Fundamentos de la Viscosidad y Coeficientes de Transporte en Fluidos

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1. Dependencia de la Viscosidad Cinemática

La dependencia de la viscosidad cinemática dAQZ49e+aKQAAAABJRU5ErkJggg== con respecto a la presión y la temperatura dependerá del estado de agregación en estudio. Su fórmula está dada por: 3b097OIcAAAAABJRU5ErkJggg==

Para los gases, la presión no afecta en gran medida la viscosidad. El movimiento de las partículas aumenta en la misma medida que la temperatura, incrementando la probabilidad de choques aleatorios entre las partículas de gas, lo que hace al gas más viscoso.

2. Principio de los Estados Correspondientes

Los postulados del principio de los estados correspondientes, que sustentan la estimación de los coeficientes de transporte a partir de otras propiedades de las sustancias, son:

  • a) Es posible relacionar dos propiedades intrínsecas de las sustancias con una tercera.
  • b) Si dos sustancias distintas presentan las mismas condiciones de temperatura y presión reducidas, les corresponde un solo valor (a ambas) de viscosidad (u otra propiedad) reducida.

Las correlaciones que permiten relacionar 4HtRoWFBN3vh3TMjMEgN9IKDI6Z0QlIQwawmiy4n y eOOyQjUueMC0wXAiPa6kyq2V8HKxvU0yzwspklw1 con HkGEI0HQXKDUPQAAAAASUVORK5CYII= y/o iCxbBBerWPj5hAAAAAElFTkSuQmCC se encuentran registradas en gráficas (constituidas precisamente con datos experimentales; formulados para gases monoatómicos). Es a través de estas correlaciones como es posible establecer la relación de 4HtRoWFBN3vh3TMjMEgN9IKDI6Z0QlIQwawmiy4n y eOOyQjUueMC0wXAiPa6kyq2V8HKxvU0yzwspklw1 con la viscosidad y la conductividad calorífica.

3. Clasificación de Fluidos: Newtonianos y No Newtonianos

Los fluidos que representan una relación lineal entre el esfuerzo cortante y la velocidad de deformación se conocen como fluidos newtonianos. Existe una relación lineal (un aumento de 4AAAAASUVORK5CYII= implica un aumento de 1t+YK5aYfMc8t758jXz1QbkQGtzCxfgLWYRuXEWr constante; a mayor esfuerzo, mayor deformación). La constante de proporcionalidad es la viscosidad.

Los fluidos que presentan un comportamiento diferente se conocen como fluidos no newtonianos. Un modelo general para representar el comportamiento de flujo de los fluidos sería: 0NtqtI7rmWuMAAAAAASUVORK5CYII= E38AZftOjKhEWAgAAAAASUVORK5CYII= (modelo de Bingham).

4. Teoría de Chapman-Enskog y Fuerzas Moleculares

En un comienzo, se analizaban esferas rígidas con la finalidad de determinar la viscosidad desde un punto de vista molecular. Chapman y Enskog cambiaron este modelo por un campo de fuerzas moleculares más similar a la realidad. La teoría de Chapman-Enskog proporciona datos sobre coeficientes de transporte en función de la energía potencial entre dos moléculas de gas. lgFWQU0tLG3MspTQUgNuvfkPIgKAuq3Qyi+CgqS2

Donde:

  • 7TVxAAAAU0lEQVQoU2NgoBwIMUIAK9goASYeBgYR : Fuerza de interacción molecular.
  • n+jBcIbnHejI2skQ0eG1frjEVoDYGhBbg5df+gVf : Energía potencial.
  • Sxdj6Cise4glCan5cU0hzqaRKS+DQ40CNSeiPj2k : Separación entre moléculas.

La energía potencial se puede expresar en función de 7TVxAAAAQklEQVQYV2NgoDIQ52dkZRBmY+JlEOAV (función empírica de Lennard-Jones), donde, por medio de datos tabulados, se puede determinar la viscosidad para un gas monoatómico puro a baja densidad, o de manera ampliada, para mezclas gaseosas de varios componentes. wAAK4L2DXB4NAAAAABJRU5ErkJggg== ; EfhQWbBL9bB+kAAAAASUVORK5CYII= .

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