Índice de viscosidad.
El índice de viscosidad de un fluido ( en ocasiones conocido como VI) nos indica cuanto cambia esta con la temperatura. Es especialmente útil cuando se trabaja con aceites lubricantes y fluidos hidráulicos utilizados en equipos que deben operar a extremos amplios de temperatura. Un fluido con índice de viscosidad alto muestra un cambio pequeño en su viscosidad con la temperatura. Un fluido con índice de viscosidad ba jo muestra un cambio grande en su viscosidad con la temperatura.
El índice de viscosidad esta determinado por la medición de la viscosidad cinematica de la muestra del fluido a 40 °C y a 100°C (104°F (104°F y 212°F), y con la comparación de estos valores con los de ciertos fluidos de referencia a los que se asigno valores VI de 0 y 100. El estándar ASMT D 2270 proporciona el método completo. La forma general de la ecuación para calcular el índice de viscosidad de un aceite con valor VI menor o igual a 100 es la siguiente (Todos los valores de viscosidad cinemática tienen la unidad mm 2/s):
Donde U= Viscosidad cinemática del aceite de prueba a 40°C. L= Viscosidad cinemática de un aceite estándar a 40°C con VI de cero, y que a 100°C tiene la misma viscosidad que el aceite de prueba. H= Viscosidad cinemática de un aceite estándar a 40°C con VI de 100,y que a 100°C tiene la misma viscosidad que el aceite de prueba. Los valores de L y H se encuentran en una tabla estándar ASTDM D 2270, para aceites con viscosidades cinemáticas entre 2.0mm 2/s y 70.0mm 2/s, a 100°C. Este rango comprende la mayor parte de los aceites prácticos que se utilizan como combustible o lubricante. Para aceites con VI>100, el estándar ASTM D 2270 proporciona un método de cálculo alterno, que también depende de la obtención de valores en la tabla del estándar.
Grados de viscosidad SAE
SAE Internacional desarrollo un sistema de clasificación de aceites para motores y lubricantes de engranes automotrices que indica la viscosidad de los aceites a temperaturas especificas .
Los aceites con el sufijo W se basan en la viscosidad dinámica máxima a temperaturas frías, específicas en condiciones que simulan tanto el cigüeñal de un motor como el bombeo del aceite por parte de la bomba. También deben presentar una viscosidad cinemática por arriba de un mínimo especificado de 100°C, con un viscosímetro capilar de vidrio. Aquellos sin el sufijo W se clasifican a temperaturas mas elevadas con dos métodos diferentes. La viscosidad cinemática en condiciones de poco esfuerzo cortante a 100°C, debe estar en en el rango que indica la tabla. La viscosidad dinámica en condiciones de esfuerzo cortante alto a 150°F, debe ser mayor que el mínimo que se aprecia en la última columna de la tabla. Esta clasificación simula las condiciones en rodamiento y para superficies deslizantes. Observe las dos clasificaciones diferentes para el grado SAE 40. El primero es común en los aceites con viscosidad multigrado que se emplean en motores ligeros. El segundo es normal en los aceites con viscosidad de grado único SAE 40, y los de viscosidad multigrado que se usan en
motores pesados. Los aceites con viscosidad multigrado, como el SAE 10W-40, deben satisfacer los estándares en condiciones de temperatura baja y alta.
Tipos de viscosímetros. Los procedimientos para medir la viscosidad son muy numerosos. Algunos utilizan principios fundamentales de la mecánica de fluidos para expresar la viscosidad en sus unidades fundamentales. Otros, indican solo valores relativos de la viscosidad, usados para comparar fluidos diferentes. Los dispositivos para caracterizar el comportamiento del flujo de los líquidos se llaman viscosímetros o reómetros.
1- Viscosímetro de tambor rotatorio:
Este aparato mide la viscosidad por medio de la definición de viscosidad dinámica por medio de esta ecuación que puede expresarse como:
El recipiente exterior se mantiene estático mientras que el motor acoplado al medidor hace girar el tambor rotatorio. El espacio entre el tabor rotatorio y el recipiente es pequeño. La parte del fluido que está en contacto con este es estacionaria, mientras
que el fluido en contacto con la superficie del tambor interior se mueve a una velocidad similar a dicha superficie. Por tanto, en el fluido se establece un gradiente de velocidad conocido
. La viscosidad del fluido ocasiona en él un esfuerzo cortante que ejerce
un torque de arrastre sobre el tambor rotatorio. El medidor detecta el arrastre e indica la viscosidad directamente en la pantalla analógica. Este probador se usa para fluidos muy variados: pintura, tinta, comida, derivados del petróleo, cosméticos y adhesivos. Opera con baterías y se monta en un mueble o se lleva solo, para instalarlo en la planta.
2- Viscosímetro de tubo capilar:
En la figura se muestra dos depósitos conectados por un tubo largo, de diámetro pequeño llamado tubo capilar . Conforme el fluido pasa por el tubo a velocidad constante, el sistema pierde alguna energía, lo que ocasiona una caída de presión que se mide por medio de manómetros. La magnitud de la caída de presión se relaciona con la viscosidad del fluido con la siguiente ecuación:
3-Viscosimetro de la bola que cae:
Conforme un cuerpo cae en un fluido solamente bajo la influencia de la gravedad, acelerara hasta que la fuerza hacia abajo (su peso) quede equilibrada con la fuerza de flotación y la de arrastre viscoso que actúan hacia arriba. La velocidad que alcanza en ese tiempo se denomina velocidad terminal . El viscosímetro de bola que cae hace uso de este principio para ocasionar que una bola esférica tenga una caída libre a través del fluido, y se mida el tiempo que requiere para recorrer una distancia conocida. Asi, es posible calcular la velocidad. Tomando en cuenta el diagrama de cuerpo librie de la bola que cae
La ecuación queda como:
Para tomar el tiempo de descenso de la bola en forma visual, es necesario que el fluido sea transparente, para que se pueda observarse y permita el registro, algunos viscosímetros de bola que cae emplean un tubo que tiene una inclinación ligera respecto de la vertical, por lo que el movimiento es una combinación de rodar y deslizarse. Para que el viscosímetro se utilice con fluidos de viscosidades en un rango amplio, por lo general entre 0.5mPas y 10 5 mPas, se dispone de varios tipos y tamaños de bola.
