Los chorros viscoelásticos son los chorros de fluidos viscoelásticos, es decir, fluidos que desobedecen la ley de viscosidad de Newton . Un fluido viscoelástico que vuelve a su forma original después de que se libera la tensión aplicada.
Todos hemos presenciado alguna vez una situación en la que un líquido sale de un orificio a una determinada altura y velocidad y choca contra una superficie sólida. Por ejemplo, al echar miel sobre una rebanada de pan o al verter gel de ducha sobre la mano. La miel es un fluido newtoniano puramente viscoso: el chorro se vuelve cada vez más fino y se enrolla de forma regular.
Los chorros de fluidos viscoelásticos no newtonianos muestran un comportamiento novedoso. Un chorro viscoelástico se desintegra mucho más lentamente que un chorro newtoniano. Normalmente, evoluciona hacia la denominada estructura de cuentas en un hilo, en la que las gotas grandes están conectadas por hilos finos. El chorro se ensancha en su base (fenómeno de hinchamiento inverso) y se pliega hacia adelante y hacia atrás sobre sí mismo. El lento proceso de desintegración proporciona al chorro viscoelástico tiempo suficiente para presentar algunos fenómenos nuevos, como la migración de gotas, la oscilación de gotas, la fusión de gotas y el drenaje de gotas.
Estas propiedades son el resultado de la interacción de propiedades no newtonianas (viscoelasticidad, pseudoplástico) con efectos gravitacionales, viscosos e inerciales en los chorros. Los chorros continuos de superficie libre de fluidos viscoelásticos son relevantes en muchas aplicaciones de ingeniería que involucran sangre, pinturas, adhesivos o alimentos y procesos industriales como hilado de fibras, llenado de botellas, perforación petrolera, etc. En muchos de estos procesos, una comprensión de las inestabilidades que sufre un chorro debido a cambios en los parámetros del fluido como el número de Reynolds o el número de Deborah es esencial desde el punto de vista de la ingeniería de procesos. Con el advenimiento de la microfluídica, una comprensión de las propiedades de chorro de fluidos no newtonianos se vuelve esencial desde escalas de longitud micro a macro, y desde números de Reynolds bajos a altos7–9. Al igual que otros fluidos, al considerar flujos viscoelásticos, la velocidad, la presión y la tensión deben satisfacer la ecuación de masa y momento, complementada con una ecuación constitutiva que involucra la velocidad y la tensión.
La evolución temporal de un hilo de fluido viscoelástico depende de la magnitud relativa de las tensiones viscosas, inerciales y elásticas y de la presión capilar. Para estudiar el equilibrio inercial-elasto-capilar de un chorro se definen dos parámetros adimensionales: el número de Ohnesorge (Oℎ)
, que es el inverso del número de Reynolds basado en una velocidad capilar característica y, en segundo lugar, el número intrínseco de Deborah De,
, definida como la relación entre la escala de tiempo para la relajación de la tensión elástica, λ, y la “escala de tiempo de Rayleigh” para la ruptura inercio-capilar de un chorro no viscoso, . En estas expresiones, es la densidad del fluido, es la viscosidad de corte cero del fluido, es la tensión superficial, es el radio inicial del chorro y es el tiempo de relajación asociado con la solución de polímero.
, donde (z, t) es la velocidad axial; y son la contribución del solvente y del polímero a la viscosidad total, respectivamente (viscosidad total ); indica la derivada parcial ; y son los términos diagonales del tensor de tensión adicional. La ecuación (1) representa la conservación de la masa, la ecuación (2) representa la ecuación del momento en una dimensión. Los tensores de tensión adicional y se pueden calcular de la siguiente manera:
, donde es el tiempo de relajación del líquido; es un parámetro adimensional positivo que corresponde a la anisotropía del arrastre hidrodinámico sobre las moléculas del polímero y se denomina factor de movilidad
En el drenaje por goteo, una pequeña perla entre dos perlas se hace más pequeña y la partícula de fluido se mueve hacia las perlas adyacentes. La perla más pequeña se drena como se muestra en la figura.
En la fusión de gotas, una cuenta más pequeña y una cuenta más grande se acercan una a la otra y se fusionan para formar una sola cuenta.
En una colisión de gotas, dos cuentas adyacentes chocan para formar una sola cuenta.
En la oscilación de gotas, dos perlas adyacentes comienzan a oscilar y, con el tiempo, la distancia entre ellas disminuye. Después de un tiempo, se fusionan para formar una sola perla.
![{\displaystyle Oh={\frac {\eta _{0}}{\sqrt[{}]{\rho \gamma R_{0}}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/46bde53fbe997992a80c0a812102048c45732d2d)
![{\displaystyle De=\lambda {\sqrt[{}]{\gamma /(\rho R_{0}^{3})}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5600457d369fb2a29a3b859ee41ac00448e99c28)
![{\displaystyle t_{r}={\sqrt[{}]{\rho R_{0}^{3}/\gamma }}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/55dec35e34371e02b215603bed520e0273dff0cb)
