Calculadora del número de Knudsen

El número de Knudsen es una relación adimensional que compara el camino libre medio de una molécula de gas con una longitud física representativa del sistema. Se expresa como Kn = camino libre medio dividido por longitud característica. El camino libre medio es la distancia promedio que recorre una molécula entre colisiones. La longitud característica puede ser el ancho de un canal, el diámetro de una partícula, la garganta de una tobera, una dimensión de una nave espacial u otra escala que controle el flujo. Como ambas magnitudes usan la misma unidad, las unidades se cancelan y el resultado no tiene unidad. Esta relación indica si es apropiada la mecánica de fluidos convencional de medios continuos. Por debajo de 0.01 dominan las colisiones intermoleculares y el gas suele comportarse como un continuo. Entre 0.01 y 0.1 aparece flujo con deslizamiento y puede dejar de ser válido suponer una velocidad exactamente nula en una pared sólida. De 0.1 a 10, el comportamiento de transición requiere modelos de gases enrarecidos o métodos cinéticos. Por encima de 10 predominan las colisiones con los límites sobre las colisiones entre moléculas, y el flujo se clasifica como molecular libre. Estos límites son convenciones útiles de ingeniería, no cambios físicos abruptos. La geometría, la acomodación en la superficie, los gradientes de temperatura y la precisión exigida pueden modificar la elección del modelo. La longitud característica también debe representar el fenómeno estudiado. En un microcanal suele usarse el diámetro hidráulico o la altura del canal, mientras que en flujo externo puede usarse la longitud del cuerpo. Elegir una dimensión no relacionada puede dar una relación numéricamente correcta pero físicamente engañosa. El camino libre medio cambia con la presión, la temperatura y el diámetro de colisión molecular. Una presión menor suele aumentarlo, haciendo más importante la rarefacción. Por eso los sistemas de vacío, los vehículos de gran altitud, los dispositivos microelectromecánicos, el transporte de aerosoles y el procesamiento de semiconductores suelen operar fuera del régimen continuo. Introduce ambas longitudes en metros o conviértelas primero desde otra unidad habitual. La calculadora divide los valores, muestra la relación y aplica las bandas estándar de régimen. Sirve para una selección inicial del modelo, pero los diseños detallados deben usar propiedades y condiciones de contorno adecuadas al gas real.