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 . Por ejemplo, una burbuja de aire en un flujo de líquido tiende a deformarse por la fricción del flujo de líquido debido a los efectos de la viscosidad, pero las fuerzas de tensión superficial tienden a minimizar el área de la superficie. El número de capilares se define como: [1] [2]
dónde es la viscosidad dinámica del líquido, es una velocidad característica y es la tensión superficial o tensión interfacial entre las dos fases fluidas.
Al ser una cantidad adimensional, el valor del número capilar no depende del sistema de unidades. En la industria del petróleo, el número de capilares se indica en vez de . [3]
Para números capilares bajos (una regla empírica dice menos de 10-5 ), el flujo en medios porosos está dominado por fuerzas capilares , [4] mientras que para números capilares altos, las fuerzas capilares son despreciables en comparación con las fuerzas viscosas. El flujo a través de los poros en un yacimiento de campo petrolífero tiene un número de capilares del orden de 10 −6 , mientras que el flujo de petróleo a través de una tubería de perforación de pozos de petróleo tiene un número de capilares del orden de 1. [3]
El número capilar 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. [5]
Formulación multifase
Los flujos multifásicos se forman cuando dos de los fluidos más parcialmente o inmiscibles se ponen en contacto. [6] El número capilar en el flujo multifásico tiene la misma definición que la formulación de flujo único, la relación entre las fuerzas viscosas y superficiales, pero tiene el efecto añadido (?) De la relación de viscosidades del fluido:
dónde y son la viscosidad de las fases continua y dispersa respectivamente. [6]
Los microflujos multifásicos se caracterizan por la relación entre la viscosidad y las fuerzas superficiales, el número de capilares (Ca) y la relación entre las viscosidades del fluido: [6]
Ver también
Referencias
- ^ Shi, Z .; et al. (2018). "Histéresis del ángulo de contacto dinámico 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 .
- ^ http://myweb.clemson.edu/~jsaylor/paperPdfs/aichej.2012.SaylorBounds.pdf
- ^ a b "¿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 .
- ^ Ding, M., Kantzas, A .: Correlaciones de números capilares para sistemas gas-líquido, SEP 2004-062 (2004)
- ^ Lambert, Pierre (2013). Tensión superficial en microsistemas: ingeniería por debajo de la longitud capilar . Springer Science & Business Media. págs. 8-11. ISBN 9783642375521.
- ^ a b c Günther, Axel; Jensen, Klavs F. (2006). "Microfluídica multifase: de las características de flujo a la síntesis química y de materiales". Lab Chip . 6 (12): 1487–1503. doi : 10.1039 / b609851g . ISSN 1473-0197 . PMID 17203152 .