosidad. La reducción de viscosidad se produce por que las moléculas relativamente pequeñas de los componentes del gas pasan a formar parte de la configuración molecular y aumentan la separación intermolecular entre las moléculas complejas de la fase líquida, lo cual reduce la resistencia al movimiento.
            La correlación de Chef-Connally y la Correlación de Beal; son las correlaciones utilizadas para el efecto de la solubilidad de gas, y el petróleo sin gas respectivamente.

Para el estudio de la viscosidad en actividades de campo, la gravedad ºAPI del crudo sin gas, a presión atmosférica y a 60ºF, la medición más sencilla que pueda hacerse.



Índice de Viscosidad

Los cambios de temperatura afectan a la viscosidad del lubricante generando así mismo cambios en ésta, lo que implica que a altas temperaturas la viscosidad decrece y a bajas temperaturas aumenta. Arbitrariamente se tomaron diferentes tipos de aceite y se midió su viscosidad a 40*C y 100*C, al aceite que sufrió menos cambios en la misma se le asignó el valor 100 de índice de viscosidad y al que varió en mayor proporción se le asignó valor 0 (cero) de índice de viscosidad. Luego con el avance en el diseño de los aditivos mejoradores del índice de viscosidad se logró formular lubricantes con índices mayores a 100


Tipos de viscosidad.

Se puede mencionar las siguientes viscosidades:

  • Viscosidad aparente: viscosidad que puede tener una sustancia en un momento dado, la cual se mide por medio de un instrumento que determina la tasa de cizallamiento. Es una función de la viscosidad plástica con respecto al punto cedente.
  • Viscosidad cinemática: viscosidad en centipoise dividida por la densidad a la misma temperatura y se designa en unidades Stokes o centiStokes.
  • Viscosidad Universal Saybolt (SSU): representa el tiempo en segundos para que un flujo de 60 centímetros cúbicos salga de un recipiente tubular por medio de un orificio, debidamente calibrado y dispuesto en el fondo del recipiente, el cual se ha mantenido a temperatura constante.
  • Viscosidad relativa: relación de la viscosidad de un fluido con respecto a la del agua.
  • Viscosidad Engler: medida de viscosidad que expresa el tiempo de flujo de un volumen dado a través de un viscosímetro de Engler en relación con el tiempo requerido para el flujo del mismo volumen de agua, en cuyo caso la relación se expresa en grado Engler.
  • Viscosidad Furol Saybolt (SSF): tiempo en segundos que tarda en fluir 60 cc de muestra a través de un orificio mayor que el Universal, calibrado en condiciones especificadas, utilizando un viscosímetro Saybolt.
  • Viscosidad Redwood: Método de ensayo británico para determinar la viscosidad. Se expresa como el número de segundos necesarios para que 50 cc de la muestra fluyan en un viscosímetro Redwood, bajo condiciones específicas de ensayo.

También se puede puntualizar:

·         Viscosidad del petróleo (uo):

Es la resistencia que presenta el crudo al desplazarse por un espacio poroso en el subsuelo. La viscosidad del petróleo representa la capacidad que tendrá este para desplazarse en el subsuelo mediante la permeabilidad que ofrezca el espacio poroso de la formación.



·         Viscosidad del gas (ug):

Es la relación entre el esfuerzo cortante y la velocidad del esfuerzo cortante, que se aplica a una porción de fluido para que adquiera movimiento (viscosidad dinámica).

Hay distinto tipos de viscosidad, siendo las de mayor estudio la dinámica y la cinemática, siendo ésta última la resistencia que se genera al fluir un fluido bajo el efecto de la gravedad.

La viscosidad de los gases tendrán el siguiente comportamiento:
- A bajas presiones (menor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura aumentará la viscosidad del gas.

- A altas presiones (mayor a 1500 lpc), un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad.

- A cualquier temperatura, si se aumenta la presión la viscosidad aumenta.

- La viscosidad será mayor, a medida que el gas posea componentes más pesados.



Factores que afectan la viscosidad de un gas:

Ø  a bajas presiones (<1000-1500lpca), a medida que aumenta la temperatura aumenta la viscosidad de un gas, debido al incremento de la energía cinética de las moléculas que producen gran numero de choques intermoleculares.

Ø  a elevadas presiones (>1000-1500lpca), a medida que aumenta la temperatura disminuye la viscosidad de un gas, debido a la expansión térmica de las moléculas a elevadas presiones la distancia intermolecular d los gases son pequeños y un das tiende a comportarse como un liquido.

Ø  a cualquier temperatura le viscosidad de un gas aumenta con el incremento de presión debido a la disminución de las distancias intermoleculares.

Ø  a medida que un gas es más pesado sus moléculas serán más grandes y por lo tanto su viscosidad será mayor.



·         Viscosidad dinámica.

Es la fuerza tangencial por unidad de área, de los planos paralelos por una unidad de distancia, cuando el espacio que los separa está lleno con un fluido y uno de los planos se traslada con velocidad unidad en su propio plano con respecto al otro también denominado viscosidad dinámica; coeficiente de viscosidad



·         Viscosidad cinemática.

Es la razón de viscosidad a densidad de masa.



Diferencia entre la viscosidad dinámica y la viscosidad cinemática.

1. La viscosidad dinámica es conocida también como absoluta. Viscosidad es la resistencia interna al flujo de un fluido, originado por el roce de las moléculas que se deslizan unas sobre otras. Analiza esto: en un sólido, existe una estructura cristalina donde unas moléculas se enlazan de forma rígida y su estructura no cambia; en cambio, en un fluido las moléculas no permanecen en el mismo lugar dentro de la masa, sino que se mueven, pero a la vex tratan de mantenerse unidas: ese esfuerzo por permanecer en un lugar fijo es la resistencia al flujo y determina la viscosidad. La viscosidad dinámica se toma del tiempo que tarda en fluir un líquido a través de un tubo capilar a una determinada temperatura y se mide en "poises" (gr/cm*seg). Es decir, es inherente a cada líquido en particular pues depende de su masa.


2. La viscosidad cinemática representa esta característica desechando las fuerzas que generan el movimiento. Es decir, basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del  fluido y se obtiene una unidad simple de movimiento: cm2/seg (stoke), sin importar sus características propias de densidad.



Unidades de la viscosidad dinámica y la viscosidad cinemática

En el sistema internacional (SI), la unidad de viscosidad dinámica es el Pascal segundo (Pa.s) o también Newton segundo por metro cuadrado (N.s/m2), o sea kilogramo por metro segundo (kg/ms).

La unidad correspondiente en el sistema CGS es el Poise y tiene dimensiones de Dina segundo por centímetro cuadrado o de gramos por centímetro cuadrado. El Centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad más utilizada para expresar la viscosidad dinámica dado que la mayoría de los fluidos poseen baja viscosidad.

En el sistema internacional (SI), la unidad de viscosidad cinemática es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente es el Stoke (St), con dimensiones de centímetro cuadrado por segundo y el Centistoke (cSt), 10-2 Stokes, que es el submúltiplo más utilizado.



TENSIÓN SUPERFICIAL.

La tensión superficial es la fuerza en la superficie de un líquido que hace que el área de esa superficie sea la mínima posible. De otra manera la tensión superficial es la medida de la fuerza elástica por unidad de longitud que actúa en la superficie de un líquido.

 

F=fuerza de la película elástica)

L=longitud de la película elástica

Unidades:  N/m; dina/cm

Para determinado volumen, una esfera tiene superficie mínima y la tensión superficial es la que hace que las gotas pequeñas de los líquidos sean esféricas.

Las moléculas en el interior de un líquido son atraídas por sus vecinas desde todos los lados. Las moléculas que están en la superficie no tienen moléculas vecinas por todos sus lados por consiguiente son atraídas hacia el líquido. La tensión superficial es la que permite a algunos insectos caminar sobre el agua y que el agua se acumule un poco sobre el borde de un recipiente.

LÍQUIDO
γ(DINA/CM)
Agua
72.75
Acetona
23.7
Benceno
28.9
Tetracloruro de carbono
26.7
n-octano
21.8
Nitrobenceno
41.8
Etanol
22.3
Metanol
22.6

Fig.4. Tabla que muestra la tensión superficial de algunos líquidos a 20ºC

Entre los factores que afectan la tensión superficial se encuentran las sustancias tensoactivas las cuales disminuyen la tensión superficial del agua; las sales las cuales aumentan la tensión superficial y la temperatura la cual tiene una relación inversa con la tensión superficial.

En otras palabras.

Una molécula en el interior de un líquido está sometida a la acción de fuerzas atractivas (lo que hemos denominado como cohesión) en todas las direcciones, siendo la resultante de todas ellas nula. Pero si la molécula está situada en la superficie del líquido, sufre un conjunto de fuerzas de cohesión, cuya resultante es perpendicular a la superficie, experimentando pues una fuerza dirigida hacia el líquido. De aquí que sea necesario consumir cierto trabajo para mover las moléculas hacia la superficie venciendo la resistencia de estas fuerzas, por lo que las moléculas de la superficie tienen más energía que las interiores.

Se define cuantitativamente la tensión  Fig. 5. Ejemplo de Tensión S.  superficial  como el trabajo que debe realizarse para llevar moléculas en número suficiente desde el interior del líquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie.

Debido a estas fuerzas, la superficie tiende a contraerse y ocupar el área más pequeña posible. Si se trata de una gota libre, tiende a tomar la forma esférica como veremos a continuación.

Ejemplo, un alfiler puede por la tensión superficial líquida, flotar sobre la superficie del agua, a pesar de ser la densidad del acero mucho mayor que la del agua, y cuando el alfiler cae al fondo se observa que lo hace con la punta hacia abajo porque perfora esta especia de película donde se ejerce la tensión superficial.



Representación: Frente a la concentración.

Representación de la tensión superficial frente a la concentración y se ajustan los valores a la ecuación:
Se obtienen los parámetros a y b:

Equation: 72,75-a*ln(1+b*x)

Weighting:

Y No weighting

Chi^2/DoF R^2

En un fluido cada molécula  interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Vamos a determinar de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula que se encuentra en

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


Consideremos una molécula (en color rojo) en el seno de un líquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como la A. Por simetría, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas (en color azul) que la rodean, será nula.

En cambio, si la molécula se encuentra en B, por existir en valor medio menos moléculas arriba que abajo, la molécula en cuestión estará sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del líquido.

Si la molécula se encuentra en C, la resultante de las fuerzas de interacción es mayor que en el caso B.

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

Como todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el estado de más baja energía potencial, se comprende que los líquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie más pequeña posible.

      Ya hemos mencionado las fuerzas de interacción, pero aún no hemos aclarado la causa de este comportamiento en los líquidos. Para dar una explicación clara a este comportamiento, hay que definir antes dos nuevos conceptos: La adherencia y la cohesión.



*      La cohesión

      Se define como la fuerza de atracción entre partículas (como son las moléculas que forman los líquidos) de la misma clase.

      Si tenemos dos partículas de forma aislada como en la siguiente figura, cada una de ellas se verá afectada por una fuerza que tiende a juntarlas y aproximarlas entre sí.


*      La adherencia

      La adherencia se define como la atracción mutua entre superficies de dos cuerpos puestos en contacto. Cerca de cuerpos sólidos tales como las paredes de una vasija, canal o cauce que lo contenga, la superficie libre del líquido cambia de curvatura de dos formas distintas a causa de la adherencia y cohesión.

Si se suspende de una platilla de una balanza un disco de vidrio en posición horizontal; después de equilibrarlo en el otro platillo se inclina la cruz hasta que el disco toque la superficie del agua contenida en un vaso; cargando entonces el platillo se ve que el disco comienza a elevarse arrastrando una columna de agua, que acaba de romperse, quedando el disco mojado. Se dice en este caso que el agua moja al disco.

Fig. 9. Ej. De Adherencia.

            La capa del líquido se adhiere al disco y el resto asciende ayudado por la cohesión. Como la capa de agua se rompe, se deduce que en este caso la adherencia es mayor que la cohesión.

Si en vez de agua se realiza la misma prueba con mercurio, vemos como el agua no moja al sólido. Aquí la capa líquida se deprime hacia las paredes. En este otro caso deducimos que la cohesión es mayor que la adherencia, no llegando a romperse la barra líquida. Vemos pues como en el efecto de la capilaridad de los líquidos actúa la adherencia y la cohesión.

Como ejemplo de cómo actúan las fuerzas de adherencia y cohesión, hagamos la siguiente prueba. Tomemos unas bolas de caucho flotando sobre el agua de forma que algunas de ellas estén recubiertas de aceite (en este caso el agua no las mojará). Las bolas así dispuestas, se atraerán o se repelerán según estén o no en las mismas condiciones tal y como se muestra en la siguiente ilustración.

Coeficiente de tensión superficial

 
Se puede determinar la energía superficial debida a la cohesión mediante el dispositivo de la figura.
Una lámina de jabón queda adherida a un alambre doblada en doble ángulo recto y a un alambre deslizante AB. Para evitar que la lámina se contraiga por efecto de las fuerzas de cohesión, es necesario aplicar una fuerza F al alambre deslizante.                                 



Ejemplo.

La fuerza F es independiente de la longitud x de la lámina. Si desplazamos el alambre deslizante una longitud x, las fuerzas exteriores han realizado un trabajo Fx, que se habrá invertido en incrementar la energía interna del sistema. Como la superficie de la lámina cambia en S=2dx (el factor 2 se debe a que la lámina tiene dos caras), lo que supone que parte de las moléculas que se encontraban en el interior del líquido se han trasladado a la superficie recién creada, con el consiguiente aumento de energía.

Si llamamos a  la energía por unidad de área, se verificará que

La energía superficial por unidad de área o tensión superficial se mide en J/m2 o en N/m.

La tensión superficial depende de la naturaleza del líquido, del medio que le rodea y de la temperatura. En general, la tensión superficial disminuye con la temperatura, ya que las fuerzas de cohesión disminuyen al aumentar la agitación térmica. La influencia del medio exterior se comprende ya que las moléculas del medio ejercen acciones atractivas sobre las moléculas situadas en la superficie del líquido, contrarrestando las acciones de las moléculas del líquido.

Líquido
 (10-3 N/m)
Aceite de oliva
33.06
Agua
72.8
Alcohol etílico
22.8
Benceno
29.0
Glicerina
59.4
Petróleo
26.0

 Fig. 12. Tensión superficial de los líquidos a 20ºC.



Medida de la tensión superficial de un líquido

La tensión superficial del líquido se calcula a partir del diámetro 2R del anillo y del valor de la fuerza ΔF que mide el dinamómetro. El líquido se coloca en un recipiente, con el anillo Fig.13. Medición de la Tensión S.   Inicialmente sumergido. Mediante un tubo que hace de sifón se extrae poco a poco el líquido del recipiente. El método de Du Nouy es uno de los más conocidos. Se mide la fuerza adicional ΔF que hay que ejercer sobre un anillo de aluminio justo en el momento en el que la lámina de líquido se va a romper.



1.      El comienzo del experimento

2.      Cuando se va formando una lámina de líquido.

3.      La situación final, cuando la lámina comprende únicamente dos superficies (en esta situación la medida de la fuerza es la correcta) justo antes de romperse.

Si el anillo tiene el borde puntiagudo, el peso del líquido que se ha elevado por encima de la superficie del líquido sin perturbar, es despreciable.

No todos los laboratorios escolares disponen de un anillo para realizar la medida de la tensión superficial de un líquido, pero si disponen de portaobjetos para microscopio. Se trata de una pequeño pieza rectangular de vidrio cuyas dimensiones son a=75 mm de largo, b=25 mm de ancho y aproximadamente c=1 mm de espesor, su peso es aproximadamente 4.37 g.

             Se pesa primero el portaobjetos en el aire y a continuación, cuando su borde inferior toca la superficie del líquido. La diferencia de peso ΔF está relacionada con la tensión superficial

Fig. 15. Ejemplo de cálculo. Tensión S.   ΔF=2·γ(a+c)

Se empuja el portaobjetos hacia arriba cuasiestáticamente. Justamente, cuando va a dejar de tener contacto con la superficie del líquido, la fuerza F que hemos de ejercer hacia arriba es igual a la suma de:

  • El peso del portaobjetos mg
  • La fuerza debida a la tensión superficial de la lámina de líquido que se ha formado 2·γ(a+c)
  • El peso del líquido ρgach que se ha elevado una altura h, sobre la superficie libre de líquido. Siendo ρ es la densidad del líquido.

Para un portaobjetos de la dimensiones señaladas, que toca la superficie del agua, h es del orden de 2.3 mm (véase el artículo citado en las referencias)

  • La fuerza debida a la tensión superficial es 2·γ(a+c)=2·72.8·10-3·(0.075+0.001)=11.07·10-3 N
  • El peso de la lámina de agua es del orden de ρgach=1000·9.8·0.075·0.001·0.0023=1.70·10-3 N

Para que la simulación sea lo más simple posible, no se ha tenido en cuenta el peso de la lámina de líquido que se eleva por encima de la superficie libre.



TENSIÓN INTERFACIAL.

Tensión interfacial, un líquido en contacto con otra sustancia (sólido, líquido o gas) posee una energía que es el resultado de la diferencia del grado de atracción de las moléculas de la superficie entre ellas con la del grado de atracción de otra sustancia... Este fenómeno se define como la cantidad de energía que hace falta para separar un área unitaria de una sustancia desde otra. Se designa como i, j. En los acuíferos no encontramos, en la zona no saturada, agua formando capas alrededor de los granos del suelo que no puede fluir por la fuerzas de capilaridad, pero que interactúa, con la fase líquida no acuosa del contaminante. El contacto trifásico agua (W), crudo (O) y sólido (S) está caracterizado por los ángulos de contacto.

Las fuerzas de atracción que existen entre las moléculas de un líquido, son de diferente magnitud dependiendo de la zona del líquido considerada. Las moléculas en su seno del líquido están lo suficientemente cerca para que el efecto de las fuerzas de atracción sea considerable, pero tienden a equilibrarse.

Por el contrario, las moléculas de la zona superficial, como se puede apreciar en la figura. No están rodeadas completamente por otras moléculas del líquido y por lo tanto estas moléculas están desequilibradas con un efecto neto hacia el seno del líquido. Esta fuerza neta es normal a la superficie y será más baja mientras más pequeña sea dicha superficie. Es decir, para una superficie mínima se cumple una energía mínima y por lo tanto podemos decir que la superficie de un líquido tiende a contraerse y el efecto resultante de estas fuerzas de contracción es lo que da origen a la tensión superficial, permitiendo además que la superficie sea estable.







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