Medición y Análisis de La Viscosidad de Fluidos

8/17/2019 Medición y Análisis de La Viscosidad de Fluidos

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UNIVERSIDAD NACIONAL“PEDRO RUIZ GALLO”

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA ELECTRICALABORATORIA DE TEMPERATURA

CATEDRÁTICOING.JULCA OROZCO TEOBALDO

PRA TI A DE

LABORATORIO N° 5

DETERMINACIÓN Y ANÁLISIS DELA VISCOSIDAD, DE ÍNDICE DE

VISCOSIDAD DE LOSLUBRICANTES

DATOS PERSONALES

LUIS ALBERTO SANCHEZSANCHEZ

1190 !"A #$% &'&(%

FE HA

03/06/2014

CURSOLABORATORIO INGENIERIA

MECANICA I

NOTA


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MEDICIÓN Y ANÁLISIS DE LA VISCOSIDAD DE FLUIDOS

I. OB E!IVOS"

Reconocer el funcionamiento óptimo del Viscosímetro digital FIME.

Determinar la viscosidad de los lubricantes. (monogrado).

Reali ar el ensa!o observando los cambios "ue sufre el lubricante

(aceite) al aumento de la temperatura.

II. FUNDAMEN!O !EÓRICO"

1" VISCOSIDAD"

#a viscosidad es la principal característica de la ma!oría de los productoslubricantes. Es la medida de la fluide a determinadas temperaturas. $i la viscosidad es demasiado ba%a el film lubricante no soporta las cargas entrelas pie as ! desaparece del medio sin cumplir su ob%etivo de evitar el contactometal&metal. $i la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capa de llegar a todoslos intersticios en donde es re"uerido.

'l ser alta la viscosidad es necesaria ma!or fuer a para mover el lubricanteoriginando de esta manera ma!or desgaste en la bomba de aceite adem s deno llegar a lubricar r pidamente en el arran"ue en frio.

#a medida de la viscosidad*$e e+presa com,nmente con dos sistemas de unidades* -E /0 12I$$E (-1)* es definido como la fuer a necesaria para mover uncentímetro cuadrado de rea sobre una superficie paralela a la velocidad de 3cm por segundo con las superficies separadas por una película lubricante de 3cm de espesor.


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$'042#/ ($5$)

-omo medida de la fricción interna act,a como resistencia contra lamodificación de la posición de las mol6culas al actuar sobre ellas una tensión deci allamiento. #a viscosidad es una propiedad "ue depende de la presión ! temperatura ! sedefine 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 decual"uier m "uina.

$i la viscosidad del aceite es mu! ba%a para la aplicación el desgaste esma!or por falta de colc7ón 7idrodin mica.$i la viscosidad del aceite es mu! alta para la aplicación el consumo deenergía 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 delmotor 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 salta. #as viscosidades de los aceites normalmente son medidas !especificadas en centisto8e (c$t) a 9:;- o 3::;-. Frecuentemente se 7ablade esta viscosidad como viscosidad din mica o viscosidad cinem tica. Estoes la viscosidad absoluta dividido por la densidad del aceite. En la pr ctica esdeterminada midiendo el tiempo necesario para "ue pase una cantidadespecífica de aceite por un tubo capilar por gravedad a 9:;- !


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las pie as del motor reductor transmisión sistema 7idr ulico o cual"uier otrosistema "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 deviscosidad $5$ ($$5) Red=ood Engler e otros. Estos sistemas demedición de viscosidad pueden ser convertidos al c$t por fórmulasmatem ticas.

-uando se usa el t6rmino >Viscosidad I$2? se refiere a la viscosidad delaceite en c$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 t6rminotampoco tiene "ue ver con la calidad o su propósito ! en general esredundante por"ue un aceite I$2 VC 9@ es lo mismo "ue I$2 9@. El t6rminoviene de la 6poca antes de la estandari ación por la I$2 cuando sefabricaba VC VC G VC GH etc. 'dem s de la estandari ación de rangosde viscosidad por la I$2 se determinó "ue en la ma!oría de los casos ele"uipo dise ado para VC podría funcionar bien con una viscosidad de Gc$t a 9:;-. #a I$2 permita una variación de 3:J encima ! deba%o de esen,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 deviscosidad o lo "ue se pierde de viscosidad con el calor. Este índice deviscosidad frecuentemente varía entre B: ! B:. El índice de viscosidadcombinado con la viscosidad I$2 determina la viscosidad "ue tendremos enel e"uipo cuando est6 funcionando. El índice de viscosidad es tan importanteen aceites industriales "ue en los autos solo "ue en lugar de llamarsemultigrados 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 viscosidadcinem tica (c$t) a 3::;- para la temperatura de operación ! una tablaespecial de viscosidad en ba%as temperaturas para cuidar el motor en elmomento 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 deviscosidad ! aditivos de bombeabilidad "ue me%oran su punto de fluide .


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1"2" CLASIFICACIÓN SAE#

$'E es la sigla de $ociet! of 'utomotive Engineers una asociación "ue 7aestablecido los criterios de clasificación de los aceites bas ndose en suviscosidad. #os n,meros : G: 9: B: ! @: clasifican a los lubricantes dec rter seg,n su viscosidad a 3::;-.1ara los aceites multigrados el grado es dado por dos n,meros separadospor la letra L*

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

1"3" LA VISCOSIDAD SAE"Es la característica m s importante para la elección de los aceites ! se definecomo 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 losm6todos usados para su determinación ! las unidades en orden decrecientea su e+actitud son*

V$%&'%$()( ($*+,$&) ' )-%'. )# #a unidad de viscosidadabsoluta es el poise "ue se define como la viscosidad de un fluido "ueopone determinada fuer a al desli amiento de una superficie sobre otra avelocidad ! distancia determinadas. -orrientemente se emplea elcentipoise "ue es la cent6sima parte del poise ! e"uivale a la viscosidad

absoluta del agua.V$%&'%$()( &$* ,+ $&)# Es la relación entre la viscosidaddin mica ! la densidad del lí"uido. #a unidad es el sto"ue ($t) aun"uepr cticamente se emplea el centisto8e "ue e"uivale a la cent6sima partede 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 sedetermina el tiempo "ue tarda en vaciarse un volumen fi%o de aceite a


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determinada temperatura ! por un tubo de di metro conocido. #os m sempleados son los Engler Red=ood ! $a!bolt. #os grados de viscosidadasí determinados deben acompa arse siempre de la inicial delviscosímetro ! de la temperatura de ensa!o por e%emplo* B ;F a B: ;- B$.$.5. a 3: ;F etc.

#a viscosidad mide la resistencia a fluir de un lí"uido. El lubricante es m sfluido 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 alarrancar 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 conel cambio de la temperatura. $i un aceite lubricante tiene un alto índice deviscosidad significa "ue tiene menos tendencia a cambiar la viscosidad con elcambio de temperatura. En otras palabras este no se 7ace m s espeso cuandoba%a la temperatura causando dificultad en el arran"ue tampoco llega 7acersee+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 uníndice m s ba%o.El índice de viscosidad de los aceites derivados del petróleo van desde : 7astamu! por encima de 3::. 5n lubricante debe tener un índice de B o m s alto conel fin de proteger un moderno motor di6sel. #a ma!or parte de aceiteslubricantes tienen un índice de viscosidad m s elevado "ue 3::.


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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 espesosescurren con muc7o m s dificultad "ue los delgados. 'sí mientras m s viscososea 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 esmuc7o ma!or "ue cuando est en marc7a ! la combustión 7a calentado laspie 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"ueen frío.En verano se necesita un aceite m s viscoso para "ue no se adelgace alpunto de no proteger las pie as en contacto.#a $'E ($ociedad de Ingenieros 'utomotrices de E.E.5.5.) determina elgrado 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 7acefrío.

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 esG:. Estos son recomendables cuando la temperatura es estable durante el día oentre el invierno ! el verano.

#os aceites multigrado se desarrollaron para superar las limitaciones de losmonogrado. Estos se mantienen m s estables frente a los cambios detemperatura ambiente ! del motor. De este modo el mismo aceite puede ser

usado tanto en invierno como en verano. #os aceites multigrados tienencaracterísticas de viscosidad correspondientes a distintos aceites monogrado.


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$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 paratemperaturas 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 7acecalor.

PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS del aceiteSAE 50.

CARACTERISTICAS TÍPICAS DE LOS ACEITES.

FÓRMULAS UTILIZADAS ENEL CÁLCULO DEL ÍNDICE

VISCOSIDAD

Dónde:

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

• 100°F:• 210°F:


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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:

TA!LA DE VISCOSIDAD "CST# VS TEMPERATURA "$C#


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El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido ! el valorverdadero. 'fectan a cual"uier instrumento de medición ! pueden deberse adistintas causas. #as "ue se pueden de alguna manera prever calcular eliminarmediante calibraciones ! compensaciones se denominan determinísticos osistem ticos ! se relacionan con la e+actitud de las mediciones. #os "ue no sepueden prever pues dependen de causas desconocidas o estoc sticas sedenominan aleatorios ! est n relacionados con la precisión del instrumento.

Error de aproximación: es una medida del error cometido al apro+imar unamagnitud num6rica por una e+presión apro+imada m s sencilla "ue la e+presiónoriginal e+acta.

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

5n Viscosímetro digital FIME*

Marca * 4roo8field & DV N E VI$-2ME/ERModelo * #VD VE G:$e al umber * E3:H:

Volta%e * G: VFrecuencia * @: H B: O1otencia * : 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


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Marca * 1ecsaMultigrado * $'E BL


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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)I DI-E DE

VI$-2-ID'DFRI--IP

(J)VE#2-ID'D $E $2R

;- ;F (R1M)

3 G: @ @.H

10*

GB.3 B:G

B B 3 . B @.9 B:

G G 3::.9 3H. B G. B:

9 9: 3:9 3B 39. B:

B 9B 33G 3 .9B [email protected] B:

@ @: 39: @.B .H B:

H B 3 B G.3B 9. B:

: 3 9 .3 . B:

3:. 3.@B . B:

3: 3:B 3 3.B .3 B:

/EM1ER'/5R' VI$-2$ID'D;- ;F c$t $$5G: @ 3 : H H.9GB B 39B @9 .G 3::.9 39: @ :.HB9: 3:9 3G @33.


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9B 33G 3 : BG .B@: 39: : [email protected]

B 3 B @: @ .@B: 3 9 B: B.:G

3:. 9B :G.G3:B 3 9 3 . G

lculo del $ndice de #iscosidad /I.#.0

$eg,n '$/M :

I.V. A # N 5 + 3::# & O


15/24

VI$-2$ID'D ' 3::;F($$5) VI$-2$ID'D ' 3:;F ($$5)

# 5 O # 5 O3B33.3 @33. H9G.9 HH.9 HH.9 HH.9

5tili ando tabla de Deann!&Davis para valores de $$5 a latemperatura 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.V1Error

'bsolutoE'

Error RelativoER (J)

33H.39 3: .39 .9@


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1R-2I ! #IS !SI*A* I"EM-TI A #S TEMPERAT RA


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#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 elviscosímetro 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*


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#II. A"E4!STA&LA "567

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

Material #iscosit; in entipoiseLater 3 cpsMil8 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 ::: cpsTaro $!rup B ::: cps

Oone! 3: ::: cps-7ocolate B ::: cps

Tetc7up B: ::: cpsMustard H: ::: cps

$our -ream 3:: ::: cps1eanut 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 9H3: :.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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G : G. G : G. 3BG:G9: G.9 G9: G.9 3@G:G@: G.@ G@: G.@ 3HG:G : G. G : G. 3 B:9:: 9 9:: 9 3 B:

9 : 9. 9 : 9. :B:99: 9.9 99: 9.9 3@:9@: 9.@ 9@: 9.@ H:9 : 9. 9 : 9. G :B:: B B:: B 9 :BB: B.B BB: B.B @@:@:: @ @:: @ ::H:: H H:: H GG :

:: :: G ::: :: 9G::

3::: 3: 3::: 3: 9@::

33:: 33 33:: 33 B ::3 :: 3 3 :: 3 B@ :3G:: 3G 3G:: 3G @3::39:: 39 39:: 39 @9 :3B:: 3B 3B:: 3B H:::3@:: 3@ 3@:: 3@ HB::3H:: 3H 3H:: 3H :::3 :: 3 3 :: 3 B::3 :: 3 3 :: 3 :::

::: : ::: : 9::3:: 3 3:: 3 B:

:: :: 3:G::G:: G G:: G 3:HB:9:: 9 9:: 9 33 ::B:: B B:: B 33@::

G::: G: G::: G: 39B::GB:: GB GB:: GB 3@B::9::: 9: 9::: 9: 3 B::9B:: 9B 9B:: 9B 3:::B::: B: B::: B: GB::BB:: BB BB:: BB @:::@::: @: @::: @: :::

@B:: @B @B:: @B G::::H::: H: H::: H: G B::HB:: HB HB:: HB GB:::

::: : ::: : GH:::B:: B B:: B G B::::: : ::: : 93: :B:: B B:: B 9G:::

3B::: 3B: 3B::: 3B: @ 9:::::: :: :::: :: B::

G:::: G:: G:::: G:: 3G B::9:::: 9:: 9:::: 9:: 3 B:::

B:::: B:: B:::: B:: G3:::


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@:::: @:: @:::: @:: HHB::H:::: H:: H:::: H:: G GB::

:::: :: :::: :: GH:::::::: :: :::: :: 93BB::

3::::: 3::: 3::::: 3::: 9@ :::

3 B::: 3 B: 3 B::: 3 B: BH :::3B:::: 3B:: 3B:::: 3B:: @ 9:::3HB::: 3HB: 3HB::: 3HB: 3::::

::::: ::: ::::: ::: B:::

TA&LA "56@: *eann;)*a?is para ?alores de SS a la temperatura de


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