Como calcular a viscosidade VFT em Python usando UliEngineering
Você pode calcular facilmente a viscosidade VFT (Vogel-Fulcher-Tammann) de líquidos usando a biblioteca Python UliEngineering. A equação VFT é um modelo de três parâmetros que fornece excelente precisão para descrever a dependência de temperatura da viscosidade, especialmente para líquidos formadores de vidro:
from UliEngineering.Physics.Viscosity import vft_viscosity, CommonLiquids
from UliEngineering.EngineerIO import *
# Calcular viscosidade VFT da água a 20°C
T = 20 + 273.15 # Converter para Kelvin
eta = vft_viscosity(T, CommonLiquids.Water.vft)
print(f"Water viscosity at 20°C: {format_value(eta, 'Pa·s')}")
# Calcular viscosidade VFT do etanol a 50°C
T = 50 + 273.15
eta = vft_viscosity(T, CommonLiquids.Ethanol.vft)
print(f"Ethanol viscosity at 50°C: {format_value(eta, 'Pa·s')}")
# Usando constantes VFT personalizadas
from UliEngineering.Physics.Viscosity import VFTConstants
custom = VFTConstants(name="Custom liquid", A=1.0e-5, B=500.0, T0=120.0)
eta = vft_viscosity(300.0, custom)
print(f"Custom liquid viscosity at 300K: {format_value(eta, 'Pa·s')}")Exemplo de saída
Water viscosity at 20°C: 1.00 mPa·s
Ethanol viscosity at 50°C: 1.06 µPa·s
Custom liquid viscosity at 300K: 2.38 mPa·s
A equação VFT é dada por:
$$ \eta = A \cdot \exp\left(\frac{B}{T - T_0}\right) $$onde $\eta$ é a viscosidade dinâmica, $T$ é a temperatura absoluta em Kelvin, $A$, $B$, e $T_0$ são constantes específicas do material. O parâmetro $T_0$ é chamado de temperatura de Vogel e representa a temperatura na qual a viscosidade teoricamente divergiria para infinito.
O modelo VFT é particularmente preciso para líquidos formadores de vidro e líquidos superresfriados porque captura o comportamento não-Arrhenius próximo à temperatura de transição vítrea. O gráfico acima mostra o modelo de viscosidade VFT para vários líquidos comuns ao longo de uma faixa de temperatura de 0°C a 100°C.
A biblioteca UliEngineering fornece constantes VFT pré-definidas para líquidos comuns como Água, Etanol, Metanol, Glicerol, Azeite, Mercúrio, Acetona e Benzeno através da classe CommonLiquids.
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Script de geração do gráfico
#!/usr/bin/env python3
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
import sys
sys.path.insert(0, '/home/uli/dev/UliEngineering')
from UliEngineering.Physics.Viscosity import (
vft_viscosity,
CommonLiquids,
)
# Faixa de temperatura em Celsius para plotagem
T_C = np.linspace(0, 100, 200) # 0 a 100°C
T_K = T_C + 273.15 # Converter para Kelvin
# Criar gráfico
plt.figure(figsize=(10, 6))
# Plotar para diferentes líquidos comuns
liquids_to_plot = [
('Water', CommonLiquids.Water.vft, 'blue'),
('Ethanol', CommonLiquids.Ethanol.vft, 'green'),
('Methanol', CommonLiquids.Methanol.vft, 'red'),
('Glycerol', CommonLiquids.Glycerol.vft, 'purple'),
]
for name, constants, color in liquids_to_plot:
eta = vft_viscosity(T_K, constants) * 1000 # Converter para mPa·s
plt.plot(T_C, eta, label=name, color=color, linewidth=2)
plt.xlabel('Temperature (°C)', fontsize=12)
plt.ylabel('Dynamic Viscosity (mPa·s)', fontsize=12)
plt.title('VFT Viscosity Model for Common Liquids', fontsize=14, fontweight='bold')
plt.legend(loc='upper right', fontsize=10)
plt.grid(True, alpha=0.3)
plt.yscale('log') # Escala log porque viscosidades abrangem ordens de magnitude
plt.tight_layout()
plt.savefig('vft_viscosity_plot.svg', format='svg', dpi=300)
print("Plot saved to vft_viscosity_plot.svg")