LABORATORIO DE QUIMICA

VISCOSIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL

OBJETIVO GENERAL

Los objetivos principales son:

Calcular la viscosidad absoluta de diversos fluidos de manera experimental y comparar, los valores obtenidos, con los suministrados por los fabricantes.

Medir la tensión superficial de diferentes líquidos mediante el método del ascenso capilar.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Determinar la viscosidad absoluta de tres aceites multigrados mediante la relación que existe entre el tiempo empleado por una esfera en recorrer una cierta distancia al ser introducida en el fluido (Método de Stokes).

Comparar valores experimentales de viscosidad, con los aportados por el fabricante para evaluar el error porcentual.

Determinar la tensión superficial de tres líquidos diferentes.

FUNDAMENTO TEÓRICO

VISCOSIDAD

De todas las formas de propiedades de los fluidos la viscosidad requiere la mayor consideración en el estudio del fluido de los fluidos . la viscosidad expresa la facilidad que tiene un fluido para fluir cuando se le aplica una fuerza externa: El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir deformacones internas. La melaza es un fluido muy viscoso en comparación con el agua.

La viscosidad es una manifestación del movimiento molecular dentro del fluido. Las moléculas de regiones con alta velocidad global chocan con las moléculas que se mueven con la velocidad global menor, y viceversa, estos choques permiten transportan cantidad de movimiento de una región de fluido a otra.

Los fluidos presentan diferentes propiedades que lo distinguen, como la viscosidad, densidad, peso especifico, volumen especifico, presión, etc. Al analizar las distintas propiedades que poseen los fluidos la viscosidad requiérela mayor de consideración para el estudio de estos materiales; su naturaleza y características, así como sus dimensiones y sus factores de conversión.

Todo fuido tiene una viscosidad especificas bajas ciertas condiciones cuando se mueve alrededor de un cuerpo o cuando un cuerpo se mueve alrededor de un fluido, ses produce una fuerza de arrastre sobre este. Si el cuerpo en estudio es una esfera, esta fueraza de arrastre viene dada por la expresión según la ley de Stokes:

Fa= 6 π μ r v

Donde μ: es la viscosidad absoluta del fluido

r: es el radio de la esfera

v: la velocidad de la esfera con respecto del fluido

∑_ ^( )f = m a - P + E + Fa= m a

Expresado en función de los parámetros cinematicos:

P – E - 6 π μ r v =mdv/dt

Pero:

dv/dt = a = 0 v = ctte

m g – E - 6 π μ r v = 0

se puede designar dos constantes para abreviarlos

VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINÁMICA

Es una magnitud física que mide la resistencia interna al flujo de un fluido, resistencia producto del frotamiento de las moléculas que se deslizan unas contra otras. La inversa de la viscosidad es la fluidez. Viscosidad absoluta: Representa la viscosidad dinámica del líquido y es medida por el tiempo en que tarda en fluir a través de un tubo capilar a una determinada temperatura. Sus unidades son el poise o centipoise (gr/Seg Cm), siendo muy utilizada a fines prácticos.

Viscosidad cinemática: Representa la característica propia del líquido desechando las fuerzas que genera su movimiento, obteniéndose a través del cociente entre la viscosidad absoluta y la densidad del producto en cuestión. Su unidad es el stoke o centistoke (cm2/seg).

La densidad relativa, también denominada gravedad específica, es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad del agua:

La gravedad específica es adimensional y numéricamente coincide con la densidad.

Está definida como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4 °C. Se representa la Gravedad Específica por Gs, y también se puede calcular utilizando cualquier relación de peso de la sustancia a peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes iguales de material y agua.

1 Poise = 1 [P] = 10-1 [Pa•s] = [10-1 kg•s-1•m-1]

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

Coeficiente de viscosidad cinemático, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente del coeficiente de viscosidad dinámica entre la densidad ν = μ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s-1]. En el sistema cegesimal es el Stoke(St).

Se obtiene como cociente de la viscosidad dinámica (o absoluta) y la densidad. La unidad en el SI es el (m²/s). La unidad física de la viscosidad cinemática en el sistema CGS es el stoke (abreviado S o St), cuyo nombre proviene del físico irlandés George Gabriel Stokes (1819-1903). A veces se expresa en términos de centistokes (cS o cSt).

1 stoke = 100 centistokes = 1 cm²/s = 0,0001 m²/s

VISCOSIDAD DE LOS ACEITES

Los aceites presentan notables diferencias en su grado de viscosidad o fluidez, influyendo mucho estas diferencias en algunas de sus aplicaciones. El grado de viscosidad de los aceites tiene importancia en los aceites destinados a arder y los utilizados como lubricantes. En los primeros influye la viscosidad de modo que los aceites fluidos ascienden fácilmente por capilaridad en las mechas de las lámparas, mientras que los muy viscoso o poco fluidos requieren disposiciones especiales para conseguir que llegue a la llama en la unidad de tiempo suficiente cantidad de combustible. Cuando se emplea aceites como lubricantes, la materia grasa debe tener consistencia apropiada para impedir el contacto inmediato de las superficies que frotan entre sí impidiendo con ello se desgaste; para lograr esto conviene que la materia grasa no sea demasiado fluida ni tampoco demasiado viscosa.

Sistemas Unidades

S.I.: N.s / m2 = Kg / m.s

C.G.S.: g /cm.s = Poise

S.B.G.: slug / ft.seg

S.I.I.: lb.seg / ft2

CLASIFICACIÒN DE LOS ACEITES

La clasificación de los aceites atendiendo a su velocidad ,generan en la etiqueta de los envases una serie de siglas , acompañados por unos dígitos , identificando el grado de viscosidad del lubricante , qué se refiere a su temperatura sin añadir datos alguno de sobre atrás apreciaciones o condiciones. El índice de viscosidad representa la tendencia más o menos que se espera a medida que se enfría o se calienta. Los aceites multigrado con base sintéticos se obtienen haciendo una mezcla de aceites de síntesis de baja graduación SAE y de aceites mineral de altas viscosidad.

La Organización de Estandarización Internacional ISO , estableció su ordenación para los lubricantes de aplicación industrial , o a la Sociedad de Ingenieros de Automoción -Society of Automotive Engineers- (SAE) de los Estados Unidos , creo su escala de denominación para definir rangos de viscosidad en lo lubricantes de automóviles

Clasificación SAE:

La Sociedad de Ingenieros de Automotores de EE.UU.(SAE) clasificó a los aceites según su viscosidad adoptando como temperatura de referencia 100 grado centígrado y manteniendo la viscosidad en centistoke (cst). Se dividió el rango total de viscosidades de los aceites en grupos arbitrarios designados por los siguientes números: 20, 30, 40 y 50, originalmente existió un grado 60 que luego fue suprimido.

Esta clasificación no tuvo en cuenta que un aceite SAE 20 en condiciones de baja temperatura aumentaba considerablemente su viscosidad no siendo apto para una operación correcta en climas fríos. Surgen así los aceites tipo W (winter: invierno) que cubrirían esta deficiencia. Se amplió entonces la clasificación incorporando los grados SAE 5W, SAE 10W, SAE 20W a los ya existentes.

Estas primeras clasificaciones sólo tomaron en cuenta la viscosidad del aceite, posteriormente con el advenimiento de los aditivos mejoradores se incorporan siglas que caracterizan al aceite también por sus propiedades especificas (ejemplo: HD SAE 30, SAE 20 S1, etc.) como tener capacidad detergente-dispersante, propiedades antidesgaste, propiedades anticorrosivas, etc.

Clasificación SAE de viscosidad de aceites para motor (SAE J306, DIC 96)

Grado SAE Viscosidad Max. (cP) Arranque en frío a la temperatura indicada en ºC Viscosidad Max. (cP) Bombeo a baja temp. s/esfuerzo de fluencia a la Temp. indicada en ºC Viscosidad en

cSt @ 100ºC

Viscosidad alta temperatura alta tasa de corte (cP) a 150ºC y 106s

Min. Max.

0W 3250 a -30 60000 a -40 3,8 - -

5W 3500 a -25 60000 a -35 3,8 - -

10W 3500 a -20 60000 a -25 4,1 - -

15W 3500 a -15 60000 a -25 5,6 - -

20W 4500 a -10 60000 a -20 5,6 - -

25W 6000 a -5 60000 a -15 9,3 - -

20 - - 5,6 menor que 9,3 2,6

30 - - 9,3 menor que 12,5 2,9

40 - - 12,5 menor que 16,3 2,9 (*)

40 - - 12,5 menor que 16,3 3,7 (**)

50 - - 16,3 menor que 21,9 3,7

60 - - 21,9 menor que 26,1 3,7

Nota: 1 cP = 1 mPa x s; 1cSt = 1 mm2/s

(*) Los Grados 0w/40, 5w/40, 10w/40

(**) Los Grados 15w/40, 20w/40, 25w/40, 40

Aceites multigrado

Con el uso de aditivos mejoradores de índice de viscosidad y partiendo de bases refinadas es posible formular aceites cuya viscosidad a altas y bajas temperaturas le permiten cumplir con los requerimientos del servicio. De esta manera se obtienen aceites de características SAE 30 a 100 ºc y SAE 10W a -20ºc, son los denominados “multigrado” generalmente designados SAE 10W30 o similares.

Las ventajas de usar aceites multigrados son:

Facilidad

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