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Efecto de la temperatura en la viscosidad
a) Gases
Todas las moléculas de un gas están en un continuo movimiento aleatorio. Cuando hay un movimiento en bloque debido a un flujo, dicho movimiento se superpone a los movimientos aleatorios y luego se distribuye por todos el fluido mediante colisiones moleculares. Los análisis basados en la teoría cinética predicen:
m aT1/2 (11)
La predicción de la teoría cinética concuerda perfectamente con las tendencias experimentales, aunque debe determinarse la constante de proporcionalidad y uno o más factores de corrección; esto limita la aplicación práctica de esta sencilla ecuación.
Si se dispone de dos o más puntos experimentales, los datos deben correlacionarse mediante la correlación empírica de Sutherland
m = b·T1/2 / (1 + S/T) (12)
Las constantes b y S pueden determinarse simple escribiendo
m = b·T3/2 / (S + T) (13)
o
T3/2 / m = T/b + S/b (14)
b) Líquidos
No es posible estimar teoricamente las viscosidades para líquidos con exactitud. El fenómeno de la transferencia de momento por medio de colisiones moleculares parece oscurecerse en líquidos por efecto de los campos de fuerza que interactúan entre las moleculas líquidas apiñadas y muy cercanas unas a otras.
Las viscosidades de líquidos son afectadas drásticamente por la temperatura. Esta dependencia de la temperatura absoluta se representa bien mediante la ecuación empírica:
m = A·exp(B/T) (15)
En resumen: en gases el aumento de temperatura provoca un aumento en la viscosidad mientras que en los líquidos un aumento de la temperatura disminuye la viscosidad.
Efectos de la presión en la viscosidad
a) Gases
La viscosidad de los gases es escencialmente
independiente de la presión entre unos cuantos centésimos
de una atmósfera y unas cuantas atmósferas. Sin embargo,
la viscosidad a altas presiones aumenta con la presión (o densidad)
b) Líquidos
Las viscosidades de la mayoría de los líquidos no son afectadas por presiones moderadas pero se han encontrado grandes incrementos a presiones sumamente elevadas. Por ejemplo la viscosidad del agua a 10.000 atm es el doble que a 1 atm. Compuestos de mayor complejidad muestran un aumento en la viscosidad de varios ordenes de magnitud sobre el mismo intervalo de temperatura
El flujo de un fluído al rededor de una esfera ha sido estudiado por stokes para valores del número de reynolds UD/n menores que uno. La solución de este problema es de gran utilidad en la resolución de problemas tales como los de sedimentos de partículas de polvo. Stokes encontró que el empuje (fuerza ejercida sobre la esfera por el flujo de un fluído alrededor de ella) vale
resistencia = 6·p·a·m·U (1)
Siendo a el radio de la esfera y U la velocidad de la esfera relativa la fluído situado a gran distancia. Para encontarr la velocidad final de la esfera que cae en un fluído en reposo, debe tenerse en cuenta que la fuerza de empuje hidrostático más la fuerza de arrastre o resistencia debe ser igual al peso, es decir
4/3 ·p·a3 ·g + 6·p·a·m·U = 4/3 ·p · a3· gs (2)
siendo g el peso específico del líquido y gs el de la esfera. Despejando U se encuentra la velocidad final de caída de la esfera:
U = 2/9 · a2/m · (gs - g) (3)
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