En los poros capilares pequeños, el agua queda retenida con mayor fuerza por la tensión superficial y la adhesión a las partículas del suelo. Por eso, cuanto menor es el diámetro del poro, mayor es la presión de succión necesaria para extraer el agua y menor es su disponibilidad para las raíces.
El agua capilar es la fracción del agua retenida por el suelo que puede ser absorbida por las raíces de las plantas, mientras que el agua ligada forma una capa tan fina alrededor de las partículas del suelo y está tan fuertemente unida a ellas que no puede ser aprovechada por las plantas. La cantidad de agua retenida entre ambos extremos de presión se denomina agua utilizable por las plantas.
Qué es la acción capilar
La acción capilar es el movimiento del agua dentro de los espacios de un material poroso, debido a las fuerzas de adhesión y a la tensión de la superficie. La acción capilar ocurre porque el agua es pegajosa -- las moléculas del agua se pegan unas a otras y a otras substancias como el vidrio, la ropa, tejidos orgánico y la tierra.
La acción capilar (a veces capilaridad, movimiento capilar, efecto capilar o mecha) es la capacidad de un líquido para fluir en espacios estrechos sin la ayuda de, o incluso en oposición a, fuerzas externas como la gravedad. Ocurre debido a fuerzas intermoleculares entre el líquido y las superficies sólidas circundantes.
Si el diámetro del tubo es suficientemente pequeño, entonces la combinación de tensión superficial (que es causada por la cohesión dentro del líquido) y las fuerzas adhesivas entre el líquido y la pared del recipiente actúan para impulsar el líquido. La penetración capilar en medios porosos comparte su mecanismo dinámico con el flujo en tubos huecos, ya que ambos procesos son resistidos por fuerzas viscosas.
Por qué un capilar pequeño retiene más agua
Cuando el agua penetra en este tipo de poros queda retenida con fuerzas derivadas de la tensión superficial del agua y, además, con fuerzas de adhesión en los de menor diámetro. Por ello, se considera, a efectos prácticos, que hay 2 tipos de agua capilar: Agua capilar no absorbible y Agua capilar absorbible.
Cuando el extremo inferior de un tubo de vidrio se coloca en un líquido, como agua, se forma un menisco cóncavo. La adhesión se produce entre el fluido y la pared interior sólida tirando de la columna de líquido hasta que haya una masa suficiente de líquido para que las fuerzas gravitacionales superen estas fuerzas intermoleculares.
La longitud de contacto (alrededor del borde) entre la parte superior de la columna de líquido y el tubo es proporcional al radio del tubo, mientras que el peso de la columna de líquido es proporcional al cuadrado del radio del tubo. Por lo tanto, un tubo estrecho arrastrará una columna de líquido más lejos de lo que lo hará un tubo más ancho, dado que las moléculas de agua internas se unen lo suficiente a las externas.
En términos prácticos, el agua asciende y permanece retenida con más intensidad en los microporos porque allí la superficie de contacto entre el agua y las partículas es relativamente grande respecto al volumen de agua. Esta retención aumenta la actividad capilar del agua, pero también puede reducir la facilidad con la que las raíces la extraen.
Agua capilar en el suelo
Agua que se mantiene en el suelo por encima del nivel freático debido a la capilaridad. Se trata de una fracción del agua que ocupa los microporos, se mantiene en el suelo gracias a las fuerzas derivadas de la tensión superficial del agua.
El agua capilar es la fracción del agua que penetra en el suelo y ocupa los poros de menor diámetro (microporos). Por su semejanza con el diámetro de los cabellos se los conoce como poros capilares y su diámetro equivalente varía entre los 30 micrómetros y los 0,2 micrómetros.
Al cabo de unos días, cuando ya ha drenado el agua, el suelo presenta una determinada humedad o capacidad de retención. Esta agua es la que se queda en los poros más pequeños, retenida por las fuerzas de adsorción que aparecen entre las partículas y las delgadas capas de agua que se encuentran en estos microporos.
Esta agua retenida, después de que ha drenado el agua gravitacional, puede dividirse en agua capilar o agua ligada. El agua capilar es la fracción del agua retenida por el suelo que puede ser absorbida por las raíces de las plantas, mientras que el agua ligada forma una capa tan fina alrededor de las partículas del suelo y está tan fuertemente unida a ellas que no puede ser aprovechada por las plantas.
Tipos de agua capilar según el tamaño del poro
| Tipo de agua | Diámetro de los poros | Retención | Disponibilidad para las plantas |
|---|---|---|---|
| Agua capilar no absorbible | Igual o menor que 0.2 micras | Succiones iguales o superiores a 15 atmósferas (vs., aprox. 1500 kPa en unidades del Sistema Internacional) | No es absorbible por las raíces |
| Agua capilar absorbible | Entre 0.2 y 15 a 30 micras | Entre 0,1 y 15 atmósferas (vs., aprox. 10 y 1500 kPa en unidades del Sistema Internacional) | Puede ser utilizada por las plantas |
Agua capilar no absorbible
Es el agua que ocupa los microporos con diámetro igual o menor que 0.2 micras, denominados poros residuales. En estos poros queda retenida por fuerzas de adhesión capaces de resistir succiones iguales o superiores a 15 atmósferas (vs., aprox. 1500 kPa en unidades del Sistema Internacional).
Esta agua no es absorbible por las raíces de las plantas. Aunque permanece dentro del suelo, está unida con tanta fuerza a las superficies minerales que la presión de absorción de las raíces no resulta suficiente para extraerla.
Agua capilar absorbible
Es el agua que ocupa los microporos con diámetros comprendidos entre 0.2 y 15 a 30 micras. La energía de retención del agua en este tipo de poros, expresada en unidades de presión, varía entre 0,1 y 15 atmósferas (vs., aprox. 10 y 1500 kPa en unidades del Sistema Internacional).
La cantidad de agua retenida entre ambos extremos de presión se denomina agua utilizable por las plantas. Esta fracción representa la reserva hídrica del suelo y puede alimentar a las raíces después de que el exceso de agua ha drenado por gravedad.
Relación entre actividad capilar y disponibilidad del agua
Un capilar pequeño aumenta la actividad capilar porque las fuerzas adhesivas y la tensión superficial dominan sobre el peso de la columna de agua. Sin embargo, una mayor retención no significa necesariamente una mayor disponibilidad para las plantas.
En los poros de diámetro intermedio, el agua puede permanecer retenida y, al mismo tiempo, ser absorbida por las raíces. En los poros residuales, el agua está tan fuertemente ligada a las partículas que deja de ser aprovechable, aunque la actividad capilar y la energía de retención sean mayores.
Por esta razón, el suelo útil para las plantas no es el que simplemente contiene más agua, sino el que conserva una cantidad suficiente de agua capilar absorbible. El equilibrio entre tamaño de poro, retención y capacidad de extracción determina la reserva hídrica efectiva.
Cómo se mueve el agua por capilaridad
Ponga una toalla de papel dentro de un vaso de agua y el agua se le "pegará" a la toalla de papel. Aún más, empezará el agua a moverse hacia arriba de la toalla hasta que el jalón de la gravedad sea mucho para ella y no pueda continuar.
Cuando usted coloca la toalla de papel sobre el agua, el líquido se adhiere a las fibras de la toalla. Las toallas de papel absorben el líquido a través de la acción capilar. Esto permite que el líquido se transfiera de una superficie a la toalla.
Los pequeños poros de una esponja actúan como pequeños capilares, lo que hace que absorba una gran cantidad de líquido. Se dice que algunos tejidos utilizan la acción capilar para «absorber» el sudor de la piel.
La mecha es la absorción de un líquido por un material a la manera de la mecha de una vela. La acción capilar se observa en la cromatografía de capa fina, en la que un solvente se mueve verticalmente hacia arriba de una placa a través de la acción capilar.
Capilaridad en plantas y árboles
Las plantas y los árboles no podrían crecer sin acción capilar. Las plantas ponen las raíces dentro de la tierra y éstas son capaces de llevar agua de la tierra hacia la planta.
El agua, que contiene nutrientes disueltos, químicos y minerales se introduce dentro de las raíces y empieza a elevarse por dentro de los tejidos de la planta. Al momento que la molécula de agua #1 empieza a subir, ésta jala a la molécula de agua #2, quien a su vez, por supuesto, jala a la molécula de agua #3, y así sucesivamente.
La acción capilar se observa en muchas plantas. El agua se eleva a lo alto de los árboles mediante la ramificación; evaporación en las hojas creando despresurización; probablemente por presión osmótica agregada en las raíces; y posiblemente en otros lugares dentro de la planta, especialmente cuando se acumula humedad con las raíces aéreas.
Árboles 'beben' de agua capilar. Su instrumento de beber del agua capilar es la raíz pivote. En esta foto se puede ver que las raíces pivotes van a la baja a la tierra oscura. Esta tierra es oscura, porque se contiene agua en los canales capilares.
Cuanto más oscuro sea el suelo, más agua capilar podrá encontrar aquí. El árbol "bebe" esta agua a través de sus raíces. En el suelo hay millones de canales verticales que se llaman ”tubos capilares”.
Siempre que hay un chaparrón, el agua excedente corre por debajo de la tierra por los tubos capilares. Cuando está seco, los mismos tubos transportan el agua a la superficie.
Los árboles tienen sus raíces en estos conductos capilares y con sus raíces laterales ellos absorben el agua capilar cuando está caliente y seco. Así un árbol sobrevive al calor. En rocas, las grietas minúsculas casi invisibles funcionan como conductos capilares.
Capilaridad, lluvia y supervivencia en ambientes secos
Incluso en climas menos suaves existe bastante abastecimiento de agua en el suelo para que un árbol pueda sobrevivir y crecer. Hay más precipitación en desiertos que lo que pensamos: a menudo entre 150 y 250 milímetros por año.
Esto es igual a 150 a 250 litros por m2 porque 1 milímetro (el mm) de agua de lluvia es igual a 1 litro del agua por m2. Es decir 1.5 a 2.5 millones de litros por hectárea.
En muchos desiertos hay 500 mm de precipitación al año. Algunos desiertos llegan a conseguir 1000 mm de precipitación anualmente. Los Países Bajos consiguen aproximadamente 700 mm por año.
El problema no es la carencia de lluvia, sino el período durante el cual cae. En algunas partes llueve durante un mes y se mantiene seco los otros 11 meses.
Si el período de lluvia es demasiado corto para permitir que las raíces alcancen al agua capilar, el árbol joven muere. Si el período de lluvia dura lo suficiente y las raíces alcanzan el agua capilar, el árbol joven sobrevivirá.
Si miramos las rocas (los Alpes, las Montañas Rocosas) o las sabanas (Malí, Mauritania) vemos que los árboles enormes pueden crecer fácilmente allí. Incluso encima de las entradas a túneles, por ejemplo, el Holandés Coentunnel, el Dordtse tunnel, y el Maastunnel, los álamos enormes pueden sobrevivir fácilmente períodos prolongados de la sequía, como durante el verano 2006.
El suelo sólo tiene aproximadamente seis metros de profundidad y hay un túnel bajo él. Las rocas o la sequía temporal no son ningún problema para árboles que usan sus hojas para absorber el agua de condensación.
Diferencia entre agua subterránea y agua capilar
Nada de esto es considerado un problema cuando las raíces han crecido a la profundidad del agua capilar. La naturaleza formará su propio ambiente con agua capilar.
Esta foto demuestra claramente la diferencia entre el agua subterránea y el agua del tubo capilar. En algunos días la sequía es tan alta que el tubo capilar húmedo consigue visible.
Si suministramos lo que se requiere de agua durante los primeros periodos - cuando un árbol todavía está joven y sus raíces no son suficientemente profundas para alcanzar el agua capilar - entonces los árboles pueden crecer prácticamente en todas partes.
Cómo conservar el agua capilar del suelo
La mejor técnica para mantener agua por capilaridad en el suelo, es la adición de una capa de tierra suelta en la parte superior. Durante el día el agua capilar se evapora por el calor del sol que brilla en el suelo.
Durante la noche el suelo es más caliente que el aire, por lo tanto el agua también se evapora. La mejor manera de detener esta evaporación es romper la columna capilar colocando una pequeña capa de tierra suelta en la parte superior.
Hace 50 años en Holanda, cuando no existía el riego, los cultivadores usaron una vieja técnica para perder la capa superior. Combinan esta técnica de mantener la humedad junto con el control de malezas.
El instrumento que utilizaron fue el “ raspador de rodillo”.
Capilaridad
Otros ejemplos de acción capilar
Cuando usted vierte un vaso de agua en la mesa de la cocina, se forma una tensión superficial que mantiene al líquido en un charquito sobre la mesa, en lugar de una mancha delgada y grande que se extienda hasta el piso.
El efecto se puede ver en la extracción de líquidos entre los pelos de una brocha, en un tubo delgado, en materiales porosos como papel y yeso, en algunos materiales no porosos como arena y fibra de carbono licuada, o en una célula biológica.
En el entorno construido, la penetración capilar limitada por evaporación es responsable del fenómeno del aumento de la humedad en el hormigón y la mampostería, mientras que en la industria y la medicina diagnóstica este fenómeno se aprovecha cada vez más en el campo de los microfluidos a base de papel.
Fisiológicamente hablando, la acción capilar es esencial para el drenaje del líquido lagrimal producido continuamente del ojo. En la esquina interna del párpado hay dos canalículos de diámetro diminuto, también llamados conductos lagrimales.
Piense en los más pequeños vasos sanguíneos de su cuerpo -- sus capilares. La mayor parte de su sangre es agua y la acción capilar ayuda a la acción de bombeo que ejecuta su corazón al mantener su sangre moviéndose dentro de sus vasos sanguíneos.
La acción capilar lleva la tinta a las puntas de las puntas de la pluma estilográfica desde un depósito o cartucho dentro de la pluma.
Distinción frente a otros usos de la expresión «capilar»
La expresión «agua capilar» se refiere al agua retenida en los poros pequeños del suelo por la tensión superficial, la adhesión y las fuerzas de adsorción. No debe confundirse con las fibras capilares utilizadas en cosmética, cuyo funcionamiento depende de la adhesión a las hebras de cabello existentes.
Las fibras capilares son partículas diminutas y ligeras diseñadas para adherirse al cabello existente y crear la apariencia de una cobertura más completa y densa. La mayoría de las fibras capilares funcionan mediante una combinación de textura, fricción y atracción estática.
La mayoría de las fibras capilares no son realmente impermeables como lo sería un impermeable o una máscara de pestañas waterproof. Sin embargo, muchas fibras capilares de alta calidad son resistentes al agua.
Estas fibras pueden tolerar la humedad ligera, pero esta propiedad no guarda relación con el aumento de la actividad capilar del agua en los microporos del suelo.