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TEMA 1

INTRODUCCIÓN: PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS s o d i u l f

s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m t e n T I

1.1.- De Definici finici ón de Fluid Fluidoo 1.2.- La hipótesis del continuo 1.3.- Propiedades 1.3.1.- De Densidad, nsidad, Volumen específico y densidad relativa 1.3.2.- Viscosidad 1.3.2.1.- Unidades de la viscosidad viscos idad 1.3.2.2.- Cla Clasificación sificación de los fluidos según su viscosidad Unidades de la l a Viscosidad 1.3.2.3.- Otras Unidades 1.3.2.4.- Índice de Viscosidad 1.3.3.- Módulo de Elasticidad ( K ) 1.3.4.- Presión de Vapor 1.3.5.- Tensión Tensión Superficial: Capilaridad 1.4.- Introducción a la Lubricación: Lubricantes 1.4.1.- Introducción 1.4.2- Tipos de Lubricación 1.4.3- Composición de los lubricantes 1.4.4- Clasificación de los aceites lubricantes lubri cantes

1.1. 1.1.-- De Definición finición de Fluido: Existen un gran número de definiciones de fluido, pero de forma genérica podríamos decir que, fluido es toda sustancia que se deforma deforma contínuamente al aplicarle un esfuerzo esfuerzo de corte (tangencial) (tangencial), es decir al aplicarle aplicarle un esfuerzo tange tangencial, ncial, por pequeño pequeño que que este este sea, siem siempre pre aparecerá aparecerá una deformac deformación ión continua en forma de gradiente de velocidades (velocidad de deformación) como reacción frente al esfuerzo. s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

• Sólidos: Sólidos : Bajo la acción de un esfuerzo tangencial finito, finito, el sólido sufre una deformación angular, también finita, proporcional a ésta hasta su límite de elasticidad. La constante de proporcionalidad es G, el módulo de rigidez: rigidez: τ xy ∝ ε xy τ xy = Gε xy

• Líquidos: Líquidos : Bajo la acción de un esfuerzo tangencial finito, finito, el líquido sufre una deformación angular continua proporcional a ésta mientras la fuerza tangencial es aplicada. La resistencia a la deformación en los líquidos es indicada por la viscosidad dinámica, µ, que será será la constante de proporcionalidad: proporcionalidad: τ xy

∝ ε &xy

τ xy

= µ .

du dy

As Así, en en los sólidos la deformación es proporcional al gradiente de los desplazamientos, mientras que en los líquidos líquido s lo es al gradiente de las velocidades. velocidades.

1.2. 1.2.-- La hipótesis hipótesis del continuo: • La materi materia a no es continua continua sino que está compue compuesta sta por moléculas moléculas , las las cuales cuales interactúan interactúan entre entre sí a través de de coli colisiones siones y fuerzas intermolecular intermoleculares. es. La fase en la que se se encuen encuentrtra a una una materi materia a es consecuencia directa del espaciamiento entre moléculas y las fuerzas intermoleculares. s o d i u l f


Sólido: Las distancias son cortas y las fuerzas intermoleculares fuertes, lo suficiente como para que un trozo de materia mantenga su forma y su volumen. Líquido: Las distancias son mas largas y las fuerzas más débiles, lo que provoca que aunque tengan la suficiente intensidad como para mantener su volumen, no sean capaces de mantener la forma. Gas: El espaciado entre moléculas posibilita una disminución drástica de las fuerzas que unen las moléculas entre sí, lo que hace que no puedan mantener ni forma ni volumen. • Podemos Podemos considerar una regi región ón de un fluido fluido como continua continua cuando cuando para un vol volumen umen dado, dado, el cual contiene un número suficientemente grande de moléculas, el efecto de una molécula individual sobre las propiedades de densidad, temperatura o presión del fluido dentro de ese volumen son despreciables. A efectos prácticos en la ingeniería, consideraremos los fluidos como medios continuos

1.3. 1.3.-- Propiedades 1.3. 1.3.1. 1.-- De Densidad, nsidad, Volumen específico y densidad relativa

Densidad: s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

Densidad Relativa: Volumen Específico: Peso Específico: Peso Específico Relativo:

⎡M ⎤ ρ = ⎢ 3 ⎥ ⎣L ⎦ ρ ρ o

= [−]

kg ρ o = 1000 3 m

1 ⎡ L3 ⎤ υ = = ⎢ ⎥ ρ ⎣ M ⎦ ⎡ M ⎤⎡ L ⎤ ⎡ M ⎤ γ = ρ .g = ⎢ 3 ⎥ ⎢ 2 ⎥ = ⎢ 2 2 ⎥ ⎣ L ⎦ ⎣T ⎦ ⎣T L ⎦ γ γ o

= [−] ← γ o = ρ o .g

La densidad de referencia en los líquidos suele ser el agua pura a 4 ºC y 101330 N/m2

La densidad es una de las propiedades mas habituales y útiles en el estudio de los fluidos, es el ratio entre la masa de una porción de fluido y el volumen que ocupa: ρ =

s o d i u l f


Masa Volumen

=

kg m3

La densidad depende de la temperatura y la presión en todos los fluidos. Para una presión dada, si la temperatura aumenta la densidad disminuye, mientras que si disminuye, es la densidad la que aumenta. En cambio, para una temperatura dada, si la presión aumenta, la densidad también lo hace, disminuyendo cuando la presión lo hace. En general podemos escribir:

∂ ρ ⎞ ⎛ ∂ ρ ⎞ .δ P + ⎛ .δ T ⎟ ⎜ ⎟ P T ∂ ∂ ⎝ ⎠T =cte ⎝ ⎠P =cte

ρ = ρ (P ,T ) → δρ = ⎜ δρ ρ

δ P δ T ∂ ρ ⎞ ∂ ρ ⎞ ∂ ln ρ ⎞ ∂ ln ρ ⎞ . + ⎛ . = ⎛ .δ P + ⎛ .δ T = ⎛ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎝ ∂P ⎠T =cte ρ ⎝ ∂T ⎠P = cte ρ ⎝ ∂P ⎠T =cte ⎝ ∂T ⎠P =cte

Coeficiente ln ρ ∂ ⎛ ⎞ de Expansión β ≡ −⎜ ⎟ ⎝ ∂T ⎠P =cte Térmico

1 Coeficiente de E ≡ ⎛ ∂ ln ρ ⎞ ⎜ ⎟ compresibilidad ⎝ ∂P ⎠T =cte δρ ρ

1 = .δ P − β .δ T E

Para pequeñas variaciones de la densidad, podemos utilizar las siguientes relaciones para calcular la nueva densidad, basándonos en la expresión anterior δρ ρ

1 = .δ P − β .δ T E

Si mantenemos constante la presión: s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

δρ ρ

1 = .δ P − β .δ T = − β .δ T → δρ = − ρ . β .δ T E

∆ ρ = − ρ 0. β .∆T

Para Variaciones pequeñas

ρ − ρ 0 = − ρ 0.β .(T − T0 )

E ≡ (Pa)

β ≡ (K −1 )

Si mantenemos constante la temperatura: δρ ρ

1 1 1 = .δ P − β .δ T = .δ P → δρ = ρ . .δ P E

E

E

1 ∆ ρ = ρ 0. .∆P E

ρ − ρ 0 = ρ 0.

1 E

.(P − P0 )

1.3.2.- Módulo de Elasticidad ( K ) El módulo de elasticidad sirve para medir la compresibilidad de los fluidos, es decir, que sensible es el fluido a los cambios de presión, lo que se refleja en cambios en el volumen. ∆P s o d i u l f


∆∀ ∀o

∀ Masa cte.

∆P = −K

∆∀ ∆P ∆P →K =− = ∆∀ ∆ ρ ∀o ∀o ρ o K = E = [Pa ]

ρ − ρ 0 = ρ 0.

1 E

.(P − P0 )

¿Si queremos comprimir 1 litro de agua a 20 ºC un 1% , que presión deberemos ejercer ?

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∀o = 10− 3 m 3 → ∆∀ = −0.01⋅ 10− 3 = −10− 5m 3 T = 20ºC ⎫ ⎬ → K = 22057.7 bar Po = 1.0133bar ⎭ ∆∀ − 10− 5 ) ∆P = −K → ∆P = −22057.7⋅ − 3 = 220.577bar ∀o 10 Debido a su alto módulo de elasticidad el agua es tratada como incompresible. (Aunque como se puede apreciar si podríamos comprimir, pero utilizando una presión enorme. Así, a presiones moderadas, podemos considerarla, sin cometer errores apreciables, como incompresible)

Los gases poseen módulos de elasticidad mucho menores, por lo que son mucho más sensibles a los cambios de la presión. En el caso de tener gases perfectos, podemos encontrar algunas expresiones útiles del módulo de elasticidad: Gas perfecto:

s o d i u l f



( Entropía )

T

= cte → P =

K

=

n.R.T

=

1

∀2

n.R.T.d∀

− dP n.R.T = = P → K T =cte = P d∀ ∀ ∀

S = cte → P.∀ γ K

∀

→ dP = −

= cte → P = cte.∀ − γ → dP = cte.(− γ ).∀ −( γ +1) .d∀

− dP = γ.cte.∀ − γ = γ.P → K s =cte = γ.P d∀ ∀

Módulo de compresibilidad:

∆∀ ∆ ρ ρ 1 ∀ α = = − o = − o K ∆P ∆P

Propiedades del agua pura a Presión atmosférica

Propiedades del aire atmosférico en función de la altura

s o d i u l f



s o d i u l f


1.3.3.- Viscosidad La viscosidad será el parámetro que nos permitirá medir la resistencia que ofrece un fluido al movimiento. Tal y como se comentó será la constante de proporcionalidad entre el esfuerzo tangencial aplicada y el gradiente de velocidades del fluido (velocidad de deformación) que aparece a consecuencia de la aplicación de dicho esfuerzo. τ xy s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

= µ .

du dy

( Ecuación de Newton )

⎡ F ⎛ N ⎞⎤ ⎢⎣τ ≡ A ⎜⎝ m 2 ⎠⎟⎥⎦

Al coeficiente se le conoce como viscosidad dinámica o absoluta del fluido y tiene por unidades:

⎡N⎤ ⎢ 2⎥ τ xy N .s µ = → µ ≡ ⎣ m ⎦ = ⎡⎢ 2 ⎤⎥ = [Pa.s ] du ⎡m . 1 ⎤ ⎣ m ⎦ ⎢⎣ s m ⎥⎦ dy

⎡ N .s ⎤ ⎡ Kg .m s ⎤ ⎡ Kg ⎤ µ = ⎢ 2 ⎥ = ⎢ 2 . 2 ⎥ = ⎢ ⎣ m ⎦ ⎣ s m ⎦ ⎣ m.s ⎥⎦

Se trata de una propiedad muy importante en ingeniería ya que liga el movimiento del fluido con el efecto que este tiene sobre la superficie por la que trascurre o baña. Es decir, nos permitirá calcular los esfuerzos que el fluido producirá sobre la frontera que lo confina.

Supongamos una placa móvil, de área A, que se desplaza sobre una película de fluido, arrastrada por una fuerza F. Si la placa está lo suficientemente cerca de la placa fija, podemos considerar que el perfil de velocidades que se establecerá será lineal ( es decir, sigue una distribución en línea recta) , y por tanto:

s o d i u l f


τ ∝

dv dy

τ = µ

dv dy

= µ

− v placa fija v −0 v = µ o = µ o y o − y placa fija yo − 0 yo vo

La ecuación de Newton dv ≈ ∆ v nos dice que la constante dy ∆ y o de proporcionalidad entre ambos será la viscosidad

µ =

τ

⎛ ∆ v ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ ∆ y ⎠

A τ se le suele llamar: Tensión tangencial, Tensión de corte, Fuerza superficial, Shear Stress ( en inglés )

• En el ejemplo anterior, vale la pena remarcar un detalle importante. El fluido en contacto con las superficies tiene la misma velocidad que estas. Esto ocurre en todas las configuraciones en las que intervenga un fluido que tenga viscosidad. A esta condición de la velocidad del fluido en estas zonas, se le llama condición de no deslizamiento.


• Todos los fluidos tienen cierta viscosidad, pero existen algunos casos en los que esta la podemos considerar tan pequeña que se desprecia, dando paso a un tipo muy especial de fluido no compresible a los que se llama fluidos ideales, en los que se considera que la viscosidad es nula. Fluidos Ideales: Gases a alta velocidad o en zonas alejadas de las condiciones de contorno ( paredes u objetos ) donde no hay gradiente de velocidad o este es muy débil. Esta suposición es muy útil y empleada en el estudio de flujos compresibles, alta velocidad ( M > 1 ) y sobre todo en aeronáutica

• La viscosidad se comporta de forma muy diferente en gases y en líquidos en función de las variaciones de presión y temperatura a la que someta el fluido. La viscosidad es básicamente función de dos parámetros, la presión y la temperatura: s o d i u l f



= (T ,P ) • P influye poco, tan solo en variaciones muy grandes de la presión tiene que ser considerada. En los gases tiene mucha mas influencia que en los líquidos. Gases y Líquidos:

P↑

→

µ ↑

•T tiene mucha influencia: Gases:

T

↑ →

µ ↑

Líquidos:

T

↑ →

µ ↓

1.3.2.1.- Unidades de la viscosidad: N

µ =

s o d i u l f



τ

⎛ du ⎞ ⎜ ⎟ ⎝ dy ⎠

=[

−1 −1 M . L .T

2

]=

m m1

=

N .s m

2

kg.

=

m 2

s m2

.s

=

kg m.s

= POISEUILLE

[ P]

s m

1 poiseuille=10 poise=100 centipoise(Cp) En la práctica existe un conjunto de propiedades que se repite con frecuencia, la viscosidad dinámica o absoluta partida por la densidad. A este conjunto se le suele llamar viscosidad cinemática. El apellido cinemática no ha de inducir a error, ya que no tiene ningún sentido físico, sólo viene impuesto por la similitud en la unidades con la velocidad. Viscosidad cinemática: Unidades ν =

µ ρ

=

ν =

kg m.s kg

=

ρ

2

m s

m3

Factores de conversión para las unidades de la viscosidad dinámica o absoluta, .

Ejemplo: 1

lbm pu lg .seg

= 17.86

N .s m

2

m2 1 s

= 104 stoke(st ) = 106centistokes(Cst )

m2 1 s

pu lg2 = 929 seg

1.3.2.2.- Clasificación de los fluidos según su viscosidad: Existe una primera clasificación muy útil que diferencia a los fluidos en Newtonianos y no Newtonianos. Los primeros siguen la ley de Newton, en la que la viscosidad sólo depende de la temperatura y la presión, y por tanto el gradiente de velocidades tiene un comportamiento completamente lineal, mientras que los segundos no la siguen, y su comportamiento dista bastante de ser lineal.

s o d i u l f

Ley de Newton τ xy

= µ .


Fluido Dilatador

du

du

dy

dy

tan

−1

µ

Fluido Newtoniano Fluido de Pseudoplástico Fluido de Bingham Fluido Tixotrópico τ

Grafica que relaciona el gradiente de velocidades que se establece en un fluido con el esfuerzo tangencial que es necesario ejercer para provocarlo.

Clasificación de los fluidos según su viscosidad: Newtonianos τ xy


= µ .

du

No Dependientes del tiempo

No Newtonianos τ xy

≠ µ .

• Pseudoplásticos

Plasma sanguíneo, Suspensiones acuosas de arcilla, polietileno fundido

• Fluidos Dilatadores

Almidón en agua, Dióxido de titánio

• Fluidos de Bingham

Chocolate, Ketchup, Mostaza, mahonesa, pintura, pasta de dientes, sedimentos de aguas residuales, asfalto, grasas

dy

du dy

Dependientes del tiempo

• Tixotrópicos

Aceites de petróleo crudo a bajas temperaturas, soluciones polímeras, tintas de impresión

Cabría mencionar un caso muy especial de fluidos: los fluidos no newtonianos dependientes del tiempo. Estos poseen características muy especiales, ya que su viscosidad no sólo depende del grado esfuerzo al que se le solicita y de la presión y temperatura, sino que además lo hace en función del tiempo a que está sometido a dicho esfuerzo.

s o d i u l f


Fluido Rheopéctico Fluido con viscosidad independiente del tiempo Fluido Tixotrópico Esfuerzo constante en el tiempo Tiempo Son fluidos muy especiales pero con aplicaciones muy importantes en mecánica, sobre todo en sellados, frenado, etc..

1.3.2.3.- Otras Unidades de la Viscosidad: Una forma práctica y rápida de medir la viscosidad es comparándola con otro fluido de referencia. Es decir, buscar más que una medida directa, que sería más complicado, una mediad indirecta, que mida la relación con un patrón, normalmente agua. Todos miden VISCOSIDAD CINEMÁTICA. s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

Viscosimetro Engler

• Grados Engler ( ºE ) : ºE =

Tiempo de vaciado de 200 cm3 del fluido Tiempo de vaciado de 200 cm3 del fluido patrón

•Segundos Saybolt ( SSU ) : Tiempo en segundos que tarda en llenarse un recipiente normalizado de 60 ml. Tanto el depósito desde donde fluye el fluido como el diámetro y geometría del mismo están normalizados •Segundos Redwood: Tiene un significado análogo al anterior.

Viscosimetro Saybolt

Relaciones entre las distintas unidades de la viscosidad.

s o d i u l f


1.3.2.4.- Índice de Viscosidad: Se ha visto que la viscosidad de un fluido varía de forma apreciable con la temperatura. Esta variación puede volverse muy crítica en algunas aplicaciones, en las que la variación de la viscosidad puede inducir fricciones, agarrotamientos o variaciones de la velocidad. Es de especial relevancia en aceites lubricantes y en fluidos hidráulicos. s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

Para poder valorar estos cambios se define un nuevo índice, el INDICE DE VISCOSIDAD ( IV ) , el cual ofrece una mediad de la variación de la viscosidad del fluido con la temperatura.

IV ALTOS: Fluidos que muestran un cambio pequeño de viscosidad respecto a la temperatura IV BAJOS: Fluidos que muestran un cambio grande de viscosidad respecto a la temperatura

1.3.4.- Presión de Vapor P ( atm) T ( ºC )

s o d i u l f


P ( atm) T ( ºC )

1.00

99.97

0.1000

46.06

6.00

159.3

0.2000

60.34

11.00

184.6

0.3000

69.40

16.00

202.0

0.4000

76.17

21.00

215.5

0.5000

81.65

26.00

226.8

0.6000

86.26

31.00

236.4

0.7000

90.28

36.00

244.9

0.8000

93.84

41.00

252.6

0.9000

97.05

46.00

259.6

1.0

99.97

51.00

266.0

56.00

272.0

61.00

277.5

66.00

282.8

71.00

287.7

76.00

292.4

81.00

296.8

86.00

301.0

91.00

305.1

96.00

309.0

101.0

312.7

Temperatura de saturación del agua a distintas Presiones

La presión de vapor es la presión a la que debemos llevar al líquido para que evapore a una temperatura dada. Siempre existe una presión a la cual el agua hierve, sea cual sea la temperatura que esta tenga. Existe una relación: Psat Tsat

= Psat (T ) = Tsat (P )

Si la presión disminuye, a temperatura ambiente se puede producir una vaporación del líquido. Este fenómeno, cuando ocurre en el interior de una bomba o una tubería, etc. se le llama cavitación, y es muy importante evitarlo a toda costa

1.3.5.- Tensión Superficial: Capilaridad COHESIÓN: Término que describe las fuerzas atractivas existentes entre moléculas del mismo tipo ADHESIÓN: Término que describe las fuerzas atractivas entre moléculas de tipo diferente


La fuerzas de cohesión hacen que la fuerza resultante sobre las moléculas interiores sea nula En la superficie aparecerá una fuerza resultante hacia el interior del fluido debido a la descompensación de las fuerzas de cohesión

La acción de las moléculas del líquido sobre las que ocupan la superficie crean un efecto parecido al de una fina membrana en tensión sobre la superficie libre de líquido. A este fenómeno se le conoce como TENSIÓN SUPERFICIAL

Para deformar la superficie se deberá realizar cierta cantidad de trabajo ya que existe una fuerza actuando sobre la superficie. Así, se podría decir que sobre la superficie existe cierta cantidad de energía potencial acumulada. Así, la energía potencial por unidad de superficie se definirácomo el coeficiente de tensión superficial:

σ =

Energía Superficie

=

N .m m2

s o d i u l f


Efectos de Capilaridad Agua F Adhesión s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

> FCohesión

Mercurio

F Adhesión

< FCohesión

=

N m

Propiedades fundamentales de los fluidos:

s o d i u l f


Propiedad

Símbolo

Unidades

Densidad

ρ

Kg m-3

Volumen Específico

ν

m3 Kg

Peso Específico

γ

Kg m-2 s-1

Coef. Compresibilidad

Ε

Pa

Coef. Expansión Térmica

β

K -1

Módulo Elasticidad

K

Pa

Viscosidad

µ

Kg m-1 s-1(Poiseuille)

Viscosidad cinemática

ν

m2 s-1

Tensión Superficial

σ

N m-1

1.4.- Introducción a la Lubricación: Lubricantes 1.4.1- Introducción • El objeto de la lubricación es reducir la fricción, el desgaste y el calentamiento de partes de máquinas en contacto que tengan movimiento relativo entre sí. El lubricante es la sustancia que introducido entre las partes tiene la misión de reducir la fricción y el desgaste. s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

• Los lubricantes pueden ser: - Líquidos:

Aceites: La mayoría de ellos Grasas: Son lubricantes líquidos espesados para poder ser utilizados en zonas difíciles o costosas de lubricar

- Sólidos:

Como el teflón, grafito o sulfuro de molibdeno

- Gaseosos:

Como el el aire a presión

Nosotros nos centraremos en los lub ricantes líquidos, sobre todo en aceites, dando sólo algunas indicaciones de las grasas.

1.4.2- Tipos de Lubricación La lubricación se clasifica según el grado con que el lubricante separe las superficies deslizantes. Así tendremos:

s o d i u l f


• Lubricación Hidrodinámica: ( El más ampliamente utilizado ) Separación completa entre ambas superficies mediante película de lubricante. Se impide en contacto en todo momento. La estabilidad de la capa se puede explicar mediante la mecánica de fluidos, si se tiene en cuenta el adecuado movimiento relativo entre superficies que hace de motor para el moviento de la película • Lubricación Hidrostática: ( poco utilizada ) Se mete el lubricante a presión entre ambas superficies. La presión es muy considerable. La película de lubricante no se mueve, y se puede utilizar aceites así como agua o simplemente aire.

• Lubricación de película de mezcla: Hay contacto parcial entre las superficies. Representa un régimen de transición entre hidrodinámica y capa límite. • Lubricación de capa límite: EL contacto entre ambas superficies es continuo y sólo están separados por una capa muy delgada de aceite. En estos casos más que la viscosidad del lubricante, lo que adquiere verdadero protagonismo es su composición química. Este régimen lo podemos dividir en tres tipos: s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

- Untuoso: Este régimen interviene la untuosidad del lubricante, o lo que es lo mismo su aptitud para adherirse a la superficie de la pieza, y depende principalmente de su composición química - Antidesgaste: Cuando las condiciones operacionales son tales, que la untuosidad del lubricante no puede impedir el contacto directo y el consiguiente incremento de temperatura, se utilizan entonces compuestos químicos que reaccionan con la superficie, formando sales metálicas de elevado punto de fusión que evitan la formación de las microsoldaduras. Este régimen es característico de elevadas velocidades y poca carga, como en los pistones de los de los cilindros de los motores. - Extrema Presión: Cuando las condiciones de trabajo producen en los puntos de contacto de las superficies en deslizamiento , temperaturas muy elevadas, superiores a las temperaturas de fusión de las sales metálicas formadas por la lubricación antidesgaste, se precisa entonces utilizar otros compuestos químicos que formen con las superficies aleaciones mas estables. Tipo en velocidades bajas y grandes cargas, como dn los dientes de los engranajes.

1.4.3- Composición de los lubricantes Aunque la composición puede ser enormemente variada, podemos encuadrar los elementos constitutivos de un lubricante en aceite base y aditivos ACEITE BASE s o d i u l f



Un aceite base es un producto derivado del petróleo que sirven como base pala la fabricación del lubricante. Base Mineral: Son una mezcla compleja de hidrocarburos procedentes del refino del petróleo. Se pueden clasificar en:

Y en función de su proporción y composición obtendremos unas características diferentes, como se puede observar en la tabla siguiente

Resultan las más adecuadas para la fabricación de lubricantes

Base Sintética: Son obtenidas por vía química, en un proceso de polimerización, con lo que se obtienen características un tanto mejoradas respecto a las bases minerales: Base Sintética

s o d i u l f


ADITIVOS Se trata de compuestos químicos que mejoras las prestaciones generales de los lubricantes, bien sean de base mineral o de base sintética.


La proporciones típicas son:

s o d i u l f


1.4.4- Clasificación de los aceites lubricantes La clasificación más extendida, y comúnmente aplicada es la que clasifica a los aceites lubricantes según su viscosidad. Podemos diferenciar dos clasificaciones por ser las más relevantes: • ISO ( Organismo de Estandarización Internacional ) para los aceites de APLICACIÓN INDUSTRIAL s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

• SAE ( Sociedad de Ingenieros de Automoción ) para los aceites de APLICACIÓN EN AUTOMOCIÓN ACEITES INDUSTRIALES • Aceites Industriales: Podemos dintinguir entre estos tipos de aceites: Aceites para sistemas hidráulicos.

Aceites para engranajes.

Aceites de engrase general y lubricación a pérdida.

Aceites para guías.

Aceites térmicos.

Aceites para herramientas neumáticas.

Aceites para turbinas.

Aceites para compresores.

Otras aplicaciones: aceites de corte, desmoldeantes, electroerosiónetc...

Clasificación ISO para aceites industriales La norma ISO 3448 ( ASTM D 2422 ) clasifica los aceites industriales, con una aplicación que se extiende a nivel mundial. Esta clasificación divide los aceites según su viscosidad cinemática , mediad en en cst ( Centistokes ) a 40 ºC de temperatura. Los agrua en grados que abarcan unos rangos concretos de viscosidad. Se indica ISO VG seguido del número correspondiente al grado de viscosidad s o d i u l f


La ISO 6743/4 establece una serie de familias entre los aceites en función de se aplicación:


A su vez, estas familias se descomponen en subgrupos con más especificaciones

ACEITES AUTOMOCIÓN Los aceites de automoción se clasifican según la norma SAE J 300 en función de la viscosidad. Esta clasificación se basa en la variación de la viscosidad con la temperatura.

s o d i u l f


Esta clasificación indica la viscosidad cinemática que deben tener los aceites a temperaturas específicas.


Las especificaciones que se hacen de la viscosidad máxima a baja temperatura están relacionadas con la capacidad del aceite para fluir hacia las zonas necesitadas de lubricación del motor cuando este está arrancando. Las viscosidades a altas temperaturas están relacionadas con la capacidad del lubricante para proporcionar una película satisfactoria para llevar las cargas y que no sea excesiva para que no aumente la fricción y las perdidas de energía generadas por el movimiento. Esta clasificación se basa en las variaciones de viscosidad con la temperatura del lubricante.Los grados seguidos por una letra "W" hacen referencia a condicionamientos en frío (arranque) y tienen en cuenta los dos factores principales que intervienen en el comportamiento del aceite durante este período: viscosidad suficientemente fluida y facilidad de bombeo. Para ello , en la clasificación se establece: •Un límite máximo de viscosidad a una temperatura definida. Esta temperatura varía con el grado especificado. •Una temperatura mínima, denominada temperatura límite de bombeabilidad, por encima de la cual la viscosidad del aceite es tan alta que la bomba no puede absorberlo.

Los grados especificados sin la letra "W" corresponden a condiciones de viscosidad mínima, para asegurar una adecuada lubricación en caliente. Se pretende asegurar con ello una viscosidad lo suficientemente elevada , que garantice una lubricación adecuada en estas condiciones sin que se produzcan desgastes. Para ello, se define en cada caso: •Una viscosidad mínima y máxima a 1000 C. s o d i u l f


•Un valor de viscosidad mínimo requerido a 1500 C. El segundo punto trata de contemplar el deterioro por cizallamiento que sufre el aceite a elevadas temperaturas,garantizando así un comportamiento aceptable en zonas de trabajo severas , como la zona de pistones y camisas o válvulas. Lo anterior es aplicable a los aceites multigrados , ya que deberán mantener su viscosidad en caliente sin pérdida por cizallamiento del aditivo mejorador de índice de viscosidad. Los aceites que se ajustan a una de estas dos clasificaciones se denominan monogrados, los que se ajustan a las dos clasificaciones, son denominados multigrados.

Por ejemplo, un aceite que cumple con : - Una viscosidad a -150 C de 4000 centipoises. - Su temperatura límite de bombeabilidad es de -180 C. - Una viscosidad a 1000 C de 18 cts. - Una viscosidad a 1500 C de 4,2. s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

Este producto cumple los requisitos de las graduaciones de 20 W y 50, se trata por lo tanto de un multigrado SAE 20W/50.

Ejemplo de Lubricantes Aparte de estas dos clasificaciones, la ISO para aceites industriales y la SAE para aceites de automoción, existen otra serie de clasificaciones adicionales que indican la calidad de estos aceites, sobre todo en los dedicados a la automoción. Las más ampliamente utilizadas son las API y las ACEA. Fuera de la automoción, lo más usual es utilizar los grados ISO como referencia s o d i u l f


Especificaciones API Definido por el Instituto del Petróleo Americano en EE.UU. esta clasificación distingue dos clases de aceites, aceites para motores de gasolina y aceites para motores diesel. Dentro de cada una de estas dos clases, define una serie de categorías o nivel de calidad. • Aceites para motores de gasolina: A todos estos aceites se les distingue por la letra "S" y a continuación una segunda letra según la secuencia A,B,C,... que indican, de menor a mayor, el nivel de calidad. • Aceites para los motores diesel: A todos estos aceites se les distingue por la letra "C" y a continuación una segunda letra según la secuencia A,B,C,... que indican, de menor a mayor, el nivel de calidad.

Especificaciones API


En el caso de aceite para engranajes, otro de los campos con más aplicación, las especificaciones API son las más usadas, y se indican como API GL ( Gear Lubricant ) seguido de un número, mayor cuando mayor es el grado de solicitación del engranage.

s o d i u l f


Especificaciones ACEA ACEA ( Asociación de Constructores Europeos de Automóviles ) Los miembros son: BMW, DAF , MERCEDES BENZ , FIAT, MAN, PORSCHE, PSA, RENAULT, ROLLS ROYCE, ROVER WOLKSWAGEN, FORD EUROPA, GM EUROPA, AB, VOLVO y SAAB SCANIA. Esta clasificación tiene la ventaja de: • Adaptación especifica a los motores de vehículos europeos. s o d i u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

• Trata independientemente a los turismos Diesel a diferencia de API que los engloba de forma genérica • Tienen en cuenta aspectos de economía de carburante. •El sistema de control (similar a MTAC de API SH) proporciona una mejora efectiva en la calidad final del producto. •Se contemplan viscosidades bajas para ahorro de combustible. •Diferenciadas por las letras A, B y E, cubren tres tipos de aplicaciones:

A

Aceites de motor de turismos gasolina.

B

Aceites de motor de turismos diesel.

E

Aceites de motor de vehículos industriales.

y van seguidas de un número (1,2,3,4 ) y del año correspondiente de revisión . Las sucesivas actualizaciones se traducen en el cambio de fecha. Por ejemplo ACEA A2-96 pasaría a ACEA A2-98 para una evolución en ese año de esa norma.

Vehículos Ligeros con Motor Gasolina

s o d i u l f

Vehículos Ligeros con Motor Diesel


Vehículos Pesados con motor Diesel


Propiedades Técnicas

ACEITES PARA CÁRTER REPSOL ÉLITE COMPETICIÓN

s o d i u l f


• Grado SAE

5W/40

• Densidad a 15º C, g/cc, ASTM D_4052

0,847

• Viscosidad cp a -25ºC, ASTM D_5293

3350 máx

• Viscosidad cSt a 40ºC, ASTM D_445

90 típico

• Viscosidad cSt a 100ºC, ASTM D_445

14,6 típico

• Indice de Viscosidad, ASTM D_2270

155 mín

• Punto de inflamación ºC min, ASTM D_92

200 mín

• Punto de congelación, ºC, ASTM D_97

- 40

• TBN, mg KOH/g, ASTM D_2896

8,5 típico

• Cizallamiento, I. Bosch, cSt a 100ºC, ASTM D_3945

13 mín

• Volatilidad Noack 250ºC, %, DIN-51581

13 máx

Niveles de Calidad

SAE 5W/40 Niveles de calidad:

• API:SJ/SH/CF

API: SJ/CF

• ACEA: A3/B3

ACEA: A3/B3

• MB 229.1

VW: 500.00/505.00

• VW 502.00/505.00 (1/97)

Porsche y BMW LONG LIFE

• PORSCHE

MB-229.1

• BMW

ACEITE PARA ENGRANAJES REPSOL SUPER TAURO

Al igual que los aceites Repsol Tauro, están destinados a la lubricación de engranajes industriales, pero su aditivación reforzada permite un nivel de carga Timken superior a la soportada por los mencionados Tauro. •Grados ISO 68, 100, 150, 220, 320, 460, 680 Y 1000

s o d i • u l f s o l e d s e d a d e i p o r P : n ó i c : c 1 u a d o r m e t n T I

Propiedades Técnicas Tipo • Grado ISO VG

Niveles de Calidad 68

100

68

150

100

220

150 150

320

220 220

320

• Viscosidad a 40ºC, cSt

68

100

• Viscosidad a 50ºC, cSt

5,7

8,5

• Indice de viscosidad a 50ºC, ºE

100

96

95

93

92

• Punto de congelación, ºC

-9

-9

-9

-9

11,5 17,5

205

460

320

460 460

23,5 32,5

680 1.000 680 1.000 680 1.000 44,0

65,0

91

80

75

-9

-9

-9

-6

210

215

215

280

• Punto de Inflamación, ºC

190 185

200

• F ZG, Escalón

12

12

12

12

12

12

12

12

• Carga Timken, lbs.

55

60

65

70

70

70

70

70

DIN 51517 Parte 3 - CLP ISO 3498 - CKC ISO 6743/6 -CKC USS-STEEL-224 AGMA 250.04 CINCINATI MILACRON P-59, P-63

ACEITES PARA TRANSMISIONES REPSOL CARTAGO MULTIGRADO E.P.

Propiedades Técnicas Grados SAE ........................................ 80W/90......................85W/140 • Densidad a 15° C (ASTM D-4052) .....................0,890...............0,905 • Viscosidad a 100°C cSt. (ASTM D-445) ................15,0............30,0. • Indice de viscosidad (ASTM D-2270) ...................120..............95 • Carga media Hertz FTMS-791-B 6503.2 ...................65...........65 • Punto de congelación, °C (ASTM D-97) ................- 30..........- 15

s o d i u l f


• FZG Escalón 12 (DlN-51354) ..........................Pasa............Pasa

Niveles de Calidad Aceite recomendado para el empleo en diferenciales de vehículos o en grupos de transmisión hipóides y helicoidales, así como en cajas de cambio manuales y mecanismos de dirección donde se solicite un aceite API : GL-5.

•SAE 80W90 - SAE 85W140 •Niveles de calidad: •API: GL-5 •MIL-L-2105 D

API: GL-5. • MIL-L-2105-D

fluidos-clasificacion.pdf

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