INTRODUCCI�N

La presente experiencia consta de dos partes perfectamente delineadas acerca de la viscosidad de los fluidos .

la primera parte :

se da la base te�rica acerca dela viscosidad y m�todos diferentes de determinaci�n de ello , as� como un detalle y exposici�n de las diferentes ecuaciones que rigen cada uno de los diferentes viscos�metros :

-viscos�metro Redwood
-viscos�metro Saybolt
-viscos�metro Ostwald
-viscos�metro Engler
-viscos�metro Mac Michael
-viscos�metro de bolas

segunda parte :

Esta dedicada ala parte experimental de la determinaci�n de la viscosidad cinem�tica de un fluido ,mediante el viscos�metro REDWOOD ADMIRALTY MODIFICADO # 2.

  OBJETIVOS

1.- Determinar la viscosidad cinem�tica de una muestra de aceite lubricante , mediante el viscos�metro REDWOOD ADMIRALTY MODIFICADO # 2.
2.-Analizar gr�ficamente la variaci�n de la viscosidad de dicha muestra con respecto ala temperatura .
3.- Crear conciencia de la gran importancia que tiene en los lubricantes

FUNDAMENTO TE�RICO

FLUIDO:
Son sustancias que se se forman constantemente cuando se la aplica una tensi�n de cortadura .Puede ser liquido o gas

LIQUIDO:
Es una sustancia que tiene volumen definido , pero cuyas part�culas se mueven con respecto de otras con tanta facilidad que , cuando no se las contiene lateralmente , la acci�n de la gravedad las obliga a derramarse y atratar de alcanzar el nivel mas bajo posible , por tanto el liquido se adapta ala forma del recipiente que lo contiene y cuando esta en reposo, presenta una superficie a nivel ,de no estar restringida por la rigidez de las paredes superiores del recipiente.

VISCOSIDAD:
Existen muchas formas de definir esta propiedad fisica de los fluidos :
-Se entiende por viscosidad a la resistencia o frotamiento interno entre las mol�culas de un fluido al deslizarse entre si.
-Tecnicamente podemos definir la viscoosidad de un liquido ,esto es su "cuerpo" o "consistencia" ,como su resistencia a fluir .Esta caracteristica varia con la clase de liquido y tambien con la temperatura.
La viscosidad puede ser dinamica (absoluta) y cinematica.

donde:

  ���= poise   ; F = dinas  ; y = cm     ; v  = cm / seg

Es la viscosidad absoluta dividida por la masa especifica mec�nica .osea:
formula:

V =    � / ρ        

donde 

ρ = densidad
L a unidad en el C.G.S s llama STOKE; la unidad com�nmente usada es el CENTIESTOKE= STOKE/100.

Como ya es conocido ,la viscosidad varia con la clase de liquido y tambi�n con la temperatura .Un ensayo conocido ,para determinar directamente la viscosidad cinem�tica .Se hace midiendo el tiempo requerido por un volumen dado de aceite (lubricante) a una temperatura especifica ,para pasar por un tubo capilar de di�metro conocido.
El m�todo de laboratorio empleado esta especificado por la norma t�cnica ATSM D-445.
El ensayo de viscosidad nos da un valor que solo tiene validez a la temperatura a la cual se realizo el ensayo .Dos aceites que a una temperatura determinada tiene igual viscosidad pueden tener viscosidades sensiblemente distintas a otra temperatura .Este hecho hace necesario definir el concepto de indice de viscosidad para diferenciar a unos aceites de otros.

�NDICE DE VISCOSIDAD

Los aceites lubricantes ,como otros liquidos tienden a delgazarse o volverse menos viscosos cuando son calentados y a engrosarze o volverse mas viscosos cuando se enfrian ;sin embargo no todos los aceites responden dela misma manera a un cambio d etemperatura ado.Algunos aceites varian poco su viscosidad con la temperatura y son conocidos como aceites de alto indice de viscosidad; otros varian mucho su viscosidad con la temperatura y son conocidos como aceites de bajo indice de viscosidad.El indice de viscosidad es,pues una medida de la resistencia de los aceites a cambiar su viscosidad con la temperatuta.

Esta propiedad es particularmente importante si el aceite va ser empleado para lubricar maquinaria operando en ambientes frios .
Esta propiedad determina la menor temperatura a la que fluir� el aceite en reposo .El aceite se coloca n un tubo provisto de un tap�n con un term�metro en su centro .El tubo se sumergen un ba�o frigor�fico y cada 5�F(2.78�C),de descenso de temperatura se controla si el aceite aun fluye .Alcanzada la temperatura ala cual deja de fluir ,se registra la inmediato la interior como un punto de escurrimiento.
El m�todo de laboratorio empleado esta especificado por la norma ASTM D-97.

Es m�nima la temperatura a la cual el aceite libera o desprende vapores que se encender�n cuando se pase en forma peri�dica una peque�a llama sobre la superficie del acite. El punto de encendido es la m�nima temperatura a la cual los vapores del aceite se encender�n y continuaran encendidos por lo menos cinco segundos .
Por tanto los puntos de inflamaci�n y encendido dan una indicaci�n grosera de la temperatura a la cual el aceite comenzara a perderse por evaporaci�n; sin embargo, deber� tenerse presente que son las fracciones mas livianas de un aceite o una mezcla las que determinan estos puntos y no la volatilidad a lo largo de todo su rango de destilacion.
Existen diversos m�todos para determinar los puntos de inflamaci�n y encendido ,pero el mas usado en aceite s lubricantes es el metodo CLEVELAND DE COPA ABIERTA ,cuya norma corresponde es la ASTM D-92.

VALOR DE NEUTRALIZACI�N

Es un numero que expresa en miligramos (mg) ,la cantidad necesaria de hidr�xido de potasio para neutralizar el �cido en un gramo de aceite.
El valor de neutralizaci�n es ampliamente usado como un criterio de calidad para un aceite usado .Sin embargo el valor de neutralizaci�n de un aceite usado no dice nada a menos que se compare con el mismo aceite nuevo. Esto es debido a que muchos aditivos empleados en aceites automotores e industriales hacen que el aceite nuevo sea �cido o base.

INSOLUBLES EN PENTANO Y BENCENO

Cuando un aceite usado es suficientemente diluido en pentano ,cierta resinas de oxidaci�n que normalmente permanecen en soluci�n precipitada . La diluci�n tambi�n ayuda a precipitar y sedimentar materiales que est�n suspendidos en el aceite . Entre estos se pueden encontrar resinas de oxidaci�n insolubles y materiales extra�as como polvo ,holl�n y metal de desgaste . Todos los contaminantes que pueden ser separados del aceite por precipitaci�n y sedimentaci�n son conocidos como insolubles en pentano .
Los insolubles en pentano pueden ser tratados como una soluci�n de benceno ,la cual disuelve las resinas de oxidaci�n .Las materias extra�as que quedan son llamadas insolubles en benceno .
La diferencia entre los insolubles en pentano y los insolubles en benceno representan la cantidad de resinas de oxidaci�n en el aceite.
Si los insolubles en pentano son altos ,estos indican contaminaci�n u oxidaci�n .un valor relativamente alto de insolubles en benceno indica contaminaci�n de fuentes extra�as y pueden ser indicado un an�lisis espectrofotom�trico para determinar las fuentes.

 

CLASIFICACI�N DE VISCOSIDAD ACEITES DE MOTOR �SISTEMA SAE

El sistema mas usado para la clasificaci�n de viscosidad es el establecido por la SOCIEDAD DE INGENIEROS AUTOMOTRICES (SAE) enlos Estados Unidos de Norteam�rica.
En este sistema ,un cierto numero SAE define un rango de viscosidad ,ya sea a �18� C o a 100� C ,los n�meros con el sufijo W est�n basados en mediciones a �18� C y los n�meros sin la W est�n basados en mediciones de viscosidad a 100� C .
La viscosidad a �18� C es la viscosidad medida en un aparato para obtener bajas temperaturas ,cuyo nombre es COLD CRANKING SIMULATOR ,de acuerdo con el m�todo ASTM D � 2602 � 71 . la viscosidad a 100� C es medida en centiestokes en un viscos�metro de acuerdo con el m�todo ASTM D � 445 .

 

ACEITES PARA ENGRANAJES * - CLASIFICACI�N SAE. *
La clasificaci�n de viscosidad SAE J 306 C no deber�a ser comparada con la clasificaci�n SAE para aceites de c�rter . Un lubricante de engranajes y un aceite d motor que tengan la misma viscosidad tendr�n diferente grado de viscosidad SAE de acuerdo a la definici�n de los dos sistemas .por tanta ,un lubricante de engranajes SAE 80W pueden tener las mismas caracter�sticas de viscosidad que un aceite de motor SAE 20W /20 ;y un lubricante de engranaje SAE 90 pueden ser similar a un aceite de motor SAE 40 o SAE 50 .
Esta clasificaci�n esta basada en la viscosidad del lubricante tanto en alta como en baja temperatura .Las mediciones a alta temperatura est�n registradas por la norma : ASTM 2983 �M�todo de ensayo usando el viscos�metro Brook Field y los resultados son reportados en centipoise � .

 

ACEITES INDUSTRIALES *CLASIFICACI�N DE VISCOSIDAD ISO 3448 .
El sistema de clasificaci�n de viscosidad d la ISO (ORGANIZACI�N INTERNACIONAL PARA LA STANDARIZACION )clasifica los lubricantes l�quidos industriales en rangos seg�n su viscosidad nominal a 40� C .cada rango esta identificado por un numero ISOVG (grado de viscosidad ) ,el cual corresponde al punto medio dl rango del rango de la viscosidad en centiestoke.

 

CLASIFICACI�N POR DESEMPE�O Y TIPO DE SERVICIOS DE ACEITES PARA MOTOR
En el mundo hay una multitud de dise�o y tama�os de motores operando bajo una variedad de condiciones .Hacer un aceite para cada motor es claramente impractico , y hacer un aceite apropiado para todo los motores , si fuese t�cnicamente posible seria demasiado costoso para ser aceptado por el cliente.
Lo que sucede en la practica es que se definen unas cuantos niveles de performance o desempe�o (por organizaciones civiles y militares o por las compa��as fabricantes de motores) los cuales sirven como gu�a a las compa��as de lubricantes para dise�ar sus productos.
De tiempo en tiempo es necesario cambiar los est�ndares de desempe�o o performance e introducir nuevos rangos para cubrir las cambiantes necesidades de los motores conforme estos son desarrollo.

CLASIFICACI�N

A PI

En 1947 el instituto americano de petr�leo (API) desarrollo un sistema de clasificaci�n basado en los tipos y cantidad de aditivos usados en los aceites.
El sistema mostr� ser inadecuado debido a que no tomaba en cuenta que los Motores a gasolina y los motores diesel tienen distintos requerimientos de aceite.
En 1952 el API, desarrollo una segunda clasificaci�n basado en la severidad de las condiciones de operaci�n en motores gasolina :DG-DM-DS.

ESPECIFICACIONES MILITARES U .S

  Estas pruebas a pesar de haber sido pensadas inicialmente solo para los prop�sitos militares ,han sido ampliadas aceptadas en la practica comercial ,en adici�n a las pruebas especificas establecidas por varios fabricantes de motores.
VISCOS�METROS :
Los viscos�metros pueden clasificarse en dos tipos:
1.- viscos�metros para medir viscosidad absoluta.
2.- viscos�metros para medir viscosidad cinem�tica.

VISCOS�METROS PARA MEDIR VISCOSIDAD ABSOLUTA
Entre ellos podemos mencionar :el viscos�metro de MAC MICHAEL, el de BROOK FIELD , tambi�n los viscos�metros de ca�da de bolas ,tales como los de GIBSON Y JACOBA, o los de bola rodante de FLOWER y HERSEY.
Todos estos aparatos para medir la viscosidad se basan en que la presi�n del fluido es constante.

 

VISCOS�METROS DE MAC MICHAEL
Este viscos�metro consta de dos cilindros conc�ntricos con una diferencia radial ,peque�a el cual el cilindro interior esta sujeto mediante un resorte para evitar su rotaci�n mientras el exterior gira .si en el espacio entre ambos cilindros se introduce un liquido viscoso el par ejercido en el cilindro interior por el giro del cilindro exterior, act�a sobre resorte provisto de una aguja que marca sobre un dial dando lecturas proporcionales a la viscosidad del fluido.
Supongamos que hacemos girar el cilindro exterior a 150rpm y que rellenamos el espacio existente entre ambos cilindros o diferencia radial de 0.1cm con un aceite SAE 30,que a temperatura ambiente viene a tener viscosidad de unos 300centipoises ,tendremos tomando un radio igual a 5cm.y la longitud igual a 15cm .como dimensiones del cilindro exterior.
La velocidad tangencial ser� :

150(2π)5 /60  = 78.5 cm /seg

aplicando la energ�a de Newton tendremos:

F = 1.11 10⁶  DINAS

Conociendo esta fuerza podremos evaluar el par de fricci�n muy aproximadamente dado el peque�o valor de h respecto de R ,multiplicando ambos miembros :

M =  S R V  / h

Haciendo  los c�lculos , M= 0.057 Kg � m que act�a en el cilindro interior , este valor es muy pr�ximo dado la gran diferencia dimensional existente  entre h y R, pero siguiendo las leyes de la din�mica veremos que al incluir los radios distintos de ambos cilindros ,la anterior relaci�n sola es valedera para proporciones de 1 : 100 como m�nimo entre los valore de h y R ,COUTTE ,investigador franc�s ha deducido otra ecuaci�n que citamos a continuaci�n sustituir� dela anterior.

 donde:

W.....velocidad angular Rad / seg.
I .......altura de los cilindro cm.
R₁.....radio del cilindro interior cm.
R₂ ......radio del cilindro exterior cm .
naturalmente si conocemos el par de fricci�n podemos igualmente despejar el valor de la viscosidad absoluta � � � .
el viscos�metro de ESTONER y el de BROOK FIELD est�n basados en el mismo principio que el de MAC MICHAEL.

VISCOS�METRO DE BOLAS
Entre estos tenemos el de GIBSON Y JACOB y los de BOLAS rodante de FLOWER y HERSEY.
Estos son calibrados mediante l�quidos de viscosidades conocidas y dando siempre al usuario la constante del aparato .Estos son sobre todo para uso industrial , para determinar el control de calidad.
El viscos�metro de bolas ,propiamente consiste de varios tubos que contienen l�quidos �patrones� de viscosidades conocidas con una bola de acero en cada uno delos tubos .El tiempo que tarda a bola recorriendo toda la longitud del tubo depende de la viscosidad del liquido .Realizando esta sencilla prueba en un tubo similar , la viscosidad del liquido puede determinar aproximadamente compar�ndola con la los l�quidos de otros tubos.

VISCOS�METRO DE HAGEN � POISEULLE
La medida de todas las magnitudes de la ecuaci�n de Hagen -Poiseulle, excepto ���, por una experiencia conveniente dispuesta , es otro m�todo fundamental para la determinaci�n de la viscosidad .El dispositivos dela figura puede ser usada .s necesita una cierta distancia contada desde la entrada para que el fluido adquiera su distribuci�n de velocidades caracter�sticas ;por eso la altura o presi�n debe medirse por alg�n medio en un punto que sale durante un tiempo t cuando el nivel del deposito d se mantiene constante puede medirse ,lo que nos permite conocer el caudal Q ,y determinando el peso especifico ,puede calcularse el incremento de presi�n ΔP  ,entonces con L y D conocidos ,tenemos:

VISCOS�METROS PARA MEDIR VISCOSIDAD CINEM�TICA

SAYBOLT UNIVERSAL
32 < t < 100 V = 0.00226 t - 1.95 / t
t = 100 V= 0.0022 t - 1.35 / t

SAYBOLT FUROL:
25 < t < 40 V = 0.00224 t - 1.84 / t
t = 40 V = 0.0216 t � 0.60 / t

Se observa el tiempo en el que se derrama 200 cc de aceite y dividiendo este tiempo por el empleado en derramarse 200 cc de agua a 20 �C (68�F) ,resultan los grados engler .el tiempo de derrame del agua debe estar comprendido entre 50 y 52 segundos , es el tiempo corriente en un instrumento de dimensiones normales ;un valor medio casi frecuente es de 51.3 segundos.
Las temperaturas usuales de referencia son: 20,50,100 grados Fahrenheit.
GRADOS DE ENGLER
C _E = tiempo para evacuar 200 cc de aceite / tiempo para evacuar 200 cc de agua
V = [ 0.0731 �E - 0.0631 / �E ]
Donde : V en stoke.

PARTE EXPERIMENTAL

EQUIPO E INSTRUMENTAL
-viscos�metro Redwood #2 ,modificado
-term�metro
-cronometro
-termostato
-probeta (de capacidad 100 cc o mas)

PROCEDIMIENTO Y TABULACIONES
1.Se mide una muestra de aceite de 100 cc en un probeta.
2.se vierte la muestra de aceite en el viscos�metro Redwood #2.
3.se calienta la muestra mediante el procedimiento de BA�O MARIA ,hasta la temperatura fijada preferencialmente entre 25 � 50 �C. Es c�modo trabajar con las temperaturas de:30,35,40,45,50 �C.
4.una ves conseguida la temperatura fijada ,se deja de calentar y se retira el obturado e el preciso instante en que se comienza a medir el tiempo de vaciado den una muestra de 100�C ,que se recibido en la probeta.
5.luego se sigue el mismo procedimiento con las dem�s temperaturas ,se�aladas anteriormente obteni�ndose tiempos de vaciados desiguales.
Tomaremos un juego de datos que fueron obtenidos en una practica similar en el Laboratorio Nacional de Hidr�ulica.

DATOS MEDIDOS DIRECTAMENTE
TABLA # 1

TEMPERATURA  � C	TIEMPO Seg
30
35
40
45
50

C�LCULOS:
Para calcular V la viscosidad cinem�tica en stoke en funci�n de los segundos Redwood obtenidos, usaremos la ya conocida expresi�n para este viscos�metro.:

V =0.027t �20/t

TABLA # 2

T    �C	t (Seg)	V (Stoke)	V(Cstoke)
30
35
40
45
50

TABLA #3

CENTIESTOKES	S.S.U	GRADOS ENGLER	SEG. REDWOOD
1.99	32.6	1.140	30.35
2.99	36.0	1.224	32.81
4.99	40.7	1.350	36.38
5.98	45.5	1.481	40.61
7.46	50.3	1.605	44.64
8.97	55.4	1.736	48.91
10.48	60.6	1.882	53.30
11.96	65.9	2.020	57.94
13.46	71.5	2.170	62.74
13.46	75.3	2.270	66.05
14.45	79.2	2.378	66.05
15.46	83.1	2.490	69.49
16.45	87.1	2.590	72.90
17.43	91.2	2.700	76.45
18.43	101.70	2.984	79.97
20.93	114.60	3.335	86.26
23.90	118.90	3.455	100.5
24.90	123.30	3.575	104.3
25.92	127.70	3.395	108.2
26.92	132.10	3.820	112.0
27.90	136.50	3.945	111.9
28.90	145.30	4.195	119.8
30.90	154.20	4.445	127.7
32.90	163.20	4.695	135.6

TABLA # 4

T  �C	T   �F	V  (Cstoke)	V    (S.S.U)
30
35
40
45
50

FUENTES DE ERROR :
-CRONOMETRO
-TERM�METRO
- ADHERENCIA DEL ACEITE EN LAS PAREDES DEL EQUIPO

GRAFICOS:

1.-(Estoke ) vs T( �C )
2.-t(segundos) vs T( �C )
3.-t(segundos) vs ( Estoke )
4.-S.S.U vs T( �F )

CUESTIONARIO:

1.-Explicar como varia la viscosidad con la temperatura en los l�quidos y en los gases ,si existen diferencias explique por que.
2.-encuentre el grado SAE de la muestra usando el grafico del ap�ndice.

CONCLUSIONES:

agregar tema de viscosidad

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