laboratorio numero 5
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍAFACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA I MN 412 C
INFORME DE LABORATORIO Nº 5
PROFESOR:
Ing. AREVALO, Antonio
AUTORES:
PINEDO MACEDO, Benjamín 20092536D
RETUERTO CASTRO, Dany 20101165J
ROMANI APARCO, Samuel 20091124D
CICLO ACADEMICO: 2015-1
FECHA DE REALIZACION: 05/06/2015
8 DEJUNIO DE 2015
RESUMEN
En el presente informe se detalla sobre la medición de la viscosidad cinemática de los
lubricantes utilizando el viscosímetro Redwood. Además se dará a conocer el uso
correcto de este tipo de viscosímetros. Finalmente a partir de los datos de tiempo de
vaciado obtenidos en la experiencia se procederá a realizar la curva de Viscosidad
cinemática VS temperatura, la cual se debe comparar con otras curvas de los fabricantes
del lubricante.
INDICE
1. INTRODUCCION…………………………….…………………… Pág.
2. OBJETIVOS………………………………………………….……. Pág.
3. FUNDAMENTO TEORICO………………………………...…..… Pág.
4. INSTUMENTACION………………………………………...…..… Pág.
5. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO………………………....…… Pág.
6. CALCULOS Y RESULTADOS……………………….….….…… Pág.
6.1. CONCLUSIONES…………………………………….…… Pág.
6.2. OBSERVACIONES………………………………..……… Pág.
6.3. RECOMENDACIONES…………………………………… Pág.
7. BIBLIOGRAFIA……………………………………………….…… Pág.
8. ANEXOS
8.1. CLASIFICACION SAE………………………………….… Pág.
8.2. CLASIFICACION API……………………...……………… Pág.
1 INTRODUCCIÓN
Cuando se desea construir maquinas más eficientes y precisas, se necesita un grado de
exactitud de estas no sólo en su construcción sino en el trabajo que deben realizar y es
por eso que la fricción entre las piezas siempre está presente y justamente esta es la
causante del deterioro y del calentamiento de las mismas durante su funcionamiento.
Es por ello que el estudio de lubricantes se ha desarrollado notablemente durante los
últimos años creándose aditivos a los lubricantes para que estos no sólo lubriquen sino
también eviten la corrosión, el calentamiento y la acción espumante de estas.
En resumen toda máquina por más perfecta que sea, debe tener un lubricante adecuado a
la tarea que realiza para evitar pérdidas mayores y desgaste general.
Es por todo lo dicho anteriormente que este informe tiene por objetivo presentar el
estudio de la viscosidad de un aceite y el efecto de la temperatura sobre la misma y
establecer la relación de la viscosidad de los fluidos en función de la temperatura.
2 OBJETIVOS
Manejo del viscosímetro Redwood.
Determinar la viscosidad cinemática de un lubricante mediante el viscosímetro
Redwood y analizar el efecto de la temperatura sobre la viscosidad cinemática.
Determinar la viscosidad cinemática de un aceite multigrado Móvil SAE 40 y
construir la gráfica de vs T.
Superponer el grafico con el grafico del lubricante SAE 40 para ver cuánto se
aproxima.
Determinar el Índice de Viscosidad de la muestra e interpretar su significado
físico.
3 FUNDAMENTO TEORICO
3.1 Lubricantes
Un lubricante es una sustancia que, colocada entre dos piezas móviles, no se
degrada, y forma así mismo una película que impide su contacto, permitiendo su
movimiento incluso a elevadas temperaturas y presiones.
Una segunda definición es que el lubricante es una sustancia (gaseosa, líquida o sólida)
que reemplaza una fricción entre dos piezas en movimiento relativo por la fricción
interna de sus moléculas, que es mucho menor.
En el caso de lubricantes gaseosos, se puede considerar una corriente de aire a presión
que separe dos piezas en movimiento, en el caso de los líquidos, los más conocidos son
los aceites lubricantes que se emplean, por ejemplo, en los motores. Los lubricantes
sólidos son, por ejemplo, el disulfuro de molibdeno (MoS2), la mica y el grafito.
La lubricación (interposición entre los elementos de máquinas en contacto de un fluido)
tiene unas enormes repercusiones, tanto en el valor de las fuerzas de rozamiento como
en el de la tasa de desgaste.
En efecto, la capa lubricante limita la formación de microsoldaduras, y por tanto,
disminuye el rozamiento y el desgaste de tipo adhesivo. Al mismo tiempo, impide la
formación de óxidos, con lo cual disminuye el desgaste corrosivo y, con el, el abrasivo.
Si el flujo de lubricante es lo suficientemente elevado, es capaz de sacar de entre las
superficies las partículas sueltas por el desgaste, disminuyendo así el desgaste abrasivo.
En la medida que el lubricante hace disminuir las fuerzas de rozamiento, contribuye a
que no aumente tanto la temperatura (aspecto este que se mejora aún más si el
lubricante es enfriado y bombeado) y, en consecuencia, a mantener una baja tasa de
desgaste.
Todo esto hace ver la gran relación entre rozamiento, desgaste y lubricación y, por
consiguiente, la enorme importancia de esta para el correcto funcionamiento de las
máquinas.
3.2 Clases de Lubricantes
Los lubricantes suelen clasificarse atendiendo a su estado físico y a su procedencia:
Aunque los más empleados son los lubricantes líquidos de origen mineral (derivados de
los hidrocarburos-petróleo-), en la práctica todos ellos encuentran sus aplicaciones y
funciones específicas.
3.2.1 Lubricantes de origen mineral
3.2.1.1 Sólidos
-Talco y mica (empleados como aditivos de los aceites y para lubricar la
madera).
-Grafito coloidal (empleado como lubricante seco, o mezclado con aceites y
grasa-aceites grafitados).
-Azufre pulverizado o coloidal (empleado para evita el gripaje de los
motores).
3.2.1.2 Líquidos
-Aceites de pizarra o de lignitos.
-Aceites antracénicos.
-Aceites de petróleo.
3.2.1.3 Pastosos
-Petrolatos y vaselinas, empleados como antioxidantes.
3.2.2 Lubricantes de origen animal
3.2.2.1 Sólidos
-Cera de abejas (Empleada como grasa para rodamientos y antioxidante).
-Estearina (empleada como grasa dura).
-Blanco de ballena.
3.2.2.2 Líquidos
-Aceite de tocino (empleado en las herramientas de corte).
-Aceite de pezuña (empleada en relojería).
-Glicerina empleada en compresores).
3.2.2.3 Pastosos
-Sebos (empleados como grasa dura, en correas de cuero).
-Lanolina (empleada como antioxidante).
3.2.3 Lubricantes de origen vegetal
3.2.3.1 Sólidos
-Resinas y ceras (empleadas como aceites aislantes y grasas agrícolas).
3.2.3.2 Líquidos
-Aceites secativos de lino (empleados en juntas metal-metal y como
aglomerantes para arenas de fundición).
-Aceites semisecativos, de algodón y pino (empleados como antioxidantes y
usos marinos).
3.2.3.3 Pastosos
-Aceites de palma y coco (empleados como grasas consistentes).
-Jabón (empleado para lubricar la madera, diluido en agua, para maquinas
cortadoras).
3.3 Viscosidad de los líquidos
Los líquidos presentan mucha mayor tendencia al flujo que los gases y, en
consecuencia, tienen coeficientes de viscosidad mucho más altos. Los coeficientes de
viscosidad de los gases aumentan con la temperatura, en tanto que los de la mayoría de
líquidos, disminuyen. Asimismo se ha visto que los coeficientes de viscosidad de gases
a presiones moderadas son esencialmente independientes de la presión, pero en el caso
de los líquidos el aumento en la presión produce un incremento de viscosidad. Estas
diferencias en el comportamiento de gases y líquidos provienen de que en los líquidos el
factor dominante para determinar la viscosidad en la interacción molecular y no la
transferencia de impulso.
La mayoría de los métodos empleados para la medición de la viscosidad de los líquidos
se basa en las ecuaciones de Poiseuille o de Stokes. La ecuación de Poiseuille para el
coeficiente de viscosidad de líquidos es:
η=πP r4 t8 LV
Donde V es el volumen del líquido de viscosidad 𝜂 que fluye en el tiempo t a través de
un tubo capilar de radio r y la longitud L bajo una presión de P dinas por centímetro
cuadrado. Se mide el tiempo de flujo de los líquidos, y puesto que las presiones son
proporcionales a las densidades de los líquidos, se puede escribir como:
η1
η2=
ρ1t 1
ρ2t 2
Las cantidades t1 y t2 se miden más adecuadamente con un viscosímetro de Ostwald.
Una cantidad definida de líquido se introduce en el viscosímetro sumergido en un
termostato y luego se hace pasar por succión al bulbo B hasta que el nivel del líquido
este sobre una marca a. Se deja escurrir el líquido el tiempo necesario para que su nivel
descienda hasta una marca b y se mide con un cronometro. El viscosímetro se limpia,
luego se añade el líquido de referencia y se repite la operación. Con este procedimiento
se obtienen t1 y t2 y la viscosidad del líquido se calcula con la ecuación anterior.
3.4 Influencia de la temperatura
El efecto de la temperatura sobre la viscosidad de u líquido es notablemente
diferente del efecto sobre un gas; mientras en este último caso el coeficiente aumenta
con la temperatura, las viscosidades de los líquidos disminuyen invariablemente de
manera marcada al elevarse la temperatura. Se han propuesto numerosas ecuaciones que
relacionan viscosidad y temperatura como por ejemplo:
η=A eB
RT
Donde A y B son constantes para el líquido dado; se deduce que el diagrama de Log( )
frente a 1/T seta una línea recta. Se pensó en otro tiempo que la variación de la fluidez
con la temperatura resultaría más fundamental que la del coeficiente de viscosidad; pero
el uso de una expresión exponencial hace que la opción carezca de importancia.
3.5 Índice de viscosidad
Para comparar los aceites con base de petróleo con respecto a variaciones de
viscosidad con la temperatura, el método ASTM D 2270 proporciona una manera de
calcular el índice de viscosidad (IV). Este es un número arbitrario utilizado para
caracterizar la variación de la viscosidad cinemática de un producto de petróleo con la
temperatura. El cálculo se basa en mediciones de la viscosidad cinemática a 40 y 100
ºC.
Para aceites de viscosidad cinemática similar, a índices de viscosidad más grandes, más
pequeño el efecto de la temperatura.
Índice de Viscosidad (I.V.):
IV = L−UL−H
x100
L: Viscosidad a 100 ºF de un aceite cuyo IV es 0 y a 210ºF tiene una viscosidad
igual a la del aceite en ensayo.
H: Viscosidad a 100 ºF de un aceite cuyo IV es 100 y a 210ºF tiene una
viscosidad igual a la del aceite en ensayo.
U: Viscosidad del aceite que queremos a 100 ºF .
Los beneficios son:
Viscosidad más alta a mayor temperatura, lo cual resulta en un menor consumo de
aceite y desgaste del motor.
Menor viscosidad a bajas temperaturas, lo cual permite un mejor arranque en frío del
motor y menor consumo de combustible durante el calentamiento.
La medición de viscosidades absolutas bajo condiciones reales ha reemplazado al
concepto de índice de viscosidad convencional para evaluar lubricantes bajo
condiciones de operación
3.6 Método del Ensayo:
El viscosímetro a emplear es el Redwood, este viscosímetro trabaja con
temperaturas estándar de 70, 100, 130, y 210 ºF y mide bajos niveles de viscosidad pues
trabaja con agua, sustancia que regula temperatura del aceite (máx. Tagua = 100 ºC).
Sabemos que en la mayoría de aceites la viscosidad varia con la temperatura, por eso
durante el ensayo se debe mantener una temperatura constante para obtener un valor
más preciso si es posible calentar el aceite en unos 3ºC más que el necesario, pues al
vaciarlo al recipiente del viscosímetro Redwood pierde calor por convección.
Viscosímetro Redwood:
3.7 Determinación de la Viscosidad cinemática:
La viscosidad cinemática se determina mediante el tiempo total necesario para que
un aceite escurra por un tubo capilar por acción de la gravedad (donde este tiempo varia
proporcionalmente con la viscosidad e inversamente con la densidad) según el
viscosímetro utilizado, luego mediante operaciones se da el verdadero valor de la
viscosidad en poises. Los viscosímetros más empleados son el Seybotl (USA),
Redwood (Inglés) y el Engler (EURO).
Los principales viscosímetros hemos visto que obedecen a la ecuación empírica:
= A.t - B/t
Donde t esta expresada en segundos y los valores de A y B son:
VISCOSIMETRO A B
SAYBOLT UNIVERSAL 0.0022 1.8
REDWOOD 0.0026 1.71
REDWOOD
ADMIRATLY
0.027 20.00
ENGLER 0.00147 5.74
Para el caso del viscosímetro Saybolt Universal la viscosidad en SSU se puede
transformar a Stokes con la siguiente fórmula:
St = 0.0026 S.S.U. - 1.95/S.S.U.
Donde: S.S.U. <= 100 seg
St = 0.0022 S.S.U. - 1.95/S.S.U.
Donde: S.S.U. > 100 seg
Para convertir de Saybolt Furol (S.S.F) a SSU.
S.S.F=S.S.U/10
Tabla de viscosidad SAE
4 INSTRUMENTACION
2 Termómetros.
Viscosímetro Redwood, probeta de 60 ml.
Aceite.
Cronómetro.
5 PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
1. Lavar con detergente todos los instrumentos antes de comenzar la
experiencia.
2. Agregar agua sobre el recipiente que bordea el tubo de aceite, hasta
que el nivel se encuentre al ras de la punta del clavo que se
encuentra en el tubo de aceite.
3. Agregar el aceite lubricante, del cual se desea conocer su viscosidad
cinemática, sobre el tubo de aceite del viscosímetro hasta alcanzar el
mismo nivel que el agua agregada anteriormente.
4. Colocar termómetros en el baño de agua y sobre la muestra de
aceite.
5. Colocar una probeta receptora debajo del tubo de salida del
viscosímetro.
6. Por medio de una resistencia variable calentar el agua hasta la
temperatura de ensayo.
7. El baño de agua debe agitarse continuamente para uniformizar su
temperatura.
8. Una vez que se estableció la temperatura constante se debe apagar
el calentador.
9. Calentar el aceite hasta la temperatura experimental.
10.Echar el aceite en el depósito y verificar que el agua, dentro de la
muestra este al mismo nivel que el aceite en el depósito.
11.Posteriormente, mover el agua lentamente con el agitador hasta que
la temperatura del agua y del aceite se igualen
12.Retirar la bola del orificio que posee el viscosímetro y
simultáneamente poner en marcha el cronometro.
13.El ensayo culmina cuando el aceite ha alcanzado la marca de 60ml.
En la probeta.
14.Anotar los datos obtenidos para diferentes temperaturas y proceder a
realizar los cálculos.
6 CALCULOS Y RESULTADOSEl viscosímetro de Redwood obedece a la siguiente ecuación empírica:
= A.t- B/t
Dónde:
A, B son contantes obtenidas empíricamente(los valores dados son para calcular en cSt)
A=0.26
B=171
: viscosidad cinemática en centistokes (cSt)
t: tiempo en segundos Redwood (s)
Medición Temperatura del agua (°C)
Temperatura del aceite (°C)
Tiempo (s)
Viscocidad Cinematica(cSt
)1 21 21 1205 313.162 38 37.8 508 131.743 65 60 200 51.154 96 93 72 16.35
10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00f(x) = 145088.239443024 x -̂1.97233933817037
Viscosidad Cinemática VS Temperatura Aceite
Temperatura Aceite(°C)
Visc
osid
ad C
inem
átic
a(cS
t)
Sabemos que:
1 stoke = 100 centistokes = 1 cm²/s = 0,0001 m²/s
Para el cálculo del índice de viscosidad se toman los valores de la viscosidad a 40°C y
100°C. En este caso tomaremos los valores más aproximados con los que realizamos la
experiencia.
S.S.U/4.6347
Para la temperatura de 40°C- aprox 38°C
Tiempo : 8 min 28 seg q = 508 segundos Redwood
Aplicando la formula : 508 segundos Redwood = 131.74 CST=610.57 SSU
Para la temperatura de 100°C- aprox 93°C
Tiempo : 1 min 12 seg q = 72 segundos Redwood
Aplicando la formula : 72 segundos Redwood = 16.35 CST=75.77 SSU
Luego determinamos el índice de viscosidad de la siguiente manera:
I . V= L−UL−H
x100
Con: Y = 75.77 y U = 610.57
H=0.0408Y 2+12.568 Y−475.4
L=0.216Y 2+12.07 Y −721.2
I . V= 1433.4199−610.571433.4199−711.1139
I .V=113.92
Por Tablas determinamos también que el grado SAE es 40, en este caso.
Sae No. Rango de Viscosidad en S.S.U
a 130ºF a 210ºF
10 90-120
20 120-185
30 185-255
40 Mayor de 255 Menor de 80
50 80-105
60 105-125
70 125-150
80 100.000 segundos a 0ºF max
90 800 a 1500 seg a 100ºF
140 120 a 200 a 210ºF
250 200 seg a 210ºF min
