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Medición y Análisis de La Viscosidad de Fluidos

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Academic year: 2021

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(1)

UNIVERSIDAD NACIONAL

UNIVERSIDAD NACIONAL

“PEDRO RUIZ GALLO”

“PEDRO RUIZ GALLO”

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICA

LABORATORIA DE TEMPERATURA

LABORATORIA DE TEMPERATURA

CATEDRÁTICO CATEDRÁTICO

ING.JULCA OROZCO TEOBALDO

ING.JULCA OROZCO TEOBALDO

DETERMINACIÓN Y ANÁLISIS DE

DETERMINACIÓN Y ANÁLISIS DE

LA VISCOSIDAD, DE ÍNDICE DE

LA VISCOSIDAD, DE ÍNDICE DE

VISCOSIDAD DE LOS

VISCOSIDAD DE LOS

LUBRICANTES

LUBRICANTES

 LUIS ALBERTO SANCHEZ

 LUIS ALBERTO SANCHEZ

SANCHEZ

SANCHEZ

1190!"A

1190!"A

#$%

#$%

&'&(%

&'&(%

03/06/2014

03/06/2014

CURSO CURSO

LABORATORIO INGENIERIA

LABORATORIO INGENIERIA

MECANICA I

MECANICA I

PRA PRA TI TI A A DEDE LABORATORIO N° 5 LABORATORIO N° 5 DA DATOTOS PS PERSONALEERSONALE FE HA FE HA NOTANOTA

(2)

MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE LA

MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE LA VISCOSIDAD DE FLUIDOS

VISCOSIDAD DE FLUIDOS

I.I.

OBE!IVOS"

OBE!IVOS"

 Reconocer el funcionamiento óptimo del Reconocer el funcionamiento óptimo del Viscosímetro digital FIME.Viscosímetro digital FIME. 

 Determinar la viscosidad de los lubricantes. (monogrado).Determinar la viscosidad de los lubricantes. (monogrado). 

 ReaRealiliar ar el el ensensa!a!o o obsobservervandando o los los camcambiobios s "ue "ue sufsufre re el el lublubricricantantee

(aceite) al aumento de la

(aceite) al aumento de la temperatura.temperatura.

II.

II.

FUNDAMEN!O !EÓRICO"

FUNDAMEN!O !EÓRICO"

1"

1" VIS

VISCOS

COSIDA

IDAD"

D"

#a viscosidad es la principal característica de la ma!oría de los productos #a viscosidad es la principal característica de la ma!oría de los productos lubricantes. Es la medida de la

lubricantes. Es la medida de la fluide a determinadas temperaturas.fluide a determinadas temperaturas.

 $i la viscosidad es demasiado ba%a el film lubricante no soporta las cargas entre  $i la viscosidad es demasiado ba%a el film lubricante no soporta las cargas entre las pieas ! desaparece del medio sin cumplir su ob%etivo de evitar el contacto las pieas ! desaparece del medio sin cumplir su ob%etivo de evitar el contacto metal&metal.

metal&metal.

 $i la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capa de llegar a todos  $i la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capa de llegar a todos los intersticios en donde es re"uerido.

los intersticios en donde es re"uerido.

 'l ser alta la viscosidad es necesaria ma!or fuera para mover el lubricante  'l ser alta la viscosidad es necesaria ma!or fuera para mover el lubricante originando de esta manera ma!or desgaste en la bomba de aceite adems de originando de esta manera ma!or desgaste en la bomba de aceite adems de no llegar a lubricar rpidamente en el

no llegar a lubricar rpidamente en el arran"ue en frio.arran"ue en frio.  #a medida de la

 #a medida de la viscosidad*viscosidad*

$e e+presa com,nmente con dos sistemas

$e e+presa com,nmente con dos sistemas de unidades*de unidades*

-E/0 12I$$E (-1)* es definido como la fuera necesaria para mover un -E/0 12I$$E (-1)* es definido como la fuera necesaria para mover un centímetro cuadrado de rea sobre una superficie paralela a la velocidad de 3 centímetro cuadrado de rea sobre una superficie paralela a la velocidad de 3 cm por segundo con las superficies separadas por una película lubricante de 3 cm por segundo con las superficies separadas por una película lubricante de 3 cm de espesor.

(3)

$'042#/ ($5$)

-omo medida de la fricción interna act,a como resistencia contra la modificación de la posición de las mol6culas al actuar sobre ellas una tensión de ciallamiento.

 #a viscosidad es una propiedad "ue depende de la presión ! temperatura ! se define como el cociente resultante de la división de la tensión de ciallamiento (t) por el gradiente de velocidad (D).

#a viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura.

1"1"

IMPOR!ANCIA DE LA VISCOSIDAD"

#a viscosidad es la característica ms importante de la lubricación de cual"uier m"uina.

 $i la viscosidad del aceite es mu! ba%a para la aplicación el desgaste es

ma!or por falta de colc7ón 7idrodinmica.

 $i la viscosidad del aceite es mu! alta para la aplicación el consumo de

energía es ma!or ! el desgaste puede ser ma!or por falta de circulación. $olamente la viscosidad correcta ma+imiar la vida ,til ! la eficiencia del motor transmisión sistema 7idrulico o lo "ue sea la aplicación.

5n aceite delgado es menos resistente a fluir por eso su viscosidad es ba%a. 5n aceite grueso es ms resistente a fluir ! por eso tiene una viscosidad ms alta. #as viscosidades de los aceites normalmente son medidas ! especificadas en centisto8e (c$t) a 9:;- o 3::;-. Frecuentemente se 7abla de esta viscosidad como viscosidad dinmica o viscosidad cinemtica. Esto es la viscosidad absoluta dividido por la densidad del aceite. En la prctica es determinada midiendo el tiempo necesario para "ue pase una cantidad específica de aceite por un tubo capilar por gravedad a 9:;- !<o 3::;-. 1or  esta misma definición podemos ver "ue el aceite ms viscoso ofrece ms resistencia ! consume ms energía para moverse ! permitir el movimiento de

(4)

las pieas del motor reductor transmisión sistema 7idrulico o cual"uier otro sistema "ue tenemos.

ormalmente se 7abla de viscosidad I$2 para aceites industriales ! viscosidad $'E para aceites automotri. #os t6rminos de viscosidad I$2 ! $'E no implican ninguna combinación de aditivos ni propósito específico. $olamente refieren a la viscosidad. ' veces se utilia las medidas de viscosidad $5$ ($$5) Red=ood Engler e otros. Estos sistemas de medición de viscosidad pueden ser convertidos al c$t por fórmulas matemticas.

-uando se usa el t6rmino >Viscosidad I$2? se refiere a la viscosidad del aceite en c$t a 9:;- (I$2 9@ A 9@ c$t a 9:;- I$2 3B: A 3B: c$t a 9:;- etc.). El t6rmino >VC? simplemente refiere al Viscosit! Crade (Crado de Viscosidad) (VC 9@ VC @ etc.) ba%o la norma DI B3B3 .Este t6rmino tampoco tiene "ue ver con la calidad o su propósito ! en general es redundante por"ue un aceite I$2 VC 9@ es lo mismo "ue I$2 9@. El t6rmino viene de la 6poca antes de la estandariación por la I$2 cuando se fabricaba VC  VC G VC GH etc. 'dems de la estandariación de rangos de viscosidad por la I$2 se determinó "ue en la ma!oría de los casos el e"uipo diseado para VC  podría funcionar bien con una viscosidad de G c$t a 9:;-. #a I$2 permita una variación de 3:J encima ! deba%o de ese n,mero para clasificarse así. 1or ende un I$2 G puede ser entre . c$t ! GB. c$t a 9:;-. #o importante es controlar la temperatura operacional ! calcular la viscosidad a esa temperatura.

-ada aceite tiene un índice de viscosidad lo cual determina su curva de viscosidad o lo "ue se pierde de viscosidad con el calor. Este índice de viscosidad frecuentemente varía entre B: ! B:. El índice de viscosidad combinado con la viscosidad I$2 determina la viscosidad "ue tendremos en el e"uipo cuando est6 funcionando. El índice de viscosidad es tan importante en aceites industriales "ue en los autos solo "ue en lugar de llamarse multigrados se 7abla de dos características* la viscosidad a 9:;- ! el índice de viscosidad.

1ara el uso automotri se utilia una tabla de viscosidades criada por la $ociedad de Ingenieros 'utomotrices ($'E) basada en la viscosidad cinemtica (c$t) a 3::;- para la temperatura de operación ! una tabla especial de viscosidad en ba%as temperaturas para cuidar el motor en el momento de arran"ue en frío (se define KfríoK como temperaturas deba%o de :;-). De acuerdo a esta tabla los siguientes aceites tienen una viscosidad $'E 9: a 3::;-. El comportamiento en calor ! frío depende de su índice de viscosidad ! aditivos de bombeabilidad "ue me%oran su punto de fluide.

(5)

1"2"

CLASIFICACIÓN SAE#

$'E es la sigla de $ociet! of 'utomotive Engineers una asociación "ue 7a establecido los criterios de clasificación de los aceites basndose en su viscosidad. #os n,meros : G: 9: B: ! @: clasifican a los lubricantes de crter seg,n su viscosidad a 3::;-.

1ara los aceites multigrados el grado es dado por dos n,meros separados por la letra L*

 El primer n,mero seguido por KLK (Linter) representa la viscosidad a ba%a

temperatura BL 3:L 3BL... ms pe"ueo el n,mero ms fluido se mantiene el lubricante a ba%a temperatura ! facilita el arran"ue.

 El segundo n,mero representa la viscosidad a alta temperatura : G: 9:

B:. Ms alto este n,mero ms viscoso se mantiene el aceite a alta temperatura.

1"3"

LA VISCOSIDAD SAE"

Es la característica ms importante para la elección de los aceites ! se define como la resistencia de un lí"uido a fluir. Es la inversa de la fluide ! se debe a la fricción de las partículas del lí"uido. #a viscosidad se valora seg,n los m6todos usados para su determinación ! las unidades en orden decreciente a su e+actitud son*

V$%&'%$()( ($*+,$&) ' )-%'.)#

 #a unidad de viscosidad

absoluta es el poise "ue se define como la viscosidad de un fluido "ue opone determinada fuera al desliamiento de una superficie sobre otra a velocidad ! distancia determinadas. -orrientemente se emplea el centipoise "ue es la cent6sima parte del poise ! e"uivale a la viscosidad absoluta del agua.

V$%&'%$()( &$*,+$&)#

Es la relación entre la viscosidad

dinmica ! la densidad del lí"uido. #a unidad es el sto"ue ($t) aun"ue prcticamente se emplea el centisto8e "ue e"uivale a la cent6sima parte de a"uel ! es apro+imadamente la viscosidad cinemtica del agua a : ;-.

V$%&'%$()( .)$)#

 En la prctica la medición de la viscosidad

se 7ace en aparatos denominados viscosímetros en los cuales se determina el tiempo "ue tarda en vaciarse un volumen fi%o de aceite a

(6)

determinada temperatura ! por un tubo de dimetro conocido. #os ms empleados son los Engler Red=ood ! $a!bolt. #os grados de viscosidad así determinados deben acompaarse siempre de la inicial del viscosímetro ! de la temperatura de ensa!o por e%emplo* B ;F a B: ;- B $.$.5. a 3: ;F etc.

#a viscosidad mide la resistencia a fluir de un lí"uido. El lubricante es ms fluido en caliente ! ms viscoso en frío.

E+isten dos pruebas para medir la viscosidad* la viscosidad $a!bolt universal ! la viscosidad $a!bolt Furol

#a utiliación de lubricantes fluidos en frío permite reducir los desgastes al arrancar gracias a una lubricación rpida de todas las pieas del motor.

2" NDICE DE VISCOSIDAD"

Este índice representa la tendencia de un lubricante a cambiar la viscosidad con el cambio de la temperatura. $i un aceite lubricante tiene un alto índice de viscosidad significa "ue tiene menos tendencia a cambiar la viscosidad con el cambio de temperatura. En otras palabras este no se 7ace ms espeso cuando ba%a la temperatura causando dificultad en el arran"ue tampoco llega 7acerse e+cesivamente delgado con el aumento de la temperatura.

5n lubricante con un alto índice de viscosidad est 7abilitado para mantener una adecuada película sobre las partes móviles de un motor me%or "ue uno con un índice ms ba%o.

El índice de viscosidad de los aceites derivados del petróleo van desde : 7asta mu! por encima de 3::. 5n lubricante debe tener un índice de B o ms alto con el fin de proteger un moderno motor di6sel. #a ma!or parte de aceites lubricantes tienen un índice de viscosidad ms elevado "ue 3::.

(7)

EL GRADO DE VISCOSIDAD SAE"

E+isten distintos tipos de aceite seg,n su viscosidad.

o cual"uier aceite puede ser usado en cual"uier motor ! condición de traba%o. #a viscosidad tiene "ue ver con la capacidad de fluir. #os lí"uidos espesos escurren con muc7o ms dificultad "ue los delgados. 'sí mientras ms viscoso sea un aceite menor ser su tendencia a escurrir sobre las superficies a lubricar.

L'% &),-$'% ( ,5)) )&)* .) $%&'%$()(

.

-uando el motor est detenido con sus pieas frías la viscosidad del aceite es muc7o ma!or "ue cuando est en marc7a ! la combustión 7a calentado las pieas.

#as condiciones de clima tienen el mismo efecto* en invierno el aceite se espesa ! en verano se adelgaa.

1or lo tanto*

 En invierno se necesita un aceite un aceite menos viscoso para "ue pueda

escurrir bien 7acia las pieas "ue tiene "ue lubricar facilitando el arran"ue en frío.

 En verano se necesita un aceite ms viscoso para "ue no se adelgace al punto de no proteger las pieas en contacto.

 #a $'E ($ociedad de Ingenieros 'utomotrices de E.E.5.5.) determina el

grado de viscosidad de los aceites de acuerdo con la siguiente clasificación (para aceites de motor)*

#os aceites monogrado pueden ser usados cuando 7ace calor o cuando 7ace frío.

1or eso se los conoce como aceites de invierno o aceites de verano. 1or  e%emplo el grado $'E para un aceite de verano es B: ! para uno de invierno es G:. Estos son recomendables cuando la temperatura es estable durante el día o entre el invierno ! el verano.

#os aceites multigrado se desarrollaron para superar las limitaciones de los

monogrado. Estos se mantienen ms estables frente a los cambios de temperatura ambiente ! del motor. De este modo el mismo aceite puede ser  usado tanto en invierno como en verano. #os aceites multigrados tienen características de viscosidad correspondientes a distintos aceites monogrado.

(8)

$us denominaciones $'E son* BL )B: 3BL)9: ! :L)B:. #a letra L (de =inter  "ue significa invierno en ingl6s) siempre acompaa al grado $'E para temperaturas ba%as.

5n aceite multigrado $'E BL)B: por e%emplo tiene la viscosidad de un

monogrado $'E B cuando 7ace frío ! de un monogrado $'E B: cuando 7ace calor.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS del aceite

SAE 50.

CARACTERISTICAS TÍPICAS DE LOS ACEITES.

FÓRMULAS UTILIZADAS EN

EL CÁLCULO DEL ÍNDICE

VISCOSIDAD

Dónde:

L: viscosidad de un aceite patrón (aceite especial) a:

• 100°F: • 210°F:

(9)

U: viscosidad aceite usado a 100°F  H: viscosidad del aceite Patrón:

• 100°F: • 210°F:

Pero en éste caso no se tiene el aceite Patrón,  para calcular el !ndice de "iscosidad del aceite usado se procede a utili#ar las si$uientes relaciones para %allar &H'  &L':

on la si$uiente condición:

 ………(β) Donde, en esta condición:

U: viscosidad cine*tica del aceite usado a 210°F 

Hallando U (viscosidad cine*tica del aceite usado a 210°F):

Para deterinar U, vaos a utili#ar la curva caracter+stica del aceite -. /0:

(10)

Precisión Y Exactitud:

Precisión se refiere a la dispersión del con%unto de valores obtenidos de

mediciones repetidas de una magnitud. -uanto menor es la dispersión ma!or la precisión. 5na medida com,n de la variabilidad es la desviación estndar de las mediciones ! la precisión se puede estimar como una función de ella.

Exactitud se refiere a "ue tan cerca del valor real se encuentra el valor medido. En t6rminos estadísticos la e+actitud est relacionada con el sesgo de una estimación. -uanto menor es el sesgo ms e+acto es una estimación.

-uando e+presamos la e+actitud de un resultado se e+presa mediante el error absoluto "ue es la diferencia entre el valor e+perimental ! el valor verdadero.

Error:

Error experimental: la ine+actitud cometida por culpa de no poder controlar adecuadamente la influencia de todas las variables presentes en un e+perimento. Error de medición: la ine+actitud "ue se acepta como inevitable al comparar una magnitud con su patrón de medida. El error de medición depende de la escala de medida empleada ! tiene un límite. #os errores de medición se clasifican en distintas clases (accidentales aleatorios sistemticos etc.).

(11)

El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido ! el valor verdadero. 'fectan a cual"uier instrumento de medición ! pueden deberse a distintas causas. #as "ue se pueden de alguna manera prever calcular eliminar mediante calibraciones ! compensaciones se denominan determinísticos o

sistemticos ! se relacionan con la e+actitud de las mediciones. #os "ue no se pueden prever pues dependen de causas desconocidas o estocsticas se denominan aleatorios ! estn relacionados con la precisión del instrumento. Error de aproximación: es una medida del error cometido al apro+imar una magnitud num6rica por una e+presión apro+imada ms sencilla "ue la e+presión original e+acta.

III. MATERIALES, EQIP!S E I"STRME"T!S.

 5n Viscosímetro digital FIME*

Marca * 4roo8field & DV N E VI$-2ME/ER Modelo * #VD VEG:

$eal umber * E3:H: Volta%e * G: V Frecuencia * @: H B: O 1otencia * : L.

 5n vaso -leveland FIME  3 /ermómetro de 4ulbo $eco.  3 termómetro de 4ulbo O,medo.  5na resistencia el6ctrica FIME  5na termocupla digital FIME.   'ceite uevo

(12)

Marca * 1ecsa

Multigrado * $'E BL<B:

#iscos$metro di%ital &roo'(ield ) *# + E #IS!METER

I#. PR!E*IMIE"T!.

3. $eleccionar un lubricante* aceite* 1ecsa $'E BL<B:.

(13)

G. Realiar la Crafica Viscosidad vs temperatura.

9. Realiar la grfica de los índices de viscosidad de los valores tomados a las temperaturas críticas.

B. Determinar el valor de la temperatura en donde se aprecia el punto de inflamación del aceite de dic7as características.

@. Determinar el punto de combustión del lubricante seleccionado.

#. -LL!S Y RESLTA*!S.

15/2$ /EM1ER'/5R' VI$-2$ID'D(-1) VI$-2-ID'DIDI-E DE FRI--IP(J) VE#2-ID'D $E$2R

;- ;F (R1M) 3 : G @ @.H 10* GB.3 B:   B G B 3.B @.9 B:  G G 3::.9 3H.B G. B:  9 : 9 3:9 3B 39. B:  B B 9 33G 3.9B 3@.9 B:  @ : @ 39: @.B .H B:  H B  3B G.3B 9. B:   :  39 .3 . B:    3:. 3.@B . B:  3: :B 3 3 3.B .3 B:  /EM1ER'/5R' VI$-2$ID'D ;- ;F c$t $$5 G: @ 3: HH.9 GB B 39B @9. G 3::.9 39: @:.HB 9: 3:9 3G @33.

(14)

9B 33G 3: BG.B @: 39: : GB@.G9 B 3B @: @.@B : 39 B: B.:G  3:. 9B :G.G 3:B 3 9 3.G

lculo del $ndice de #iscosidad /I.#.0 $eg,n '$/M:

(15)

VI$-2$ID'D ' 3::;F

($$5) VI$-2$ID'D ' 3:;F ($$5)

# 5 O # 5 O

3B33.3 @33. H9G.9 HH.9 HH.9 HH.9

5tiliando tabla de Deann!&Davis para valores de $$5 a la temperatura de 3:QF ('ne+o) adems calculando el error absoluto ! relativo*

/eniendo en cuenta lo siguiente* Error:

Dónde*

Valor patrón A I.Vp  Valor medido A I.Vt

I.V/ I.V1 Error   'bsoluto E' Error  Relativo ER (J) 33H.39 3: .39 .9@

(16)
(17)
(18)

#I. !"LSI!"ES Y RE!ME"*AI!"ES.

CONCLUSIONES.

 #as mediciones realiadas difieren de los valores correspondientes en la

curva viscosidad temperatura del aceite $'E B:.

 -omo podemos notar el error es alto se puede deber a la falta de precisión

en la medición.

 $e comprobó e+perimentalmente "ue la viscosidad de un fluido disminu!e

con la temperatura.

RECOMENDACIONES.

 Despu6s de llegar a la temperatura deseada colocar el aceite en el

viscosímetro lo ms antes posible para así evitar errores en las mediciones.

 /ener cuidado de no c7ocar el termómetro con el fondo del vaso -leveland.   'ntes de iniciar el e+perimento los termómetros "ue se utilian para tomar 

(19)

#I. !"LSI!"ES Y RE!ME"*AI!"ES.

CONCLUSIONES.

 #as mediciones realiadas difieren de los valores correspondientes en la

curva viscosidad temperatura del aceite $'E B:.

 -omo podemos notar el error es alto se puede deber a la falta de precisión

en la medición.

 $e comprobó e+perimentalmente "ue la viscosidad de un fluido disminu!e

con la temperatura.

RECOMENDACIONES.

 Despu6s de llegar a la temperatura deseada colocar el aceite en el

viscosímetro lo ms antes posible para así evitar errores en las mediciones.

 /ener cuidado de no c7ocar el termómetro con el fondo del vaso -leveland.   'ntes de iniciar el e+perimento los termómetros "ue se utilian para tomar 

la temperatura del aceite deben estar a temperatura ambiente.

#II. &I&LI!1RA23A:

 7ttp*<<===.lubricar.net<teoria.7tm * 1gina dedicada a la teoría de

lubricación e+pone los diversos tipos de viscosímetros empleados en la determinación de la viscosidad. -astellanoS

 Información dada por el docente en clase.

(20)

#II. A"E4!S

TA&LA "567

Approximate #iscosities o( ommon Materials /At Room Temperature)86920 

Material #iscosit; in entipoise

Later 3 cps

Mil8 G cps

$'E 3: Motor 2il B&39: cps $'E : Motor 2il 39:&9: cps $'E G: Motor 2il 9:&@B: cps $'E 9: Motor 2il @B:&:: cps

-astrol 2il 3::: cps Taro $!rup B::: cps Oone! 3:::: cps -7ocolate B::: cps Tetc7up B:::: cps Mustard H:::: cps $our -ream 3::::: cps 1eanut 4utter B:::: cps TA&LA "56<

entipoise /PS0 or Millipascal /mPa.s0 Poise /P0 entisto'es /=S0 Sto'es /S0 Sa;>olt ni?ersal /SS0

3 :.:3 3 :.:3 G3  :.:  :.: G9 9 :.:9 9 :.:9 G H :.:H H :.:H 9H 3: :.3 3: :.3 @: 3B :.3B 3B :.3B : : :. : :. 3:: B :.9 B :.9 3G: G: :.G G: :.G 3@: 9: :.9 9: :.9 3: B: :.B B: :.B @: @: :.@ @: :.@ G: H: :.H H: :.H GH: : :. : :. 9G: : :. : :. 9: 3:: 3 3:: 3 BG: 3: 3. 3: 3. B: 39: 3.9 39: 3.9 @: 3@: 3.@ 3@: 3.@ H: 3: 3. 3: 3. :: ::  ::  3::: : . : . 33:: 9: .9 9: .9 3:: @: .@ @: .@ 3: : . : . 3G: G:: G G:: G 39HB

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Referencias

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