Ingeniera Electromecnica Mecnica de Fluidos2014

INTRODUCCIN

La Viscosidad es la propiedad de unfluidoque tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. A mayor viscosidad, ms espeso es el fluido; y a menor viscosidad, menos espeso es el fluido. El coeficiente de viscosidad absoluta, o simplemente la viscosidad absoluta de un fluido, es una medida de resistencia, al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad, que se puede medir con un recipiente (viscosmetro) que tiene un orificio de tamao conocido en el fondo. La velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una medida de su viscosidad.

MARCO TEORICO

El rea de la mecnica aplicada que estudia el comportamiento de los fluidos ya sea que permanezcan en reposo o estn en movimiento constituye la mecnica de fluidos y la hidrulica. En el desarrollo de sus principios algunas propiedades son importantes y otras poco menos o nada. En el flujo de estas sustancias (fluidos), la propiedad ms importante es la viscosidad la cual se debe primordialmente a las interacciones entre las molculas del fluido.

OBJETIVO GENERAL

Describir e interpretar el mtodo de anlisis de la viscosidad de un fluido mediante el uso del viscosmetro de HOPPLER junto con las variables que afectan esta medida.

Objetivos Especficos:

Conocer algunos mtodos y equipos para hacer mediciones de la viscosidad en lquidos.

Medir la viscosidad del fluido en el viscosmetro HOPPLER a diferentes temperaturas con ayuda de untermstato

Analizar como varia la viscosidad del fluido al aumentarla de la temperaturaambiente

PROCEDIMIENTO

Se verific las condiciones del equipo sean ptimas tales como nivel de agua en el termostato y en el viscosmetro. Luego se deposit la sustancia problema (aceite SAE 20) en el capilar, procurando que no quedar ninguna gota de aire dentro del tubo. Seleccionaron la esfera nmero 4 y la dejaron caer dentro del tubo, luego con los cronmetros empezaron a medir el tiempo de cada de la esfera que seleccionada Se utilizaron las siguientes temperaturas: 30C, 40C, 50C y60C. La esfera cuando entr en el lquido tena que permanecer sin hacer burbujas.

EQUIPOS Y MATERIALES

Viscosmetro Hoopler Termmetro Cronometro Densmetro Muestra del problema (bola N4) Aceite SAE 20

NUMERO DE BOLADIAMETRO DE LA BOLA(mm)MASA DE LA BOLA (g)DENSIDAD DE LA BOLA (g/cm3)CONSTANTE DE LA BOLAK(mPa*gr/cm3)

115.8134.59662.220.00982

215.6034.41762.2210.09958

315.56616.04838.1260.13104

415.15614.80568.1220.80748

513.94311.52818.1237.13349

610.9705.62168.13334.71246

DATOS INICIALES

Numero de esfera: 4 Constante de la esfera (K): 0.80748 mPa*gr/cm3Densidad de la esfera (p1): 8.122 g/cm3Densidad Fluido (p2): 0.849 g/cm3Distancia de cada de la esfera: 10 cmAngulo de inclinacin: 80Dimetro interior: 15.94 mm Dimetro exterior: 19.60 mm

TEMPERATURA (C)TIEMPO 1(s)TIEMPO 2(s)TIEMPO 3(s)TIEMPO(s)

3022.5922.5922.4922.55

4016.0715.9715.9916.01

5010.8510.9410.9410.91

60'6.996.826.826.87

ANLISIS E INTERPRETACIN DE RESULTADOS

Con los datos obtenidos de tiempo se calculan el valor de la viscosidad para cada una de las temperaturas

=K*(e - f)*t

- : Viscosidad - K: Constante de la esfera a utilizar (mPa*gr/cm3)- e: Densidad de la esfera (g/cm3)- f: Densidad del fluido (g/cm3)- t: tiempo de cada de la esfera (s)

Para temperatura de 30C= (0.80748 mPa*gr/cm3)*(8.122 gr/cm3 0,849 gr/cm3)*(22.55 s)= 0.13243 Pa*s

Para temperatura de 40C= (0.80748 mPa*gr/cm3)*(8.122 gr/cm3 0,849 gr/cm3)*(16.01 s)= 0.09402 Pa*s

Para temperatura de 50C= (0.80748 mPa*gr/cm3)*(8.122 gr/cm3 0,849 gr/cm3)*(10.91 s)= 0.06407 Pa*s

Para temperatura de 60C= (0.80748 mPa*gr/cm3)*(8.122 gr/cm3 0,849 gr/cm3)*(6.87 s)= 0.04034 Pa*s

Mtodos de medir viscosidadPodemos servirnos de la ley de Stokes para realizar una medida precisa de la viscosidad de un fluido. Consideremos una esfera lisa, de masa m y dimetro D, que cae en el seno de un fluido viscoso. Las fuerzas que actan sobre la esfera son: su peso mg, el empuje hidrosttico E y la fuerza de arrastre viscoso FD. La segunda ley de Newton nos permite escribir

Como consecuencia de la aceleracin de la esfera, su velocidad aumenta; pero, puesto que la fuerza de arrastre FD es proporcional a la velocidad, tambin aumenta la resistencia al movimiento. As pues, la esfera llegar a alcanzar una velocidad tal que la fuerza peso sea compensada por la suma del empuje hidrosttico y la fuerza de arrastre. Entonces, la aceleracin de la esfera ser nula y su velocidad no seguir aumentando. En estas condiciones, la esfera se mover con una velocidad constante que recibe el nombre de velocidad lmite.

Grados de viscosidad SAE e ISOSAE el nombre de esta escala proviene de la "Society of Automotive Engineers" que es una organizacin educativa y cientfica dedicada a la tecnologa de la movilidad. Debido a su procedencia, es una medida para lubricantes de automocin y sirve de referencia en todo el mundo. Se designa mediante un nmero, el cual indica un intervalo de viscosidades. As, por ejemplo, un lubricante SAE 20 poseer una viscosidad comprendida entre 5,6 y 9,3 centiStokes a una temperatura de 99"C.

La escala ISO es aplicable a aceites industriales. Suele definirse por ISO VG, cuyas siglas significan " lnternational Standard Organization" "Viscosity Grade". La viscosidad en este sistema de clasificacin, se divide en 18 grupos, que abarcan desde los 2 hasta los 1500 centistokes, medida a 4OoC. Gracias a este intervalo se engloban desde los aceites ms finos (valvulinas) hasta los ms espesos. Cada grupo puede presentar un rango de viscosidades, por lo que se designar por un nmero que equivale a la viscosidad media. Por ejemplo, la viscosidad de un lubricante ISO VG 10 podr oscilar entre 9 y 11 cSt, medida a 40"C. Tambin debemos saber que el intervalo de viscosidades en cada grupo variar en +10% de su viscosidad cinemtica media. Adems, cada viscosidad media ser aproximadamente el 50% superior a su anterior

Qu es el ndice de viscosidad?El valor que determina la correlacinexistente entre la viscosidad de un aceite lubricante y la temperatura, es elndice deViscosidad (IV). De modo prctico, pudiramos entender al ndice de viscosidad como un nmero querefleja cunto podr variar la viscosidad ante los cambios de temperatura, correspondiendo los mayores valores a aquellos aceites que presentan menor variacin.

Aceite multigradoElaceite multigradose define como un producto que incluye varios grados de viscosidad. El aceite multigradoes la combinacinde dos grados de viscosidad:uno para su aplicacin en fro y otro para altas temperaturas.La viscosidad de un aceite multigrado es diferente a altas y bajas temperaturasdebido a la presencia de aditivos conocidos como modificadores de viscosidad o mejoradores de ndice de viscosidad. Estos aditivos son los polmeros orgnicos solubles en el aceite bsico (mineral o sinttico) permitiendo que la viscosidad de aceite se incremente en la medida que suba la temperatura, y en bajas temperaturas sucede lo contrario.Beneficios del aceite multigrado: Menor desgaste en el momento del arranque, ahorro de combustible, mayor vida til del motor, mayor estabilidad del aceite en diferentes temperaturas, mayor rendimiento del aceite

Aceite monogrado Aceites cuyos ndices de viscosidad varan considerablemente en funcin de la temperatura. Estos aceites deben ser cambiados si las condiciones de temperatura presentan variaciones importantes.

A qu temperatura mxima un aceite pierde sus propiedades?La viscosidad de todo aceite se reduce al calentarse .esto debe ser considerado para equipos que operen a temperaturas diferentes a las de diseo, donde se deber contemplar laseleccinde un lubricante de mayor o menor viscosidad, segn sea el caso .Por lo tanto se requerir un lubricante de mayor viscosidad para altas temperaturas y viceversa

Tipos de viscosmetroSe pueden identificar tres tipos principales de viscosmetros, estos son los viscosmetros de cilindros coaxiales, los viscosmetros anlogos y los viscosmetros rotacionales digitales.

*Viscosmetros de cilindros coaxiales Este tipo de viscosmetros consta de dos cilindros, uno interno y otro externo. Lo que permiten los viscosmetros de cilindros coaxiales es realizar la medida de la viscosidad absoluta de un fluido. Por lo regular se utiliza en aplicaciones donde se tiene que medir el nivel de viscosidad de productos como pinturas, productos alimenticios, suspensiones, entre otros.

*Viscosmetros anlogosLos viscosmetros anlogos se forman con un disco o un cilindro que se encuentra suspendido y gira por la accin de un motor sincrnico. La lectura de la medida del nivel de viscosidad se expresa por una serie de medidas grabadas en el disco o en el cilindro que se utilice. Este tipo de viscosmetros suele ser utilizado en la industriaalimenticia, farmacutica y en la medicin de viscosidad de pinturas y grasas.

*Viscosmetros rotacionales digitalesPara aseguraruna medicin exacta del nivel de viscosidad de fluidos, los viscosmetros rotacionales digitales son la eleccin adecuada. Estos son controlados a travs de un microprocesador, esto elimina por completo los errores humanos al momento de interpretar las medidas de viscosidad. Su nivel de exactitud y precisin en las medidas es alto, por lo regular cuentan con dispositivos de medicin y control de temperatura del fluido analizado para garantizar un ambiente constante de medicin. Esto representa una ventaja respecto de los otros dos tipos de viscosmetros, ya que es importante conocer la temperatura a la que se somete un fluido puesto que sta influencia directamente al nivel de viscosidad.

CONCLUSIONES

En nuestro anlisis, gracias a la prctica, nos es fcil concluir que a mayor viscosidad, ms espeso es el fluido; y a menor viscosidad, menos espeso es el fluido.

De acuerdo a la grfica se puede deducir que la temperatura y la viscosidad son inversamente proporcionales.

La viscosidad es una propiedad muy importante de los fluidos ya que de acuerdo ella y a la temperatura en que est el fluido son de utilidad en muchas ramas, una de ellas es la de mecnica automotriz.

Los tiempos de cada estn sujetos a errores como es la precisin del cronmetro de mano ya que una persona media el tiempo y otra indicaba el instante de paro del cronmetro.

BIBLIOGRAFIA

MECNICA DE FLUIDOS APLICADA, Robert L. Mott. Prentice-Hall. 1994. 4 ed.