MARCO TERICO-LABORATORIO 5

PROPIEDAD FSICA: VISCOSIDADPrimero, tenemos un dibujo idealizado del flujo de un lquido tpico por un tubo, observe que las capas del fluido se mueven todas a la misma velocidad representada por las flechas verdes (Figura 1a). Luego, para un fluido real, la pelcula de lquido en inmediata vecindad con las paredes del tubo est en reposo, y el perfil de la velocidad del resto de las capas adquiere un carcter parablico (Figura 1b). Tal flujo se le llamaflujo de Poiseuille, en honor a Jean Poiseuille que estudi la circulacin sangunea. La razn de este cambio en el perfil de la velocidad relativa de las capas del fluido, entre un fluido idealizado, y uno real, es el rozamiento interno del fluido oviscosidad.

(Figura 1)

La viscosidad es la medida de la friccin interna de un lquido. Esta friccin llega a ser evidente por el efecto de corte o deslizamiento del movimiento de una capa de fluido con respecto a otra. Cuanto mayor es la friccin, mayor es la fuerza requerida para causar este movimiento, que se llama esquileo. El esquilar ocurre siempre que el lquido se mueva o se distribuya fsicamente, como en verter, separarse, la rociadura, mezclarse, etc. Los lquidos altamente viscosos, por lo tanto, requieren ms fuerza para moverse que los materiales menos viscosos (Manual Brookfield., 2004).

La viscosidad es una propiedad fsico-qumica de los fluidos y representa la resistencia que presentan los fluidos al fluir. Los fluidos reales muestran una amplia diversificacin de resistencia a los esfuerzos cortantes. (HANNIBAL BRITO: TEXTO BSICO DE FENMENO DE TRANSPORTE I, 18) La viscosidad es una de las propiedades ms importante de un lubricante. De hecho buena parte de los sistemas de clasificacin de los aceites estn basados en esta propiedad por lo tanto la viscosidad es una especificacin de primer orden en los aceites lubricantes, ya que condiciona las cualidades requeridas para la lubricacin. (AVALLONE EUGENE & BAUMEISTER THEODORE: MANUAL DEL INGENIERO MECNICO, 3-40)La viscosidad es una de las principales caractersticas de los combustibles lquidos que determina el mtodo de las operaciones de llenado y vaciado, las condiciones de transporte y bombeo, la resistencia hidrulica durante el transporte por tuberas y el trabajo efectivo de los quemadores.

El flujo viscoso puede ser analizado si tomamos dos piezas planas de vidrio, con una fina capa de fluido entre ellas, y tratamos de deslizar un vidrio sobre el otro. Esto es ms fcil de hacer con agua que con aceite, y la facilidad depender de la viscosidad. Para cuantificar el efecto, tomemos el plano sealado como reaAel que est separado del otro plano por la distanciay (Figura 2). Para que plano superior se mueva con una velocidad constantevdebe ser aplicada una fuerzaFdel mismo modo que cuando queremos arrastrar un ladrillo por un piso rugoso a velocidad constante. La magnitud de la fuerzaFresulta ser proporcional al rea del plano que se mueve, esto es, si se duplica el rea, tambin se duplicar la fuerza necesaria en la misma direccin del movimiento. (Figura 2)Adicionalmente esta fuerza se incrementa directamente proporcional con la velocidad, y es inversamente proporcional a la distanciay. Por ltimo el valor de la fuerza depender de la naturaleza del fluido, este efecto se incluye en el llamadocoeficiente de viscosidadque se representa con la letra griega (eta).

Matemticamente podemos establecer la relacin entre las variables que intervienen como:

F=vAy

El coeficiente de viscosidad es muy influenciado por latemperaturadel fluido, por lo que cada fluido tendr un coeficiente diferente para cada temperatura.De la frmula se desprende que la unidad del coeficiente de viscosidad en el sistema internacional de unidades es Ns/m2= kg/ms

Donde:N=Newtons=segundom=metrokg=unidad de masa

REFERENCIAS BIBLIOGRFICASMECNICA DE FLUIDOS (2008). Streeter Victor, MC GRAW HILL

VARIACIN DE LA VISCOSIDAD CON LA TEMPERATURALa viscosidad es una manifestacin del movimiento molecular dentro del fluido. Las molculas de regiones con alta velocidad global chocan con las molculas que se mueven con una velocidad global menor, y viceversa. Estos choques permiten transportar cantidad de movimiento de una regin de fluido a otra. Ya que los movimientos moleculares aleatorios se ven afectados por la temperatura del medio, la viscosidad resulta ser una funcin de la temperatura (Ocaa P., 2006). Algunos lquidos son absolutamente sensibles a la temperatura, y una variacin relativamente pequea dar lugar a un cambio significativo en la viscosidad. Otros son relativamente insensibles. La consideracin del efecto de la temperatura en viscosidad es esencial en la evaluacin de los materiales que sern sujetados a las variaciones de la temperatura, por ejemplo los aceites y las grasas (Manual Brookfield., 2004). La variacin de la temperatura tiene consecuencias importantes sobre el valor de la viscosidad. Tpicamente, se considera que la viscosidad vara en un 2% por grado Celsius.

El aceite para un motor, por lo general es bastante difcil de vaciar cuando est fro, lo cual indica que tiene una viscosidad alta. Conforme la temperatura del aceite va aumentando, su viscosidad disminuye notablemente, como se ilustra en la figura 1. Todos los lquidos exhiben este comportamiento en algn grado.

Figura 1

En los gases se comportan de manera diferente a los lquidos, en el hecho de que la viscosidad aumenta al tiempo que aumenta la temperatura. Figura 2

VISCOSMETRO REDWOOD

Viscosmetro normalizado de tipo britnico en el cual la viscosidad se determina por el tiempo en segundos, necesario para que cierta cantidad de lquido pase por el orificio en condiciones dadas; utilizado para determinar las viscosidades de aceites de petrleo.La cantidad de aceite empleada es de 50 cc y el tiempo de escurrimiento est expresado en segundos Redwood.Las temperaturas usuales de referencia son: 70, 140, 100, 200 grados Fahrenheit.

NDICE DE VISCOSIDADEs un valor que representa la variacin de la viscosidad de un lubricante con la temperatura. Este valor ser tanto MAYOR cuanto MENOR sea dicha variacin. Para determinar este ndice se compara la viscosidad del aceite con la de otros dos aceites tomados como referencia. Estos aceites se denominan: Aceite H: Es un aceite parafnico estndar, presenta escasa variacin de viscosidad con la temperatura. Su ndice de viscosidad se fija en 100.Aceite L: Es un aceite naftalnico estndar, presenta gran variacin de viscosidad con la temperatura. Su ndice de viscosidad se fija en 0.

CLCULO DEL NDICE DE VISCOSIDADEn el viscosmetro Standard Saybolt Universal se mide la viscosidad (cinemtica, cinemtica, = / ) del aceite en estudio a 38C (u) y a 99C (x).Suponiendo que los aceites comparados H y L tuvieran sus viscosidades a 99C iguales a las del aceite en estudio a la misma temperatura sus viscosidades respectivas a 38C seran las que se obtienen de tablas.Con este valor (el de viscosidad a 99C) se busca en tabla la viscosidad de H y L a 38C, as, con estos L a 38C, as, con estos datos se calcula el I.V. mediante la expresin emprica de Dean y Davis.I.V.= (L u) /(L H) (todas a 38C)El valor que determina la correlacin existente 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 del lubricante ante los cambios de temperatura, correspondiendo los mayores valores a aquellos aceites que presentan menor variacin.

A menudo el ndice de viscosidad (IV) no es considerado como un parmetro en la seleccin de lubricantes. La razn, es que es poco conocido y entendido. Algunos piensan que el ndice de viscosidad est incluido en el grado de viscosidad ISO de los aceites, pero no es as. Este es por s mismo un diferenciador independiente del desempeo de un lubricante.Todos sabemos que la viscosidad es la propiedad ms importante de un lubricante. Es una medida de la constitucin molecular desde el punto de vista del tamao de la cadena de hidrocarburos que conforman un lubricante. La viscosidad se origina por la friccin interna de las molculas cuando el fluido se pone en movimiento. Mientras ms grande sea la friccin intermolecular (molculas ms grandes), mayor ser la viscosidad.La viscosidad determina el espesor y la resistencia de la pelcula lubricante dentro de la mquina. Sobre ella tambin influyen algunos factores importantes como los que se mencionan en la tabla 1.

Tabla 1 Los efectos de la viscosidad

REFERENCIAS BIBLIOGRFICASLUBLEARN(2008). Lubricantes, Mx

Cada uno de los siguientes grupos mide viscosidad en su propia escala:

RECOMENDACIONES SOBRE ACEITESViscosidadEs de suma importancia que el aceite posea la viscosidad apropiada a la temperatura de trabajo. Es conocido el hecho de que la viscosidad vara con la temperatura, determinando que un aceite sea menos viscoso cuando se lo calienta, espesndose cuando es enfriado. En primer lugar estos fluidos deben lubricar elementos mviles que usualmente estn diseados con tolerancias estrictas, por lo que el lubricante deber poseer la viscosidad adecuada para este propsito. Adems, el aceite necesita tener la suficiente viscosidad como para producir un cierre hermtico. Por otra parte, la viscosidad del aceite no deber ser tan elevada como para provocar resistencias innecesarias, pues si stas son muy grandes, se producir un gasto intil de energa. En otras palabras, existe un lmite superior e inferior para la viscosidad requerida en un sistema hidrulico y la eleccin del lubricante debe hacerse dentro de un ajustado rango de viscosidades. Los ambientes fros determinan una condicin adicional de viscosidad, por tal motivo es que para ciertos equipos se especifica una viscosidad mxima para la menor temperatura de arranque.

ndice de ViscosidadAsociado con la viscosidad est el ndice de viscosidad (I.V.) que nos indica la mayor o menor variacin de la viscosidad del aceite con los cambios de temperatura. A mayor I.V. menor variacin de la viscosidad, con cambio de la temperatura. Por lo tanto, en todo sistema hidrulico con amplias variaciones de temperatura, se debe recurrir a aceites de alto I.V., de manera de mantener un rango de viscosidad ptimo a todas las temperaturas de operacin.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICASPrahamian_Daniela(2010). Oleohidrulica