Título :	Dinámica de la penetración capilar en estructuras complejas
Autor(es):	Maximo Pliego Diaz
Palabras clave:	Capillary effects Capillary flows Efectos capilares Fenómenos de flujo a micro y nano escala Flujo en capilares Micro and nano- scale flow phenomena
Área:	INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA
Fecha de publicación :	may-2012
Facultad:	Facultad de Ingeniería
Programa académico:	Doctorado en Ingeniería
Resumen:	En esta tesis presentamos un estudio teórico de la penetración capilar de un líquido en micro y nanocanales rectos de sección transversal arbitraria, orientados tanto vertical como horizontalmente. También se estudia la conductividad hidráulica que interviene en la ley de Darcy generalizada para los suelos no saturados. Dichos estudios arrojan como resultado que la penetración capilar en micro y nano-canales rectos puede ser estudiada analíticamente por medio de los modelos generalizados de flujo unidimensional. Tales flujos de Poiseuille generalizados obedecen a la ecuación de Poisson; y los dos parámetros más importantes, es decir, la compacidad C y el factor de corrección geométrico ¿, pueden ser determinados explícitamente para secciones transversales complejas. Además vemos que la ley de penetración capilar l(t) ¿ ¿t describe correctamente la penetración capilar espontánea en nanocanales de sección transversal rectangular [70]. Por otro lado, es posible encontrar todas las alturas de equilibrio, mediante el método de extrémales de la energía, que un líquido alcanza al penetrar de manera espontánea dentro de un tubo capilar de sección recta variable (se utilizan como parámetros de análisis el número de Bond (Bo), el ángulo de mojado (¿) y el ángulo de inclinación ¿, que ofrece la generatriz al frente de penetración). Finalmente se estudia la conductividad hidráulica mediante un modelo conceptual, lo que a su vez ha permitido establecer cuatro modelos particulares, que mediante una simplificación permiten reencontrar los cuatro modelos clásicos propuestos en la literatura especializada. Estos modelos han sido generalizados, de forma tal que las correcciones empíricas aportadas a los modelos clásicos de la conductividad hidráulica, relativa a la saturación, han encontrado una justificación en el formalismo de la geometría fractal. Dichas correcciones dependen del valor de la dimensión fractal de cada suelo. In this work, a theoretic study the filling kinetics of liquids in straight micro and nanochannels of arbitrary cross-sections and oriented in vertical or horizontal direction, is presented. Likewise, the hydraulic conductivity in the generalized Darcy¿s law on the nonsaturated porous media is studied, too. The aforementioned studies provide as a result than the capillary penetration in right micro and nano-channels can be analytically studied by means of the generalized models of one-dimensional flow. The generalized Poiseuille's flows are described by the Poisson's equation. The two more important parameters, the dimensionless compactness C and the dimensionless geometrical correction factor ¿, can be determined explicitly for complex cross sections. Additionally, it is showed that spontaneous capillary liquid penetration in rectangular cross-section nano-channels is fine describe by the law l(t)¿¿t. On the other hand, it is showed that, by the method to energy¿s extremes, it is possible to find all the equilibrium liquid heights, for a liquid that rise spontaneously against gravity in capillary tube whit axisymmetric cross-section (it is used like parameters of analysis, the number of Bond (Bo), the wetting or contact angle ¿, and the inclined angle that the generatrix line offer to the penetration front, ¿). Finally, it is studied the hydraulic conductivity by means by a conceptual model. This model allows establishing four particular models, and these models have allowed obtain the four classical models proposed in the specialized literature, by means of a simplification. The new four models have been generalized, and the empiric corrections introduced in the classical models for the hydraulic conductivity, relative to saturation, have found their justification in the fractal geometry formalism. And such corrections depend of the fractal dimension value for every porous media.
URI:	http://ri-ng.uaq.mx/handle/123456789/605
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