numero capilar

Relación entre fuerzas de arrastre viscosas y tensión superficial en fluidos

En dinámica de fluidos , el número capilar ( Ca ) es una cantidad adimensional que representa el efecto relativo de las fuerzas de arrastre viscosas frente a las fuerzas de tensión superficial que actúan a través de una interfaz entre un líquido y un gas , o entre dos líquidos inmiscibles . Junto con el número de Bond , comúnmente denominado número de enlace , este término es útil para describir las fuerzas que actúan sobre un frente de fluido en medios porosos o granulares , como el suelo. ^[1] El número de capilares se define como: ^{[2] [3]} ${\displaystyle Bo}$

${\displaystyle \mathrm {Ca} ={\frac {\mu V}{\sigma }}}$

donde es la viscosidad dinámica del líquido, es una velocidad característica y es la tensión superficial o tensión interfacial entre las dos fases del fluido. ${\displaystyle \mu }$ ${\displaystyle V}$ ${\displaystyle \sigma }$

Al ser una cantidad adimensional, el valor del número capilar no depende del sistema de unidades. En la industria petrolera, se indica el número capilar en lugar de . ^[4] ${\displaystyle N_{c}}$ ${\displaystyle \mathrm {Ca} }$

Para números de capilares bajos (una regla general dice menos de 10 ⁻⁵ ), el flujo en medios porosos está dominado por fuerzas capilares , ^[5] mientras que para números de capilares altos las fuerzas capilares son insignificantes en comparación con las fuerzas viscosas. El flujo a través de los poros en un yacimiento de petróleo tiene valores de número de capilares del orden de 10-6 ^, mientras que el flujo de petróleo a través de una tubería de perforación de un pozo de petróleo tiene un número de capilares del orden de la unidad. ^[4]

El número de capilares juega un papel en la dinámica del flujo capilar ; en particular, gobierna el ángulo de contacto dinámico de una gota que fluye en una interfaz. ^[6]

Formulación multifase

Los flujos multifásicos se forman cuando dos o más fluidos parcial o inmiscibles se ponen en contacto. ^[7] El número capilar en flujo multifásico tiene la misma definición que la formulación de flujo único, la relación entre fuerzas viscosas y superficiales, pero tiene el efecto adicional (?) de la relación de viscosidades de fluidos:  

${\displaystyle \mathrm {Ca} ={\frac {\mu V}{\sigma }},{\frac {\mu }{\hat {\mu }}}}$

donde y son la viscosidad de las fases continua y dispersa respectivamente. ^[7] ${\displaystyle \mu }$ ${\displaystyle {\hat {\mu }}}$

Los microflujos multifásicos se caracterizan por la relación entre las fuerzas viscosas y superficiales, el número de capilares (Ca) y por la relación de las viscosidades de los fluidos: ^[7]

${\displaystyle \mathrm {Ca} ={\frac {\mu V}{\sigma }}}$y ${\displaystyle {\frac {\mu }{\hat {\mu }}}.}$

Ver también

• número de bono
• número de reynolds
• Presión capilar
• número froude

Referencias

1. Dinámica de zonas saturadas atrapadas viscosas en medios porosos parcialmente humedecidos. Transporte en medios porosos (2018), 125(2), 193-210
2. Shi, Z.; et al. (2018). "Histéresis dinámica del ángulo de contacto en puentes líquidos". Coloides y Superficies A: Aspectos Fisicoquímicos y de Ingeniería . 555 : 365–371. arXiv : 1712.04703 . doi :10.1016/j.colsurfa.2018.07.004. S2CID  51916594.
3. "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 24 de diciembre de 2013 . Consultado el 2 de julio de 2013 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: copia archivada como título ( enlace )
4. "¿Qué es el número capilar? - Definición de Petropedia". Petropedia . Archivado desde el original el 27 de marzo de 2019 . Consultado el 5 de octubre de 2018 .
5. Ding, M., Kantzas, A.: Correlaciones de números capilares para sistemas gas-líquido, SEP 2004-062 (2004)
6. Lambert, Pierre (2013). Tensión superficial en microsistemas: ingeniería por debajo de la longitud del capilar. Medios de ciencia y negocios de Springer. págs. 8-11. ISBN 9783642375521.
7. Günther, Axel; Jensen, Klavs F. (2006). "Microfluidos multifásicos: desde las características del flujo hasta la síntesis química y de materiales". Chip de laboratorio . 6 (12): 1487-1503. doi :10.1039/b609851g. ISSN  1473-0197. PMID  17203152.