Viscocidad

Es la característica más importante de un fluido, por medio de la cual se obtiene su capacidad física de lubricación. Se puede definir como la resistencia interna que ofrecen entre sí las moléculas al deslizarse unas sobre otras. Esta definición viene a ser la expresión de la Ley de Sir Isaac Newton, formulada en 1668, por la que se determina la necesidad de emplear una fuerza para vencer la resistencia de fluencia de un líquido, que es similar a la resistencia al deslizamiento de un sólido. La fluencia de un líquido se denomina laminar cuando el deslizamiento de las láminas líquidas que conforman el fluido en movimiento se comporta como las láminas (cartas) de una baraja, al deslizarse unas sobre otras. Si éstas se deslizaran sin ningún rozamiento (en el caso de láminas líquidas), el fluido sería perfecto, es decir, sin viscosidad.

VISCOSIDAD DINÁMICA

Como ya hemos visto, en 1668, Newton comprobó experimentalmente que la fuerza que había que ejercer para desplazar una de las caras de una película de aceite respecto de otra capa, es siempre directamente proporcional a la superficie que interviene y a la velocidad imprimida, e inversamente proporcional a la separación existente entre ambas superficies. En cualquier caso, al tratar de expresar matemáticamente dicha razón de proporcionalidad hay que contar con un factor que depende de la naturaleza de cada líquido ensayado. Esta propiedad es lo que se conoce como viscosidad dinámica, la cual depende de la temperatura del fluido siguiendo la LEY DE NEWTON del rozamiento fluido:

τ=FA

=η ∂u∂ y

en donde:

τ= Esfuerzo para el desplazamiento relativo.u=¿Velocidad relativa de desplazamiento de las dos superficies.η=¿VISCOCIDAD DINÁMICA.

En cuanto a las unidades de la viscosidad dinámica, son las siguientes:

SISTEMA INTERNACIONAL:

Pa⋅ s= N ⋅ sm2

SISTEMA C.G.S.:

POISE=Dina ⋅scm2

SISTEMA IPS.:

REYN=lb ⋅ s¿2

VISCOSIDAD CINEMÁTICA

El concepto de viscosidad cinemática proviene de relacionar los conceptos de viscosidad dinámica y de densidad. Su definición para un determinado fluido es la siguiente:

ViscosidadCinemática=Viscosidad DinámicaDensidad

Se cuantifica midiendo el tiempo que tarda en fluir un lubricante por un tubo o estrechamiento calibrado. Los aparatos utilizados para su medición se denominan viscosímetros, que pueden ser de varios tipos:

Viscosímetro ENGLER Viscosímetro SAYBOLT Viscosímetro REDWOOD

En el viscosímetro de tipo Engler, se mide le tiempo que tardan 200 cm3 de aceite en caer a través de un orificio calibrado y se divide por el tiempo que tardan en caer por el mismo orificio 200 cm3 de agua a una determinada temperatura. La unidad resultante son los grados Engler (ºE).

En el viscosímetro Saybolt, se mide lo que tardan en caer 60 cm3 de aceite a una temperatura de 100 grados centígrados y ese tiempo, en segundos, constituye los “segundos Saybolt Universales (SSU)”.

El segundo Redwood es el tiempo de derrame de 50 cc de aceite en un viscosímetro Redwood.

La unidad más habitual de la viscosidad cinemática es:

STOKE= cm2

segundo

dado que el stoke es una unidad muy grande, se suelen utilizar divisores, tales como el centistoke cSt.

Existen tablas de conversión de unidades de viscosidad cinemática entre los diferentes sistemas.

MEDIDORES DE VISCOSIDAD

ViscosímetroEs un instrumento para medir la viscosidad de un fluido

Viscosímetro de tubo capilarConsiste en 2 recipientes conectados por un tubo largo de diámetro

pequeño conocido como tubo capilar.

El cilindro exterior gira y debido a la viscosidad del fluido se produce el arrastre del cilindro interior que alcanzará una posición de equilibrio debido a la acción de un resorte solidario. El ángulo girado por el cilindro interior en la posición de equilibrio depende de la viscosidad del fluido.

M=F ⋅Ri= μsvRih

S=2πReLV=WReh=ℜ−Ri

M=4 πLμ ⋅W ⋅ℜ2⋅Ri2

ℜ−Ri

Conociendo el valor del par de fricción y el de la cupla recuperadora puede calcularse el valor de la viscosidad absoluta (μ).

El viscosímetro 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 Oswald− cannon−Fenske

En esencial el viscosímetro es un tubo U una de sus ramas es un tubo capilar fino conectado a un depósito superior. El tubo se mantiene en posición vertical y se coloca una cantidad conocida del fluido él depósito para que luego fluya por gravedad a través de un capilar. Los procedimientos exactos para llevar a cabo estas pruebas estándar dado en los estándar de la American Society For Testing and Materials.

Viscosímetro de cilindro concéntrico

Por medio de un cilindro que gira a una cierta velocidad con respecto a un

cilindro interno concéntrico estacionario se determina ∂u∂ y

al medir el momento

de torsión sobre el cilindro estacionario es posible calcular el esfuerzo cortante. El cociente entre el esfuerzo cortante y el cambio de velocidad expresa la viscosidad.

Viscosímetro de caída libre

Consiste en varios tubos llenos con líquido estándares de viscosidades conocidas con una esfera de acero en cada tubo. El tiempo necesario para que la esfera recorra la longitud total del tubo depende de la viscosidad del líquido. Si se coloca la muestra en un tubo análogo es posible aproximar el valor de la viscosidad por comparación con los otros tubos.

GRADOS DE VISCOSIDAD

Grados Saybolt

El viscosímetro Saybolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cuyo fondo esta un orificio de dimensiones especificas.

El tubo de bronce es rodeado por un baño a temperatura constante. Cuando la muestra en el tubo alcanza la temperatura de la prueba, se mide el tiempo requerido para que 60ml del líquido pasen a través del orificio.

La muestra se recoge en un frasco estándar calibrado.

La unidad de medida es el tiempo en segundos requeridos para que 60 ml de un fluido fluyan a través del orificio a una temperatura dada. Esto es reportado como segundos Saybolt universal (sus).

Grados Engler

Es el cociente entre el tiempo que tarda en fluir 200 ml de aceite a través de un orificio calibrado y el tiempo que tarda en fluir 200 ml de agua a través de un orificio del mismo calibre, a la misma temperatura. El resultado se da en grados Engler. Se usa sobre todo en la Europa continental.

Grados Redwood

Viscosímetro estándar Británico. El tiempo en segundos que requieren 50 ml de aceite para fluir en un viscosímetro Redwood a una temperatura específica.

Este instrumento está disponible en dos tamaños Redwood #1 y #2. Cuando el tiempo de flujo es mayor a 2000 segundos se debe utilizar el #2.

EQUIVALENCIAS ENTRE GRADOS DE VISCOSIDAD

Cinemática(Centistokes)

Saybolt Universal

(Segundos)

Redwood Nº 1

(Segundos)

Engler (Grados)

Saybolt Furol (Segundos)

1.8 32 30.8 1.14 -2.7 35 32.2 1.18 -4.2 40 36.2 1.32 -5.8 45 40.6 1.46 -7.4 50 44.9 1.60 -8.9 55 49.1 1.75 -

10.3 60 53.5 1.88 -11.7 65 57.9 2.02 -13.0 70 62.3 2.15 -14.3 75 67.6 2.31 -15.6 80 71.0 2.42 -16.8 85 75.1 2.55 -18.1 90 79.6 2.68 -19.2 95 84.2 2.81 -20.4 100 88.4 2.95 -22.8 110 97.1 3.21 -25.0 120 105.9 3.49 -27.4 130 114.8 3.77 -29.6 140 123.6 4.04 -31.8 150 132.4 4.32 -34.0 160 141.1 4.59 -36.0 170 150.0 4.88 -38.4 180 158.8 5.15 -40.6 190 167.5 5.44 -42.8 200 176.4 5.72 23.047.2 220 194.0 6.28 25.351.8 240 212 6.85 27.055.9 260 229 7.38 28.760.2 280 247 7.95 30.564.5 300 265 8.51 32.569.9 325 287 924 35.075.3 350 309 9.95 37.280.7 375 331 10.70 39.586.1 400 353 11.40 42.091.5 425 375 12.10 44.2

TRANSFORMACIÓN DE UNIDADES DE VISCOSIDAD

Para los líquidos, a más temperatura, menos viscosidadPara el aire, a más temperatura, más viscosidad.

En laboratorio se mide la viscosidad en un recipiente que tiene en el fondo un agujero, por la cantidad de líquido que pasa a su través en un determinado tiempo.

MEDIDAS DE LA VISCOSIDAD

1 poise = 1 dina . s/cm2 = 0,01019 Kg. s/m2

1 stoke = 1 dina /1 poise= 1 cm2 /s = 0.0001 m2/s

El centistoke (cSt) es un submúltiplo, que equivale a la viscosidad del agua a 20°C (exactamente 1,0038 cSt)

Unidades prácticas

(°E) Engler - utilizado en Europa continental.("S) Saybolt - utilizado en USA("R) Redwood - utilizado en Gran Bretaña

Equivalencias entre las diferentes unidades

CentiPoises (cp) = CentiStokes (cSt) × DensidadSSU = Centistokes (cSt) × 4.55 Grados Engler × 7.45 = Centistokes (cSt) Segundos Redwood × 0.2469 = Centistokes (cSt)

Paso de stokes (St) a grados Engler (°E)

St = 0,084 E - 0,08/E

Temperaturas en que se miden los aceites, cuando se dan en grados Engler.

Los aceites ligeros se miden a 20°CLos aceites para máquinas se miden a 50°CLos aceites pesados se miden a 100°C Viscosidad para líquidos en centipoises a 21° C