Análisis de viscosidad

Marcos Carpio1, Jessica Criollo4.Universidad de Cuenca, Facultad de Ciencias Químicas, Carrera de Ingeniería QuímicaAsignatura: Transferencia de Fluidos, Cuenca – Ecuador, Fecha de entrega: 7-04-2015

1. Objetivo

Determinar la viscosidad de dos aceites diferentes mediante el viscosímetro de Saybold, estableciendo como variables el tiempo y la temperatura.

2. Equipos, instrumentos y sustancias

Tabla 1. Tabla de equipos, instrumentos y sustancias

1 Estudiante de tercer año de la Carrera de aiangeniería Química, correo electrónico:marcos.carpio @ u c u e n c a . e c 2 Estudiante de tercer año de la Carrera de aiangeniería Química, correo electrónico:cristina.llivisaca @ u c u e n c a . e c 3 Estudiante de tercer año de la Carrera de aiangeniería Química, correo electrónico:jeniffer.valbuena @ u c u e n c a . e c 4 Profesor de la Carrera Ingeniería Química, correo electrónico:

Instrumentos o equipos SustanciasViscosímetro de Saybold Aceite 15W40

Termómetro Aceite 20W50Vasos de precipitado

ProbetaCronómetro

3. Marco Teórico

Viscosidad: Es la resistencia de un líquido a fluir.Medida de la viscosidad: La medida de esa resistencia a fluir, definida como la fuerza necesaria para mover una unidad cuadrada sobre una superficie paralela a la primera a la velocidad de una unidad por segundo, con las superficies separadas por una película lubricante de una unidad de espesor. En la práctica, es medida por tubos capilares.

La viscosidad solo se manifiesta en líquidos en movimiento. Se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica.

La medida más común en la mecánica Se conoce como viscosidad cinemática y se representa por V . Para calcular la viscosidad cinemática basta con dividir la viscosidad dinámica por la densidad del fluido.

La viscosidad varía inversamente proporcional con la temperatura. Por eso su valor no tiene utilidad si no se relaciona con la temperatura a la que el resultado es reportado.Normalmente se habla de viscosidad ISO para aceites industriales y viscosidad SAE para aceites automotriz. Los términos de viscosidad ISO y SAE no implican ninguna combinación de aditivos ni propósito específico. Solamente refieren a la viscosidad. A veces se utiliza las medidas de viscosidad SUS (SSU), Redwood, Engler, e otros. Estos sistemas de medición de viscosidad pueden ser convertidos al cSt por formulas matemáticas.

VISCOSÍMETRO UNIVERSAL SAYBOLTLa facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad. Éste es el principio sobre el cual está basado el viscosímetro de Saybolt. La muestra de fluido se coloca en un aparato parecido al que se muestra en la figura.

Después de que se establece el flujo, se mide el tiempo requerido para colectar 60 mL del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en Segundos Universales Saybolt (SSU o. en ocasiones, SUS).Puesto que la medición no está basada en la definición fundamental de viscosidad, los resultados son solamente relativos. Sin embargo, sirven para comparar las viscosidades de diferentes fluidos. 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 (ssu).1

Determinación del Índice de Viscosidad

El Índice de Viscosidad se define como la rata de cambio que experimenta la viscosidad cinemática con la temperatura e indica la calidad de los lubricantes para mantener su viscosidad a la temperatura de trabajo. Existe un procedimiento denominado Deanny-Davis que permite calcular este índice y puede hacerse en forma analítica y gráfica.

En función de los parámetros SSU y SSF y mediante la utilización de la tabla de Deanny-Davis se puede calcular el Índice de Viscosidad para la muestra empleando la siguiente ecuación:

Donde “L” y “H” se obtienen de la tabla de Deanny-Davis con el valor de los SSU a 210ºF y “U” corresponde al tiempo SSU a 100ºF.

De acuerdo al Índice de Viscosidad puede establecerse si un aceite es estable o inestable con la temperatura, utilizando un criterio genérico como el que sigue:

I.V. = 0 – No estableI.V. hasta 75 – Poco estableI.V. hasta 200 – Muy estable 2

Tabla 2. Tabla de Deanny-Davis para valores de SSU a la temperatura de 210ºF

SSU

210ºFH L

SSU

210ºFH L

SSU

210ºFH L

40 93 107 79 772 1580 118 1576 3711

41 109 137 80 791 1627 119 1598 3774

42 124 167 81 810 1674 120 1620 3838

43 140 197 82 829 1721 121 1643 3902

44 157 228 83 849 1769 122 1665 3966

45 173 261 84 868 1817 123 1688 4031

46 189 291 85 888 1865 124 1710 4097

47 205 325 86 907 1914 125 1733 4163

48 222 356 87 927 1964 126 1756 4229

49 238 389 88 947 2014 127 1779 4296

50 255 422 89 996 2064 128 1802 4363

51 272 456 90 986 2115 129 1825 4430

52 288 491 91 1006 2166 130 1848 4498

53 305 525 92 1026 2217 131 1871 4567

54 322 561 93 1046 2270 132 1894 4636

55 339 596 94 1066 2322 133 1918 4705

56 356 632 95 1087 2375 134 1941 4775

57 374 669 96 1107 2428 135 1965 4845

58 391 706 97 1128 2481 136 1988 4915

59 408 743 98 1148 2536 137 2012 4986

60 426 781 99 1168 2591 138 2036 5058

61 443 819 100 1189 2646 139 2060 5130

62 461 857 101 1210 2701 140 2084 5202

63 478 897 102 1231 2757 141 2108 5275

64 496 936 103 1252 2814 142 2132 5348

65 514 976 104 1273 2870 143 2156 5422

66 532 1016 105 1294 2928 144 2180 5496

67 550 1057 106 1315 2985 145 2205 5570

68 568 1098 107 1337 3043 146 2229 5645

69 586 1140 108 1356 3102 147 2254 5721

70 604 1182 109 1379 3161 148 2278 5796

71 623 1225 110 1401 3220 149 2303 5873

72 641 1268 111 1422 3280 150 2328 5949

73 660 1311 112 1444 3340 151 2353 6026

74 647 1355 113 1468 3400 152 2378 6104

75 697 1399 114 1488 3462 153 2403 6182

76 716 1444 115 1510 3524 154 2428 6260

77 734 1489 116 1532 3585 155 2453 6339

78 753 1534 117 1554 3648

4. Procedimiento

1. Se coloca 60 ml del primer aceite muestra en la probeta.2. Verter la muestra en el viscosímetro de Saybolt.3. Una vez colocada toda la muestra, sacar el corcho y automáticamente medir el tiempo.4. Cuando el fluido corte, detener el cronómetro.5. Repetir de 3 a 5 veces.6. Hacer lo mismo con el siguiente aceite muestra.

5. Cálculo

Viscosidad Cinemática (cSt)

n=ssu/4,6347

Índice de viscosidad

Fluido Temperatura (ºC ) SSU (segundos Saybolt universal)

n (viscosidad cinemática) cSt

Aceite 15W40 37 102,71 22,1589

37 97,27 20,9873

37 94,55 20,4004

37 93,82 20,2429

37 97,22 20,9765

Promedio 20,9532

Aceite 20W50 36 186,14 40,1622

36 182,03 39,2754

35 181,17 39,0899

Promedio 39,5092

6. Conclusiones y recomendaciones

ConclusionesPara el primer aceite, 15W40, se realizaron 5 mediciones con el viscosímetro de Saybolt, obteniendo como resultado una viscosidad promedio de 20,9532 cTs.Para el aceite 20W50, se obtuvo una viscosidad cinemática promedio de 39,5092 cSt.Se obtienen tiempos relativamente dispersos debido a que no entra exactamente la misma cantidad en el viscosímetro de Saybolt durante cada medición debido a la cantidad de muestra que aún queda en el recipiente, inexacta en todas las pruebas.Se pudo haber calculado el índice de viscosidad de cada fluido en caso de tener los ssu para los 40 y 100ºC y así determinar de qué clase era.

RecomendacionesColocar un mililitro extra en la probeta para compensar el error que se genera con el fluido que se

queda en el recipiente.Tomar unas cinco mediciones del tiempo o más para obtener resultados más exactos.

Referencia

1WIDMAN International SRL. (2015). ¿Qué es la Viscosidad? Recuperado el 1 de abril de 2015, de http://www.widman.biz/Seleccion/viscosidad.html

2Universidad Nacional Experimental del Táchira (UNET). (s.f.). Viscosidad cinemática e índice de viscosidad. Recuperado el 3 de abril de 2015, de www.unet.edu.ve/~aostos/LinkedDocuments/Viscosidad_Cinemática.doc