Viscosidad

portada


Introducción.

En esta práctica se determinó experimentalmente la viscosidad de tres tipos de aceite multigrado (SAE20W50, SAE15W40 y SAE10W30) en el laboratorio. La experiencia se realizo basándose en la medición de la viscosidad por el método de “la bola que cae”, donde una esfera desciende dentro de un cilindro lleno de aceite y dependiendo de la distancia recorrida y el tiempo en que realizara el desplazamiento, se determinan los valores de viscosidad diferentes para cada fluido.

Para obtener los valores de viscosidad real o experimental se empleó  la Ecuación de Stokes y la Segunda Ley de Newton. Después se estos cálculos se obtuvieron valores de viscosidad y sus respectivos errores porcentuales para los aceites anteriores.

Objetivo General:

·       Obtener la viscosidad absoluta de los aceites multigrado 20W50, 15W40 y 10W30.

Objetivos específicos:

·         Medir la temperatura de los aceites en cada tubo.

 

·         Realizar la medición del tiempo que toma la esfera en recorrer una distancia previamente medida.

Fundamento Teórico.

1.     Viscosidad: Medida de la resistencia de un líquido a fluir.  La medida común métrica de la viscosidad abs

oluta es el Poise, que es definido como la fuerza necesaria para mover un centímetro cuadrado de área sobre una superficie paralela a la velocidad de 1 cm por segundo, con las superficies separadas por una película lubricante de 1 cm de espesor.  La viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura.  Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la que el resultado es reportado.

 

2.     Formas de medir la viscosidad.

 

·         Viscosímetro de Tambor giratorio.

viscosimetro de tambor rot

Este aparato mide la viscosidad utilizando la definición de la viscosidad dinámica

m = t / (D V/D y)

el procedimiento consiste en hacer girar el tambor exterior a una velocidad angular constante w , mientras que el tambor interiro se mantiene estacionario. por consiguiente el fluido que queda en contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad v conocida; si conocemos D y de la muestra del fluido podemos calcular la relación D V/D y .

Debido a la viscosidad del fluido, se presenta una fuerza de arrastre sobre la superficie del tambor interior que ocasiona el desarrollo, cuya magnitud es una medida de tensión de corte t, y así se podrá calcular la viscosidad.
 

  • Viscosímetro de tubo capilar.


 

Consiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño conocido como tubo capilar. Conforme al fluido fluye a través del tubo con una velocidad cte. el sistema pierde energía, ocasionando una caída de presión.

La magnitud de la caída de presión está relacionada con la viscosidad del fluido mediante la siguiente ecuación:

m = (r 1-r 2).D²/32.V.L

 

  • Viscosímetro universal de Saybolt

La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad, este es el principio por el cual está basado el viscosímetro universal.

La muestra del fluido se coloca en el aparato después de que se establece el flujo se mide el tiempo requerido para colectar 60 ml. de fluido. El tiempo resultante se reparta como la velocidad del fluido en segundos universales de Saybolt.

  • Viscosímetro de rutina Cannon-Fenske

El viscosímetro de rutina Cannon-Fenske está esencialmente compuesto de dos partes: el tubo con capilar (1), donde se encuentran la bola de entrada y la bola de medición, con las marcas superior anular de medida M1 y la marca anular inferior de medida M2 antes del propio tubo capilar; en el tubo de ventilación se encuentra el reservorio.

La determinación de la viscosidad cinemática se consigue midiendo el tiempo que un volumen determinado de líquido fluye por gravedad a través del capilar del viscosímetro, a una temperatura determinada. La viscosidad cinemática es el producto del tiempo que tarda el líquido en ir de la marca anular superior a la marca anular inferior por la constante de calibración del viscosímetro. Esta constante se puede obtener fácilmente determinando el tiempo que tarda en fluir agua, entre dichas marcas, a la misma temperatura.

  • Viscosímetro de bola que cae

Conforme un cuerpo cae en un fluido solamente por la influencia de la gravedad, acelerará hasta que su peso quede equilibrado con la fuerza de flotación y la de arrastre viscoso que actúan hacia arriba. La velocidad que alcanza en ese tiempo de denomina velocidad terminal. El viscosímetro de bola que cae hace uso de este principio para ocasionar que una bola esférica tenga caída libre a través del fluido y se mide el tiempo que requiere para recorrer una distancia conocida. Así es posible calcular la velocidad.

bola q cae

El valor de la viscosidad se puede calcular mediante la formula de Stokes:

viscosidad de stoker

Donde:

especificaciones

 

3.       Viscosidad para aceites multigrado 20W50, 15W40, 10W30.


¿Qué es un aceite multigrado?

Es un aceite menos viscoso con aditivos (polímeros) que expanden el calor para actuar como un aceite más viscoso. Es un lubricante diseñado originalmente para trabajar en aplicaciones donde los cambios de temperatura son considerables (por ejemplo, lugares en donde en invierno se alcanzan temperaturas de -40ºC en invierno, y 40ºC en verano). Sin embargo no quiere decir que no puedan ser usados en lugares donde los cambios de temperaturas no son tan drásticos.

En el caso de un aceite 15W40, el numero 15W se refiere a la facilidad con la que el aceite puede ser “bombeado” en bajas temperaturas. Mientras mas bajo sea el numero W, mejores serán sus propiedades de baja viscosidad y el motor podrá ser arrancado a muy bajas temperaturas. La “W” viene de la palabra “Winter” – invierno en ingles. Un aceite 5W40 es mejor que un 15W40 en arranque a muy bajas temperaturas. Ese es el real significado del primer numero: “Facilidad de arranque en bajas temperaturas” – equivalente al termino “Startability” en ingles.

El Segundo término es el grado de viscosidad real del aceite a la temperatura de operación del motor y es determinado por la viscosidad cinemática del aceite a 100ºC. Una vez que el motor ha arrancado y se ha calentado, el aceite trabaja como un grado SAE 40, esto es; la viscosidad con la que se protege al motor la mayor parte del tiempo.

Viscosidad en Aceites multigrado comunes (20W50, 15W40, 10W30)

grafico viscosidad

La siguiente tabla muestra los valores de viscosidad para los aceites a una temperatura de aproximadamente 30ºC.

10W30

15W40

20W50

0,724 Pa.s

1,33 Pa.s

2,21 Pa.s

 

 


Procedimiento Experimental.



Para cada uno de los tubos se realizaron 5 medidas de la siguiente manera.

Primero se tomó la medida de la distancia a recorrer por la esfera, como se muestra en la figura, de X1 hasta X2.

En cada medición se soltó la esfera desde una altura h para que fuese bajando a una velocidad relativamente constante al momento de llegar a X1, y al llegar a X1 se activó el cronómetro.

Una vez llegado a X2, de detuvo el tiempo del cronómetro (tf) y se fue tomando así cada dato en una tabla que se verá más adelante.

Luego se midió la temperatura del aceite para cada tubo.

 


 

Resultados.

1.       Mediciones directas.

Aceite

Distancia (cm)

Temperatura (ºC)

T1 (seg)

T2 (seg)

T3 (seg)

T4 (seg)

T5 (seg)

Tprom (seg)

10W30

10,40

32

5,78

6,13

5,73

5,92

5,99

5,91

15W40

14,70

32

16,62

16,47

15,65

15,57

14,96

15,85

20W50

3,10

32

7,08

7,52

7,60

7,08

7,22

7,3

 

2.       Cálculos Realizados.

Para obtener los valores de la viscosidad, primero se completó la tabla de datos suministrada, añadiendo los valores de volumen y densidad de la esfera.

formulitas viscos

Tubo

1

2

3

Unidad

Densidad Aceite

875

860

870

Kg/m3

Masa Esfera

1,4368

1,468

1,445

Gr

Diámetro Esfera

0,014

m

Volumen esfera

0,000001437

m3

Densidad Esfera

1000,0313

1022

1006

Kg/m3

Tipo Aceite

SAE20W50

SAE15W40

SAE10W30

SAE

Viscosidad absoluta a 27ºC

0,25493

0,172

0,11

Pa.s

Viscosidad Experimental

0,3206

0,1898

0,084

St (Kg.s/m2)

Viscosidad Experimental (expresada en Pa.s)

3,144012

1,8613022

0,8237586

Pa.s

 

Para el error:


Análisis de los Resultados.

Para cada uno de los valores de viscosidad obtenidos se puede ver que hay un error respecto al valor teórico de los mismos, los cuales están referidos a la viscosidad de los distintos aceites a 30ºC, y en la práctica, la temperatura era de 32ºC, y basándose en la teoría, a una mayor temperatura la viscosidad debería disminuir, claro que, la diferencia de temperatura no es lo suficientemente grande para notarse el cambio, y las condiciones de la práctica pudieron proyectar datos bastante imprecisos, como la esfera cuya masa y superficie no era uniforme, las marcas en el tubo no eran uniformes en el contorno del mismo, el tiempo fue tomado observando la distancia que recorría la esfera, lo cual no garantiza una medida tomada correctamente.

La existencia de los errores mostrados anteriormente son consecuencia de diversos factores como la precisión en la medida y ubicación de los puntos de referencia, la activación o no del cronometro; el roce que tenga la esfera con las paredes del cilindro, como también la forma como se maneje el gancho.

 

Conclusión.

Ante los valores reales obtenidos en la práctica y su comparación con los valores teóricos se pudo apreciar que el método de medición no es muy preciso pero es bastante aceptable para realizar la medición de la viscosidad, además de que en la práctica se presentaron errores por los factores ya mencionados.

Por otra parte, se puede ver que los aceites de mayor grado (grados SAE) son más viscosos los aceites.

Recomendaciones.

Marcar uniformemente el contorno del tubo.

Utilizar una esfera uniforme en cuanto a masa y superficie.

Evitar en lo posible el empuje de la esfera que pueda producirse manualmente hacia abajo en el momento de dejarla caer.

 

Bibliografía.

http://taninos.tripod.com/viscosidad.htm

ROBERT L. MOTT. - MECANICA DE FLUIDOS (6 ED)

http://www.widman.biz/Seleccion/Viscosidad/viscosidad.html

http://www.confiabilidad.net/art_05/lubricacion/lube_12.pdf

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/dinamica/stokes/stokes.html

http://www.petrosud.com/archivos/productos/esso_uniflo_nafta_-_sae_15w_40_-.pdf

(adjunto el documento original del informe en .docx)

 

Comments