INTRODUCCIÓN Es de gran importancia en la industria conocer las distintas propiedades de los materiales que se van a utilizar, especialmente, cuando se trabaja con gases y líqu líquid idos os,, que que entr entre e much muchas as la visc viscos osid idad ad es una una prop propie ieda dad d que que ayud ayuda a a determinar el flujo de los fluidos debida a las fuerzas de cohesión moleculares. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento y se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o dinmica, generalmente representada por la letra !. "e conoce conoce tambi# tambi#n n otra otra viscosi viscosidad dad,, denomi denominada nada viscosi viscosidad dad cinem cinemtic tica, a, y se representa por v . $ara calcular la viscosidad cinemtica basta con dividir la viscosidad dinmica por la densidad del fluido v % % !&'
OBJETIVOS (E)E*+L •
eterm etermina inarr y present presentar ar resulta resultados dos de medici medicione oness sobre sobre la viscos viscosidad idad teniendo en cuenta la variación que #sta presenta con la variación de la temperatura y el tiempo de caída -t así como la constante / de la esfera a utilizar en esta prctica.
E"$E012304" •
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4perar correctamente el viscosímetro para obtener resultados coherentes y 5tiles para el desarrollo de la prctica. +prender las distintas nomenclaturas -+$3, 3"4, "+E que se emplean en los aceites para comprender su utilización desde la vida cotidiana hasta su utilización en la industria.
VISCOSIDAD
N
¿Está nivelado el viscosímetro?
SI
Encender el banco y Nivelar el viscosímetro esperar una !"#$!C
%irar el viscosímetro &'$!
omar el tiempo de caída de la es(era
%ire el viscosímetro en )epetir el *aso anterior sentido contrario
abular los Datos
)epetir el procedimiento para #+!C, -$!C, -+!C y +$!C
.IN
MARCO TEÓRICO DEFINICIÓN DE VISCOSIDAD La viscosidad es una medida de la resistencia de los líquidos a fluir. 0uanto ms viscoso es un líquido, ms lento es su flujo. La viscosidad de un líquido suele disminuir con el aumento en la temperatura. Los líquidos con fuerzas intermoleculares fuertes son ms viscosos que los que tienen fuerzas intermoleculares d#biles.
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CLASES DE VISCOSIDAD Y SUS UNIDADES 7iscosidad absoluta o dinmica8
9nidades en el ".3.8 ) s&m:
η
9nidades en el 0("8 dina s&cm: -poise
6 7iscosidad cinemtica8 es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad de masa del fluido ;9nidades en el ".3.8 m:&s
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9nidades en el 0("8 cm:&s -"to
FLUIDOS NEWTONIANOS Y NO NEWTONIANOS
9n 2luido )e=toniano es aquel cuya viscosidad puede considerarse constante en el tiempo. La curva que muestra la relación entre el esfuerzo o cizalla contra su tasa de deformación es lineal. $ara un fluido ne=toniano, la viscosidad sólo depende de la temperatura. + medida que aumenta la temperatura disminuye su viscosidad. 9n fluido no ne=toniano es aqu#l cuya viscosidad varía con el gradiente de tensión que se le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada. 0omo resultado, un fluido no;ne=toniano no tiene un valor de viscosidad definido y constante, a diferencia de un fluido ne=toniano.
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CLASES DE VISCOSÍMETRO Y SU FUNCIONAMIENTO
"u forma general de funcionamiento es hacer que un fluido pase a trav#s de los tubos manteniendo una temperatura controlada, durante un tiempo específico. Lo que resulta de este procedimiento es la medición de la cantidad de fluido que recorre una distancia determinada en un tiempo determinado. Esto permite establecer el nivel de viscosidad de un fluido.
Los diferentes tipos de viscosímetros "e pueden identificar tres tipos principales de viscosímetros, estos son los viscosímetros de cilindros coaxiales, los viscosímetros anlogos y los viscosímetros rotacionales digitales. o
o
o
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Viscosímetros de cilindros coaxiales: Este tipo de viscosímetros
consta de dos cilindros, uno interno y otro externo. Lo que permiten los viscosímetros de cilindros coaxiales es realizar la medida de la viscosidad absoluta de un fluido. Viscosímetros análogos:BLos viscosímetros anlogos se forman con un disco o un cilindro que se encuentra suspendido y gira por la acción de un motor sincrónico. La lectura de la medida del nivel de viscosidad se expresa por una serie de medidas grabadas en el disco o en el cilindro que se utilice. Viscosímetros rotacionales digitales: Estos son controlados a trav#s de un microprocesador, esto elimina por completo los errores humanos al momento de interpretar las medidas de viscosidad. $ara asegurar una medición exacta del nivel de viscosidad de fluidos, los viscosímetros rotacionales digitales son la elección adecuada.
VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD RESPECTO A LA TEMPERATURA
+ parte de depender de la velocidad de cizalla y del tiempo de aplicación de la misma, la viscosidad es fuertemente dependiente de la temperatura. La mayoría de los materiales disminuyen su viscosidad con la temperatura> la dependencia es exponencial y puede haber variaciones de hasta un ?@A por cada B0 modificado, siendo la expresión ms com5n la ecuación de +rrhenius8 η= A∗e
B T
onde C es la temperatura absoluta y + y D son constantes del polímero o material estudiado.
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¿QUÉ ES SSU Y PRUEBA DE VISCOSIDAD DE SAYBOLT?
Es una medida de la viscosidad cinemtica definida como el tiempo en segundos que demora en llenarse de fluido un matraz estndar de @ ml cuando escurre el líquido por un orificio calibrado de ?&?F de dimetro interior. $ara calcular la viscosidad cinemtica en c"t se utiliza la siguiente ecuación8 ν
=
SSU / 4.6347
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EXPLICACIÓN DE LA NOMENCLATURA SAE, API E ISO EN LOS ACEITES
El grado "+E establece varias categorías que indican cul es la viscosidad de un aceite en frío -a ;?GB0 y en caliente -a ?@@B0. Las categorías de la viscosidad en frío se denominan mediante una ó dos cifras -de cinco en cinco seguidas de la letra H -inicial de Hinter, que en ingl#s significa invierno, mientras que en caliente solo se utilizan dos cifras -de diez en diez. El organismo denominado +$3 -3nstituto +mericano del $etróleo tiene unas claves para denominar los lubricantes seg5n una clasificación basada no en la viscosidad, sino en el servicio para el que estn destinados. Esta denominación se compone de dos letras o de dos letras seguidas de una cifra. "i la primera letra es la 0, significa que es un aceite adecuado para lubricar motores di#sel, como son casi todos los que funcionan en agricultura. La primera letra " significa que el aceite es para motores de gasolina. Canto en los aceites para motores di#sel como para motores de gasolina, la segunda letra se le ha ido asignando de modo correlativo empezando por la +> cuanto ms avanzada sea la letra seg5n el orden del alfabeto, significa que ms evolucionado y adaptado a motores modernos es el aceite. $or 5ltimo, si las dos letras son (L, se trata de un aceite para lubricar diferenciales, cajas de cambios, etc. La organización internacional de normalización 3"4 tiene establecida otra graduación de aceites para transmisiones donde cada categoría tiene las letras 7( -iniciales de (rado de 7iscosidad seguida de un n5mero de dos o tres cifras que expresa la viscosidad medida en unidades centisto
ensidad $romedio
G@
7iscosidad 0inemtica -I@J0 7iscosidad 0inemtica -?@@J0
G ?@,:
K
m kg / ¿¿
c"t c"t
TABLA DE DATOS T"#$ %&C' M I@ IM •
T("#$) *" +-* %.' ?NINNMO ?NI?NN:M ?N:INNII ?N:?NN?@ ?N@NN?O ?N@INNP
T("#$) $/)#0 %.' ?NI:NNI: ?N::NNPP ?N@MNN:G
V(.+).(** %P1.' @,@P@ @,@MG @,@IG
TABLA DE RESULTADOS
Q
Cemperatura K/R
? :
@G,?M ?,?M ?G,?M
μ
Ceórico K$a6sR @,@P@ @,@MG @,@IG
μ
Experimental K$a6sR @,@GI @,@P:I @,@M
A Error ?O,IG A ?M,O A ??,@I A
PRE2UNTAS ?. *ealizar una grfica de viscosidad vs. Cemperatura. -Ceórica y experimental +)SL3"3" E L+ (*S230+8 como se puede observar en la grfica anexa -(rfica ?8 7iscosidad vs Cemperatura las pendientes de ambas curvas son decrecientes, es decir, la relación de sus variables es inversamente proporcional, lo que confirma la hipótesis de que la viscosidad disminuye con un aumento de temperatura, esto, aplicable para los fluidos líquidos. "in embargo, al analizar la grfica, se evidencia que la línea de los valores experimentales est ubicada ms arriba que la de los teóricos, mostrando un porcentaje de error, que se cree fue debido al error operario del cronómetro en la medida del tiempo de caída de la esfera. +dems, es notorio que al prolongar las rectas, se intersectarn en un punto en el que la temperatura sea mayor, ocasionando un mismo valor de viscosidad. :. Explique cómo y por qu# varía la viscosidad con la temperatura.
La viscosidad de un fluido depende tanto de la temperatura como de la presión, aun cuando la dependencia de la presión es ms bien d#bil. $ara los líquidos, la viscosidad dinmica y la cinemtica son prcticamente independientes de la presión y suele descartarse cualquier variación pequeTa con #sta, excepto a presiones muy elevadas. $ara los gases #ste tambi#n es el caso respecto a la viscosidad dinmica -a presiones bajas hasta moderadas pero no lo es para la viscosidad cinemtica dado que la densidad de un gas es proporcional a su presión. La viscosidad de un fluido es una medida de su Uresistencia a la deformaciónF. La viscosidad se debe a la fuerza de fricción interna que se desarrolla entre las diferentes capas de los fluidos a medida que se obligan a moverse una con relación a las otras. En los líquidos, la viscosidad se origina por las fuerzas de cohesión entre las mol#culas, mientras que en los gases por las colisiones moleculares, adems de que #sta varía mucho con la temperatura. La viscosidad de los líquidos decrece con la temperatura, en tanto que en los gases se incrementa con ella. Esto se debe a que, en un líquido, las mol#culas poseen ms energía a temperaturas ms elevadas y se pueden oponer ms a las grandes fuerzas de cohesión intermoleculares, como resultado las mol#culas energizadas de los líquidos se pueden mover con mayor libertad. En un gas las fuerzas intermoleculares son despreciables y a temperaturas elevadas las mol#culas de los gases se mueven de forma aleatoria a velocidades ms altas, esto conduce a que se produzcan ms colisiones moleculares por unidad de volumen por unidad de tiempo y, en consecuencia, en una mayor resistencia al flujo. . Enuncie una aplicación prctica para el fenómeno estudiado. La viscosidad es la característica ms importante de la lubricación de cualquier mquina. "i la viscosidad del aceite es muy baja para la aplicación, el desgaste es mayor por falta de colchón hidrodinmica. "i la viscosidad del aceite es muy alta para la aplicación, el consumo de energía es mayor, el desgaste puede ser mayor por falta de circulación y el aceite se calentar por fricción. $ara el uso automotriz se utiliza una tabla de viscosidades criada por la "ociedad de 3ngenieros +utomotrices -"+E basada en la viscosidad cinemtica -c"t a ?@@J0 para la temperatura de operación y una tabla especial de viscosidad en bajas temperaturas para cuidar el motor en el momento de arranque en frío -se define VfríoV como temperaturas debajo de :@J0. e acuerdo a esta tabla, los siguientes aceites tienen una viscosidad "+E I@ a ?@@J0. El comportamiento en calor y frío depende de su índice de viscosidad y aditivos de bombeabilidad que mejoran su punto de fluidez.
$ara motos, se usa las mismas tablas de viscosidad que motores de autos, pero los aceites son muy diferentes porque la mayoría llevan embragues y frenos h5medos -o sumergidos. Esto requiere aditivos especiales para evitar su patinado La diferencia principal entre un motor de un auto y el de la moto es que las motos normalmente utilizan el mismo aceite para el motor y la caja con el embrague sumergido en el medio W en el mismo aceite, mientras el auto tiene un embrague seco. 9n aceite de motor del auto es diseTado para lubricar a todo costo para nunca dejar que dos superficies lleguen a frenarse. Cienen modificadores de fricción que los hace ms resbalosos en todas condiciones. Esto los ayuda a conservar combustible y act5an como anti;desgastes en condiciones livianas, ayudndolos a dar un millón de
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$ara aplicaciones hidrulicas móviles y estticas Duenas propiedades anti;desgaste previene el desgaste componentes internos y reducen el tiempo de inactividad +lta resistencia a la oxidación ayuda a prolongar la vida 5til
de
los
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isponible en una variedad de grados de viscosidad 3"4
9LC*+X+Y EYC*EXE Z7L$ :G +ceite hidrulico de primera calidad para equipos industriales y de desplazamiento de tierras que trabajan en condiciones de frío. Esta gama de aceites hidrulicos con un alto índice de viscosidad -73 ofrecen una excelente protección antidesgaste y rendimiento en trabajos severos, incluso en condiciones climatológicas extremas, especialmente con un uso discontinuo del uso sistema y una temperatura de arranque baja. Las aplicaciones incluyen equipos fuera de carretera sujetos a altas y bajas temperaturas como los sistemas hidrulicos de equipos industriales y de desplazamiento de tierras (r5as hidrulicas y ascensores, 0argadores, carretillas retrctiles y elevadoras, Excavadoras, volquetes. $lataformas de carga, Crampillas traseras. "istemas hidrulicas que funcionan en condiciones de mucho frío o calor8 0arretillas elevadoras de cmaras frigoríficas. +scensores de edificios altos. La cabina de mando hidrulico de un barco.
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