Laboratorio Combustibles

INTRODUCCIÓN

En este ensayo se busca la comprobación de la viscosidad cinemática de un lubricante SHELL HELIX SAE 30, factor que es importante para elegir un aceite lubricante en elementos con partes móviles, dependiendo de su uso y de las temperaturas que este afronte. Esto es conseguirá con ayuda de un viscosímetro de Redwood, que basa su funcionamiento en la variación de viscosidad con respecta a la temperatura en que este. En este viscosímetro de Redwood agregaremos un lubricante y tomaremos el tiempo en que una determinada cantidad de volumen demore en fluir de este aparato, este procedimiento se repetirá para varias temperaturas. Con estos resultados, se procederá a representar la variación de la viscosidad con respecto al tiempo en una gráfica, se hallara su índice de viscosidad y se comparará estos nuevos resultados con las características del lubricante que se muestran en su ficha técnica y en sus tablas correspondientes, luego se discutirá los criterios de selección de la viscosidad que se deben tener en cuenta para un cierto motor.

OBJETIVOS

Determinar la viscosidad cinemática de los aceites o combustibles lubricantes y su índice de viscosidad mediante los datos obtenidos en el viscosímetro de Redwood.

Comparar nuestros resultados, con las características del lubricante que se muestran en su ficha técnica.

Trazar criterios de selección de la viscosidad de un lubricante para un motor determinado.

MARCO TEÓRICO

VISCOSIDAD

Es la propiedad de los fluidos, mediante la cual tratan de oponerse a la acción de los esfuerzos cortantes, también se le define como el resultado de la fricción intermolecular que existe en el seno del fluido cuando las capas adyacentes que la conforman tienden a deslizarse una sobre otra. Existen dos clases de viscosidad: la dinámica o absoluta y la cinemática.

UNIDADES DE VISCOSIDAD ABSOLUTA.- La unidad de viscosidad absoluta o dinámica en el sistema c.g.s. es el Poise, que se define como la viscosidad de un líquido en el que se requiere una tensión de cizallamiento de una dina/cm2 una capa de líquido situado a una distancia de 1cm de otra capa paralela o inmóvil.

µ = viscosidad absoluta o dinámica.

= tension de corte.

( V)⁄( L)= régimen de corte.

V = velocidad.

L = distancia.

Por tener la viscosidad absoluta valores pequeños, se usa una unidad menor que es el Centipoise (Cp). La viscosidad absoluta se tabula ordinariamente en Centipoise.

Cp = 0.01 poises

VISCOSIDAD REALTIVA O ESPECÍFICA DE UN FLUIDO

Viscosidad Especifica de un fluido, es la relación de la viscosidad de un fluido, a la de un fluido patrón (por lo general el agua, o el disolvente en caso de soluciones), tomando ambas viscosidades a la misma temperatura.

La viscosidad del agua a 20 C, es aproximadamente un Centipoise (1 Cp), por lo tanto para fines prácticos, la viscosidad relativa de un fluido a 20 C es idéntica a su viscosidad absoluta en centipoises.

VISCOSIDAD CINEMÁTICA:

La viscosidad cinemática, correspondiente a un fluido, que tiene una densidad ( ), en kg/m3 y viscosidad absoluta ( ), en kg/m.seg, es:

(m2/seg)

La unidad de la viscosidad cinemática, en el sistema C.G.S. es el Stoke, que es igual a 1 cm2/seg.

Generalmente se usa el Centistoke (cSt), que es una unidad menor:

cSt = 0.01 Stoke

VISCOSIDAD SEGUN EL METODO DE MEDICION

Los equipos existentes más comunes para determinar la viscosidad cinemática son:

a) Viscosímetro de segundos Saybolt Universal (S.S.U.)

b) Viscosímetro de segundos Redwood.

c) Viscosímetro en segundos Redwood Admiralty.

d) Viscosímetro en grados Engler.

e) Viscosímetro en grados SAE.

f) Viscosímetro en grados API.

Todos estos métodos de medición tienen el mismo principio, es decir, que tienen un pequeño orificio de un tubo capilar normalizado por donde se descarga un volumen fijo de líquido tomando el tiempo que demora en vaciar el recipiente, lo cual nos da la medida de la viscosidad cinemática.

VARIACIONES DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURA Y LA PRESIÓN:

To  La viscosidad (µ) de un líquido disminuye con el aumento de temperatura (t), con una velocidad decreciente. Las gráficas para diferentes líquidos cuando se grafica vs tiempo son de una forma muy semejante y a menudo puede hacérselas coincidir por una traslación paralela al eje t. Esto nos indica de que la pendiente ∂µ/∂t de la curva u vs. t es la misma función de µ para diversos líquidos.

 La variación de la viscosidad de un líquido con la presión (atm) puede expresarse por la relación µ /µ_0-e^bp de donde la ∂µ/∂p = b µ esto significa que la rapidez de aumento de la viscosidad con la presión crece al aumentar la viscosidad.

Donde µ_0 es la viscosidad a la presión atmosférica, µ es la viscosidad a la presión P, P es la presión manométrica. El agua es excepcional a temperaturas bajas porque al principio una disminución de la viscosidad cuando aumenta la presión.

Índice de Viscosidad:

El estudio de los gráficos de viscosidad-temperatura para diversos aceites nos muestra que gimen de variación de la viscosidad con la temperatura.

Este régimen de variación es muy importante cuando la temperatura de trabajo del aceite es muy variable y difiere mucho de la temperatura ambiente. Por ejemplo en los motores de combustión interna, o cuando el motor empieza a funcionar tiene una baja temperatura y cuando está en su régimen de trabajo tiene una alta temperatura, si utilizamos un aceite de lubricación cuyo régimen de variación de su viscosidad es muy alto puede ocurrir de que a bajas temperaturas no fluya correctamente por tener alta viscosidad y a altas temperaturas su viscosidad es tan baja que su capacidad para soportar la carga resulta insuficiente.

Con el objeto de poder comparar el régimen de variación de la viscosidad con la temperatura, se ha establecido el llamado índice de viscosidad. Inicialmente el índice de viscosidad se determina por comparación con un aceite patrón. Actualmente la determinación del Índice de viscosidad se ha normalizado según las normas ASTM de la siguiente manera:

Índice de Viscosidad (I.V.) = (L-U)/(L-H) x 100

Donde:

L= viscosidad de un aceite a 100°F cuyo índice de viscosidad es cero y que a 210°F tiene una viscosidad igual a la del aceite de ensayo.

U= viscosidad a 100°F del aceite de ensayo

H= viscosidad a 100°F de un aceite cuyo índice de viscosidad es 100 y cuya viscosidad a 201°F es igual a la del aceite en ensayo

Escalas en las que se mide la viscosidad

Han aparecido otras escalas de medición, que debido a su implantación en la industria es imprescindible conocer:

Viscosidad SAE:

El nombre de esta escala proviene de la "Society of Automotive Engineers" que es una organización educativa y científica dedicada a la tecnología de la movilidad. Debido a su procedencia, es una medida para lubricantes de automoción y sirve de referencia en todo el mundo. Se designa mediante un número, el cual indica un intervalo de viscosidades (tablas 3 y 4).Así, por ejemplo, un lubricante SAE 20 poseerá una viscosidad comprendida entre 5,6 y 9,3 centiStokes a una temperatura de 99"C.

Esta clasificación se divide en aceites para el motor, donde tenemos SAE 0W, 5W, 10W, 15W, 20W, 25W, 20, 30, 40, 50 y 60, y por otra parte en aceites para engranajes, que englobaría SAE 70W, 75W, 80W, 85W, 80, 85, 90, 1 40, 250.

Si observamos el ejemplo anterior, nos habremos dado cuenta que los valores de viscosidad en grados SAE están medidos a 99°C, pero alguna designación va acompañada la letra W (winter) lo que asegura que el aceite tendrá un buen comportamiento en frío. Cuando esta letra no aparece, debemos entender que no aseguran un correcto comportamiento a bajas temperaturas. Por consiguiente, si lo empleásemos en un motor, deberíamos hacerlo en épocas con clima cálido, como es el verano. Estos lubricantes que acabamos de ver reciben el nombre de aceites monogrado.

Existen también los aceites multigrado. Provienen de un aceite con características "W", al cual se le añaden aditivos que mejoran el "índice de viscosidad". Con esto logramos un lubricante polivalente, el cual asegura el comportamiento del fluido a bajas temperaturas, pero cuando éstas ascienden el lubricante pasa a comportarse como un aceite de verano.

Para afianzar conceptos pondremos un ejemplo: si tenemos un lubricante cuya designación es SAE 20W-50, estaremos empleando un fluido que a temperaturas bajas (-18"C ó 0'F) poseerá las características de un SAE 2OW, pero cuando la temperatura alcance los 99oC ó 210'F el aceite se estará comportando como un SAE 50. De esta forma aseguraremos en

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