UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULT FA CULTAD AD DE INGENI INGENIERÍA ERÍA MECÁNICA MECÁN ICA INFORME DE LABORATORIO N° 8
ESTUDIO DE LA VISCOSIDAD Sección: A Autoe!: Ai"ui#$ %o&e 'e(o Mi)$i* A*+ono, Dionicio %-on. Te Teo(oo o(oo Ben$/i(e! Ro)$! Die&o An0+$* C$!ti**o F$12n M$nue* 3u4+eto C5!#e(e! C-$u#i! 6$!!e Lenin
FEC3 FEC3A A DE DE REAL REALI7 I7AC ACI IN N DEL DEL E9' E9'ER ERIM IMEN ENTO TO
:
25 de noviembre de 2015
FEC3A DE ENTREGA DEL INFORME
:
02 de diciembre de 2015
INDICE INTRODUCCIÓN..................... INTRODUCCIÓN................................ ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..............................2 ...................2 OBJETIVOS................... OBJETIVOS.............................. ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..............................2 ....................2
UNI !I" !UNDA"ENTO TEÓRICO.................... TEÓRICO.............................. ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ....................................2 .........................2 "ATERIA#ES
UTI#I$ADOS........................................................................................................................................2
%ROCEDI"IENTO.........................................................................................................................................................2 C&#CU#OS ' RESU#TADOS....... RESU#TADOS................. ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................................2 .......................2 CONC#USIONES..................... CONC#USIONES................................ ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..............................2 ...................2 RECO"ENDACIONES..................................................................................................................................................2 BIB#IO(RA!IA................... BIB#IO(RA!IA............................. ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................................2 ........................2
INTRODUCCIÓN
.
UNI !I"
En el presente informe de laboratorio de abordó el tema de “Medición de potencia y velocidad”. Para realizar este laboratorio utilizamos dos equipos de uso frecuente en la industria, los cuales son: la turbina Francis y los compresores de alta y baa presión. !e realizaron medidas de presión y velocidad en ambos equipos y se realizaron c"lculos, a partir de los cuales elaboramos nuestras conclusiones.
.
ESTUDIO DE LA
VISCOSIDAD OBJETIVOS
#ealizar la curva de
vs $ para apro%imar la viscosidad a &'' () y
comparar con la tabla !*E y la fic+a tcnica del aceite.
Familiarizarse con la tabla !*E para aceites de motor.
-dentificar los criterios b"sicos de selección de aceites para motores.
;
UNI !I"
FUNDAMENTO TEÓRICO Empezaremos con la definición de la viscosidad, la viscosidad es una caracterstica de los fluidos en movimiento, que muestra una tendencia de oposición +acia su fluo ante la aplicación de una fuerza. )uanta m"s resistencia oponen los lquidos a fluir, m"s viscosidad poseen. /os lquidos, a diferencia de los sólidos, se caracterizan por fluir, lo que si0nifica que al ser sometidos a una fuerza, sus molculas se desplazan, tanto m"s r"pidamente como sea el tama1o de sus molculas. !i son m"s 0randes, lo +ar"n m"s lentamente. Esta caracterstica que poseen los fluidos es medida con un viscosmetro que muestra la fuerza con la cual una capa de fluido al moverse arrastra las capas conti0uas. /os fluidos m"s viscosos se desplazan con mayor lentitud. El calor +ace disminuir la viscosidad de un fluido, lo que lo +ace desplazarse con m"s rapidez. )uanto m"s viscoso sea el fluido m"s resistencia opondr" a su deformación. /os materiales viscosos tienen la caracterstica de ser pe0aosos, como los aceites o la miel. !i se vuelcan, no se derraman f"cilmente, sino que se pe0otean. /o contrario ocurre con el a0ua, que tiene poca viscosidad. /a san0re tambin posee poca viscosidad, pero m"s que el a0ua. /a unidad de viscosidad es el Poise. !i bien en los diccionarios aparece como sinónimo de denso, +ay materiales como el mercurio, que son densos pero no viscosos. /os fluidos no viscosos se denominan ideales, pues todos los fluos al0o de viscosidad tienen. /os fluidos con menor viscosidad 2casi ideal3 son los 0ases.
Deslizamiento en seco Es cuando una parte de una pieza de un material intenta deslizar sobre otra superficie producindose una fuerza de rozamiento que est" en relación directa con la car0a aplicada para el deslizamiento. *dem"s debe de cumplir con las leyes de *montons4)oulumb.
Deslizamiento lu!ica"o Es cuando una pieza de un material desliza sobre otra, pero +abiendo entre ellas un lubricante que reduce 0randemente el deslizamiento en seco.
Lu!icante
<
UNI !I" !e denomina as al fluido que debido a su viscosidad reduce el enveecimiento prematuro 2mayor tiempo de vida3 de las superficies que se encuentran en contacto y movimiento. * su vez en un refri0erante y e%pectorante.
Lu!icaci#n !e denomina as al empleo de lubricantes para suavizar los movimientos.
Ca!acte!$sticas "e los lu!icantes Viscosi"a" /a viscosidad es, quiz", la propiedad m"s importante de un lubricante y en ella influyen la temperatura, presión y esfuerzos cortantes 2movimiento de lquidos3.Es la propiedad de los fluidos, mediante el cual tratan de oponerse a la acción de los esfuerzos cortantes, tambin se le define como el resultado de la fricción intermolecular que e%iste en el seno del fluido cuando las capas adyacentes que la conforman tienden a deslizarse una sobre otra. E%isten dos clases de viscosidad: la din"mica o absoluta y la cinem"tica.
Uni"a"es "e %iscosi"a" asoluta /a viscosidad absoluta es una propiedad de los fluidos que indica la mayor o menor resistencia que estos ofrecen al movimiento de sus partculas cuando son sometidos a un esfuerzo cortante. *l0unas unidades a travs de las cuales se e%presa esta propiedad son el Poise 2P3, el Pascal4!e0undo 2Pa4s3 y el centiPoise 2cP3, siendo las relaciones entre ellas las si0uientes: & Pa4s 5 &' P 5 &''' cP. /a 6iscosidad *bsoluta suele denotarse a travs de la letra 0r ie0a 7. Es importante resaltar que esta propiedad depende de manera muy importante de la temperatura, disminuyendo al aumentar sta.
τ = µ
Poise dina. =
2
=
Viscosi"a" !elati%a o es&ec$'ica "e un 'lui"o
=
UNI !I" /a viscosidad especifica de un fluido, es la relación de la viscosidad de un fluido, a la de un fluido patrón 2por lo 0eneral el a0ua, o el disolvente en caso de soluciones3, tomando ambas viscosidad a la misma temperatura. /a viscosidad del a0ua del a0ua a 8'9), es apro%imadamente un )entipoise 2&)p3, por lo tanto para fines pr"cticos, la viscosidad relativa de un fluido a 8'9) es idntica a su viscosidad absoluta en )entipoise.
Viscosi"a" cinem(tica /a viscosidad cinem"tica, correspondiente a un fluido, que tiene una densidad 2 ρ3, en 0. Masa;cm< y viscosidad absoluta 2 µ3, en 0 masa;m.se0, es:
γ =
-m 2 , *e+)
/a unidad de la viscosidad cinem"tica, en el sistema ).=.!. es el !toes, que es i0ual a & cm8;se0. =eneralmente se usa el )enti!toe 2)!t3, que es una unidad menor: )!t 5 '.'& !toes
)n"ice "e %iscosi"a" En una 0ran variedad de aplicaciones, pudiendo mencionarse aqullas que usan aceite para fines de lubricación, es necesario 0arantizar que la sustancia reduzca su viscosidad lo menos posible al aumentar la temperatura. /a propiedad que indica el comportamiento de la viscosidad de un fluido con la temperatura es conocida como >ndice de 6iscosidad 2-63. ?n alto -6 indica que el fluido es estable con los cambios de temperatura, es decir, que su viscosidad se reduce moderadamente al aumentar la temperatura. Esta propiedad puede +allarse a travs de la ecuación de @eanny4@avis:
-6 = &''
−
@onde ? son los !!? del fluido a &''9F y los valores de / y A se obtienen de la tabla &, in0resando con los !!? a 8&'9F.
>
UNI !I"
$abla &. 6alores de / y A para la ecuación de @eanny4@avis
*unto "e in'lamaci#n Es la temperatura mnima a la cual los vapores emitidos por el fluido se inflaman en presencia de una llama en condiciones normalizadas.
*unto "e comusti#n ! despus de +aber lle0ado al punto de combustión se continBa calentando el fluido, lle0a un momento en que empieza a arder ininterrumpidamente. !e denomina punto de combustión a la
?
UNI !I" temperatura a partir de la cual el fluido arde durante cinco se0undos por lo menos sin interrupción.
*o!centa+e "e co,uizaci#n Es la cantidad con que se produce y que perudica a los ór0anos lubricados, este fenómeno se produce porque los aceites a altas temperaturas arden sin suficiente aire, carboniz"ndose.
*unto "e con-elaci#n Es el punto en el cual el lubricante por descenso de temperatura se solidifica. Es decir se vuelve un cuerpo sólido. /o m"s importante de este caso aparente de con0elación, el cual es la temperatura a la que se encuentra el lubricante permitiendo cierta deformación en su superficie antes de solidificarse.
Ca!acte!$sticas secun"a!ias *o"e! antico!!osi%o. Es una cualidad del lubricante que busca prote0er al elemento lubricado de la acción corrosiva de a0entes e%tra1os como el a0ua de condensación, azufre de los motores, etc.
*o"e! anties&umante Es una cualidad del lubricante a formar espumas producto de la emulsión de aire en el mismo lubricante.
*o"e! "ete!-ente Es un aditivo especial en el lubricante cuyo obetivo es arrasar con los sedimentos mantenindolos en suspensión coloidal en la masa del lubricante sin que esto perudique a la lubricación.
*o"e! lu!icante a e/t!emas &!esiones !on aquellos especialmente dise1ados para soportar presiones por encima de 8C $on por cm8. E%isten lubricantes de ori0en animal ve0etal y mineral, su uso depende de las condiciones de trabao a presión de ste.
A"iti%os •
!on a1adiduras que sirven para meorar las si0uientes caractersticas del lubricante: Punto de con0elación
@
UNI !I" •
?ntuosidad
•
Poder antio%idante y anticorrosivo
•
Poder deter0ente
•
Poder antiespumante
•
Presiones e%tremas
Cuali"a"es "e los lu!icantes 0 1RAN *ODER LUBRICANTE Es decir, reduce considerablemente la resistencia al rozamiento de las superficies de trabao, con peque1o consumo de lubricante. El poder lubricante depende del rozamiento interior de la materia lubricante y del 0rado de fluidez 2viscosidad3. !u rozamiento interior ser" tanto ma yor cuanto menor fluido sea. )uanto m"s fluido se presenta un lubricante, menor es el poder de lubricación, pues se comprime con mayor facilidad entre la superficie de trabaoD es menor por consi0uiente el espesor de la capa de en0rase, aumentando la resistencia al rozamiento e%puls"ndolo f"cilmente la materia lubricante, aumenta el peli0r o de un calentamiento e%cesivo. El calor desarrollado siempre entre 8 superficies por el rozamiento e%istente entre las mismas, vendr" determinado por la mayor o menor resistencia al rozamiento de las superficies que resbalan.
2 1! an e st a il i" a" El aceite de en0rase no debe secarse al aire ni solidificarse. Esto Bltimo se favorece por el calor y el polvo. El aceite a la temperatura de utilización, no deber" vaporizar ni formar 0ases combustibles.
3 Li!e "e (ci"os /os aceites ve0etales y las 0rasas animales, con frecuencia contienen "cido sulfBrico, que pertenece despus de su purificación y ataca las superficies de resbalamiento. /os aceites minerales, raras veces contienen "cidos.
8
UNI !I" Para comprobar si e%isten en a0ua +irviendo en la que se +aya diluido una peque1a porción de tintura de tornasol y se dea reposar el a0ua. !i esta toma un color roizo, el aceite contiene al0Bn "cido.
4 LIM*IE5A ABSOLUTA )arencia de cuerpos e%tra1os, como polvo, fibras ve0etales en aceites de ori0en ve0etal, partculas de carbón en aceites minerales. Estas impurezas aumentan el rozamiento y obstruyen los aparatos de en0rase.
6 R es is te nc ia al '!$ o El aceite de en0rase no se solidificar" a la temperatura mnima de aplicación, para que pueda pasar por las aceiteras, ductos, etc., a las superficies de trabao.
Va!iaciones "e la %iscosi"a" con la tem&e!atu!a 7 la &!esi#n /a viscosidad 2 µ3 de un lquido disminuye con el aumento de la temperatura 2$3, con una velocidad decreciente. /as 0r"ficas para diferentes lquidos cuando se 0r"fica µ vs $ son de una forma muy semeante y a menudo puede +acrselas coincidir por una traslación paralela al ee $. Esto nos indica que la pendiente ∂µ;∂$ de la curva µ vs $ es la misma función de µ para diversos lquidos. /a variación de la viscosidad de un lquido con la presión 2atm3 puede e%presarse por la relación µ;µo4ebp donde la ∂µ;∂p5b%µ esto si0nifica que la rapidez de aumento de la viscosidad con la presión crece al aumentar la viscosidad. @onde µo es la viscosidad a la presión atmosfrica, µ es la viscosidad a la presión pD p es la presión manomtrica. El a0ua es e%cepcional a temperaturas baas porque muestra al principio una disminución de la viscosidad cuando aumenta la presión.
Viscosi"a" se-8n el m9to"o "e me"ici#n /os equipos e%istentes m"s comunes para determinar la viscosidad cinem"tica son: a El viscosmetro de se0undos !aybolt ?niversal, nos da la viscosidad en se0undos !aybolt ?niversal 2!.!.?.3 b 6iscosmetro en se0undos #edood c
6iscosmetro en se0undos #edood *dmiratly
d 6iscosmetro en 0rados En0ler e 6iscosmetro en 0rados !*E
UNI !I" f
6iscosmetro en 0rados *P-
$odos estos mtodos de solución tienen el mismo principio, es decir, que tienen un peque1o orificio de un tubo capilar normalizado por donde se desocupa un volumen fio de lquido tomando el tiempo que demora en vaciar el recipiente, lo cual nos da la medida de la viscosidad cinem"tica. Eemplo: la e%presión !e0undos !aybolt se refiere al tiempo que tarda un lquido en pasar por un viscosmetro !aybolt. En dic+os instrumentos es tan corto el tubo capilar que los efectos en la entrada y salida constituye una parte importante de la resistencia al paso del lquidoD por eso es que se determina empricamente la relación entre el tiempo de paso 2t3 y la viscosidad cinem"tica 2)!t3. Estos instrumentos, no son convenientes para lquidos poco viscosos porque el paso a travs del lquido es turbulento. /os principales viscosmetros +emos visto que obedecen a la ecuación emprica:
: At ; B
@onde θ esta e%presada en se0undos y los valores de * y son:
6-!)G!-ME$#G
*
!*HG/$ ?I-6E#!*/
'.''88
&.J
#E@KGG@
'.''8L
&.&
#E@KGG@ *@M-#*$/H
'.'8
8'.''
EI=/E#
'.''&N
C.N
UNI !I"
MATERIALES UTILI5ADOS
6iscosmetro #edood
Muestra de aceite multi0rado !*E 8'4C'.
?na probeta de C'
para la recepción del aceite.
UNI !I"
)ronómetro.
@os $ermómetros para el a0ua y el aceite.
;
UNI !I" *ROCEDIMIENTO
Procedimos al vaciado de la muestra de aceite dentro de la probeta que contiene el viscosmetro #edood.
/lenamos de a0ua alrededores de la probeta y acondicionamos el viscosmetro #edood, colocando un termómetro para la muestra de aceite y otro para el a0ua. /o podemos apreciar en la si0uiente ima0en.
* continuación conectamos el viscosmetro y re0ularemos la corriente a travs de un reóstato.
)uando alcancemos las temperaturas especificadas, se0uidamente retiramos el corc+o y al mismo tiempo ponemos en marc+a el cronometro.
En la salida del aceite estar" la probeta re0ulada, para la cual solo controlaremos el tiempo para una cantidad de C'ml.
?na vez obtenido los C'ml de aceite volvemos a cerrar el orificio por donde escurre con el tapón, y lue0o vertemos el mismo aceite a la probeta dentro del viscosmetro.
#ealizamos este procedimiento para todas las temperaturas especificadas. En nuestro caso fueron realizadas N veces.
C=LCULOS > RESULTADOS @atos obtenidos: 6olumen: C'ml de aceite multi0rado !*E 8'K4C' N°
Temp.
Temp. Inicial del
Temp. Final del
Tiempo(s
<
UNI !I"
1 2 3 4
Agua 59 " 90
aceite 40 !0 5 "4
aceite 54 1 "3 90
) 453 20" 132 101
VISCOSIDAD CINEM=TICA /a viscosidad cinem"tica se obtiene a partir de los se0undos obtenidos en el viscosmetro #edood:
ν
=
0.2/t
. −
Para los datos obtenidos tenemos: $iempo: En se0undos #edood $emperatura: 9)
N° 1 2 3 4
Temp. Agua 59 " 90
Temp. Inicial del aceite 40 !0 5 "4
N° 1 2 3 4
%iscosidad &inem'tica(ct) 11." 54.0" 34.32 2!.2!
Temp. Final del aceite 54 1 "3 90
Temp. #$om del aceite 4 !5.5 9 "
Tiempo(s ) 453 20" 132 101
=
UNI !I"
Vi!coci($( Cine42tic$ /! Te4#e$tu$ 10
120 3-4) 0.05462 .114 7 82.//
100
0 Vi!coci($( Cine42tic$ cStD
/0
0
20
0 5 50 55 /0 /5 0 5 0 5 0 Te4#e$tu$ °CD
E%trapolando en la 0r"fica: 6icosidad )inem"tica a N'9) 5 &C'.&<8 6icosidad )inem"tica a &''9) 5 <<.CN
)NDICE DE VISCOSIDAD >ndice de viscosidad se obtiene se0Bn:
>
UNI !I" -6 5 2/ O ?3; 2/ O A3 @ónde:
/: 6iscosidad cinem"tica a N'9) de un aceite con ndice de viscosidad ', que ten0a la misma viscosidad a &''9) que la de la muestra. ?: 6iscosidad cinem"tica a N'9) de la muestra. A: 6iscosidad cinem"tica a N'9) de un aceite cuyo ndice de viscosidad es &'' y que ten0a la misma viscosidad a &''9) que la de la muestra.
CALCULO DEL INDICE DE VISCOCIDA@
# 9 : *e e4;r*ico*?
?
UNI !I"
#1251 :.1
IV
. 1251− 498.1
IV1/.21
)@100 IVre<=120
Error1.8
@
UNI !I"
8
UNI !I"
CONCLUSIONES
RECOMENDACIONES
BIBLIO1RAFIA Mec"nica de fluidos aplicada, #obert mott, Lta edición.
