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Informe De Laboratorio“Viscosidad”Alumno: Cristian Gallardo Moreno.Asignatura: Mecánica de fluidos.Carrera: Ing. Civil Mecánica.Profesor: Bernardo Coloma Silva.Fecha: 27/11/20.Objetivos1.- Proporcionar bases teóricas, acerca de Viscosidad. 2.- Determinar experimentalmente usando método gráfico, Índi...

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Informe De Laboratorio “Viscosidad”

Alumno: Cristian Gallardo Moreno. Asignatura: Mecánica de fluidos. Carrera: Ing. Civil Mecánica. Profesor: Bernardo Coloma Silva. Fecha: 27/11/20.

Objetivos 1.- Proporcionar bases teóricas, acerca de Viscosidad. 2.- Determinar experimentalmente usando método gráfico, Índice de Viscosidad según ASTM D2270 para lubricantes, con Viscosímetro Saybolt.

Introducción La viscosidad es una propiedad física de los fluidos, se dice que estos entre más espeso sea, mayor es su viscosidad y mayor su resistencia a fluir, esta propiedad es de suma importancia para los aceites de lubricación, siendo la viscosidad la propiedad que los clasifica. Existen miles de fluidos conocidos por el hombre, y cada uno tiene una viscosidad asociada, estos se ven afectados por condiciones externas, como lo es la temperatura en mayor medida. En esta experiencia trabajaremos con 2 fluidos newtonianos, estos serán aceites de uso mecánico, que se verán afectado por factores externos, y analizaremos su comportamiento bajo estas nuevas condiciones. Es importante mencionar que existen fluidos no newtonianos, que se comportan de forma distinta a los fluidos newtonianos, pero en este ensayo solo se trabajara con fluidos newtonianos, que tiene las propiedades que se mencionaran a lo largo del informe.

Marco Teórico La viscosidad de un fluido establece un gradiente de velocidad respecto a un esfuerzo tangencial del fluido, en dirección del escurrimiento de este. La viscosidad de un fluido depende en gran parte de su temperatura de uso, por lo cual la viscosidad de cada fluido viene relacionada a una temperatura específica. Referente a la Ley de newton, el esfuerzo de corte o tensión tangencial (τ), para un flujo laminar, depende de la viscosidad absoluta o dinámica (µ) y un gradiente de velocidad del material, definido con la siguiente ecuación: 𝛕 = µ∗

𝛅𝐮 𝛅𝐲

Teniendo (𝐮) como velocidad e (𝐲) como la dimensión de esta. También se tiene la Viscosidad Cinemática (γ) la cual es la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad del fluido (ρ) a la temperatura de ensayo. Los fluidos que cumplen que esta ley son llamados “fluidos newtonianos”, con unidades de medidas como el poise (Po), referente a la viscosidad dinámica (µ), y los stoke (St), referentes a la viscosidad cinemática, pero en situaciones más cotidianas encontramos viscosidades en centi-poise y centistoke los cuales son una centésima parte de las unidades correspondientes, y estas se abrevian como centi-poise (cPo) y centi-stoke (cSt).

Existen varios tipos de viscosímetros para el cálculo de viscosidades como lo son: - Saybolt universal - Saybolt Furol - Esfera gravitante - Tipo capilar - Rotacionales - Convencionales

En caso de lubricantes, la unidad más usada para el uso de viscosidades es el Segundo Saybolt Universal (SSU), este se define como el tiempo de escurrimiento de un fluido por un orificio universal calibrad, hasta llenar una cantidad de 60ml, bajo ciertas condiciones pre determinadas, y es medido en el Viscosímetro Saybolt Universal, también existe el Viscosímetro Saybolt Furol, el cual funciona de la misma forma pero con un orificio de mayor medida, preparado para fluidos de mayor viscosidad. Para transformar esta viscosidad (SSU) a una viscosidad (CSt) se tiene lo sgte:

Con t: tiempo de ensayo SSU.

Índice de viscosidad (I.V): Este es un numero adimensional que representa cómo se comporta un aceite frente a un cambio de temperatura, teniendo índices altos y bajos, teniendo que mientras mayor sea este, menor es el efecto de un cambio de temperatura en la viscosidad de este, y mientras menor sea el índice, el fluido ve afectada la viscosidad en mayor medida según sea el cambio de temperatura. Para este se tiene que, segun ASMT 2270:

Teniendo esto en cuenta existen tablas que nos indican algunos datos como “L” y “H”. Gráficos viscosidad v/s temperatura: Para poder determinar la viscosidad de un aceite, a cualquier temperatura, conocidas las viscosidades a dos temperaturas diferentes, se pueden confeccionar gráficos de viscosidad, ya sea medida en (SSU) o Unidades de Viscosidad Absoluta. Dichos gráficos se construyen en papel bi-logaritmico según ASTM D431. Teniendo asi que el comportamiento de la viscosidad de un fluido respecto a su temperatura se comporta de forma lineal, como es mostrado a continuación:

Memoria De Cálculo Se utilizaran los datos del aceite SAE 40 a 21°c para la ejemplificación de estos cálculos. Ecuaciones a utilizar: 1.- Transformación de SSF a SSU: 10 ∗ 𝑆𝑆𝐹 [𝑠] = 𝑆𝑆𝑈 [𝑠] 10 ∗ 170 = 1700 [𝑠] 2.-Transformacion de SSU a CSt: se utilizara la fórmula para t > 100 [s]. 135 𝑡 135 Cst = 0.22 ∗ 1700 − 1700 Cst = 0.22 ∗ t −

Cst = 373.9 3.- Calculo de I.V=

𝐼. 𝑉 =

𝐿−𝑈 ∗ 100 𝐷

𝐷 =𝐿−𝐻 Para SAE 40 se tiene que: 𝐿 = 173.9(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑎 100°𝑐) 𝐻 = 95.19(𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑎 100°𝑐) 𝑈 = 110(𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎 40°𝑐) 𝐼. 𝑉 =

173.9 − 110 ∗ 100 78.71

𝐼. 𝑉 = 81.184

Desarrollo 1.- Se procede a calcular densidades de 2 aceites, el primero es un SAE 40 (Aceite A), y el segundo un 15W-40 (Aceite B). Cada uno se aplica en un viscosímetro Saybolt Furol, a una temperatura de 21° c, para calcular el tiempo de llenado de un recipiente de 60ml, luego de esto, los aceites se retiran y son calentados hasta una temperatura de 61° c, para repetir el mismo proceso, y obtener los siguientes resultados.

2.-Se procede a calcular los resultados obtenidos en SSU.

3.- con los datos en SSU se calcula la viscosidad en Centi-stoke.

4.- se ubican los puntos en la gráfica ASMT D341 para luego trazar líneas rectar para identificar viscosidades a 40°c y 100°c de los respectivos fluidos.

SAE 40

15W-40

5. Con los resultados obtenidos se busca L y H de la tabla D2270, para los fluidos a 100°C 6.- Se calcula I.V de los fluidos, los cuales serán mostrados a continuación.

Conclusiones Físicamente la viscosidad nos muestra el movimiento en sentido del escurrimiento del fluido, dándonos así una representación por capaz de la velocidad de este, esto dado por un esfuerzo de corte presentado a largo del fluido, a raíz de esto, para el uso mecánico, podemos tener las llamadas “Películas” que son capaz de aceite entre piezas mecánicas, lo cual evita el roce entre metales u otras piezas, sin estos estudios sería muy difícil tener una noción de cómo se va a comportar el fluido frente a los esfuerzos a los que será sometido. Teniendo conocimiento de la viscosidad de un fluido se puede estudiar el comportamiento de este en distintas áreas, para así hacer un estudio previo y elegir el mejor fluido para el trabajo deseado. Con el grafico Viscosidad vs Temperatura, podemos ver que los aceites se comportan de manera bastante lineal, respecto a los cambios de temperatura, lo cual facilita el estudio de estos a temperaturas imaginarias, como también la curva de este refleja explícitamente el índice de viscosidad, siendo así, como con la visión de esta grafica se puede saber más o menos con qué tipo de aceite se está trabajando, y su reacción frente a distintas condiciones de trabajo....