ÍNDICE

INTRODUCCIÓN......................................................................................2

I. OBJETIVOS.........................................................................................3

II. FUNDAMENTO TEORICO................................................................3

2.1 VISCOSIDAD................................................................................3

2.1.1 Viscosidad Dinámica..............................................................4

2.1.2 Viscosidad Cinemática...........................................................4

2.1.3 Medidor de Viscosidad...........................................................5

2.1.4 Influencia de la presión y temperatura.................................5

2.2. ACEITES LUBRICANTES.............................................................5

2.2.1 CLASIFICACIÓN SAE.............................................................7

III. METODOLOGIA............................................................................12

3.1 EQUIPOS y MATERIALES........................................................12

3.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL......................................13

IV. TABLAS , CÁLCULOS Y RESULTADOS................................14

V. CONCLUSIONES.............................................................................20

VI. RECOMENDACIONES.................................................................20

VII. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA................................................20

INTRODUCCIÓN

La viscosidad es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la medida de la fluidez a determinadas temperaturas.

Si la viscosidad es demasiado baja el film lubricante no soporta las cargas entre las piezas y desaparece del medio sin cumplir su objetivo de evitar el contacto metal-metal, si la viscosidad es demasiado alta el lubricante no es capaz de llegar a todos los intersticios en donde es requerido.

Al ser alta la viscosidad es necesaria mayor fuerza para mover el lubricante originando de esta manera mayor desgaste en la bomba de aceite, además de no llegar a lubricar rápidamente en el arranque en frio.

La medida de la viscosidad se expresa comúnmente con dos sistemas de unidades SAYBOLT (SUS) o en el sistema métrico CENTISTOKES (CST).

Como medida de la fricción interna actúa como resistencia contra la modificación de la posición de las moléculas al actuar sobre ellas una tensión de cizallamiento.

La viscosidad es una propiedad que depende de la presión y temperatura y se define como el cociente resultante de la división de la tensión de cizallamiento (t) por el gradiente de velocidad (D).

m =t / D

Con flujo lineal y siendo constante la presión, la velocidad y la temperatura.

Afecta la generación de calor entre superficies giratorias (cojinetes, cilindros, engranajes). Tiene que ver con el efecto sellante del aceite. Determina la facilidad con que la maquinaria arranca bajo condiciones de baja temperatura ambiente.

I. OBJETIVOS

Determinar la viscosidad de una muestra de Aceite lubricante en

el viscosímetro Engler.

Analizar la variación de la viscosidad de un fluido liquido con el

cambio de Temperatura.

II. FUNDAMENTO TEORICO

La capacidad de un líquido para fluir se mide por la viscosidad. Las

viscosidades disminuyen con el aumento de la temperatura, pues las

partículas se mueven más rápidamente por tener mayor energía y por lo

tanto se pueden escapar de sus vecinas con mayor facilidad, es una

característica de cada sustancia liquida pura, por ende es una propiedad

termodinámica intensiva y está relacionada con su resistencia a fluir.

II.1 VISCOSIDAD

La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la

deformación de fluido. Dicho concepto fue introducido por Newton, que

relaciona el esfuerzo cortante con la velocidad de deformación

(gradiente de velocidad).

τ=μ dvdy

El factor de proporcionalidad para el fluido viscoso es la viscosidad

dinámica o absoluta, dv/dy es la rapidez de deformación o gradiente de

velocidad normal. v es la velocidad del fluido y у es la distancia medida

desde la pared y σ es el esfuerzo cortante.

Es la propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se

le aplica una fuerza. 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 mide

con un recipiente (viscosímetro) que tiene un orificio de tamaño conocido

en el fondo. La velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una

medida de su viscosidad.

Las unidades de viscosidad más utilizadas son los miliPascales segundo

[mPa·s]. 1000 mPa·s = 1 Pa · s

Además, el sistema cegesimal (C.G.S) aún se sigue usando, siendo la

unidad de medida el centipoise [cp].

• 1 cp = 1 m Pa·s

• 1 Poise = 1 g/cm·s o 100cp

II.1.1 Viscosidad Dinámica

Llamada también viscosidad absoluta, es medida por el tiempo que

tarda el líquido en fluir a través de un tubo capilar a una determinada

temperatura. Sus unidades son el poise siendo muy utilizada a fines

prácticos.

II.1.2 Viscosidad Cinemática

Es el tiempo requerido para que una cantidad fija de un líquido fluya

a través de un tubo capilar bajo la fuerza de gravedad.

Matemáticamente se expresa como el cociente de la viscosidad

dinámica (o absoluta) y la densidad de un fluido, ambos a la misma

temperatura.

v=μρ

II.1.3 Medidor de Viscosidad

La medida de la viscosidad se hace con diversos tipos de

viscosímetros, como el Rehotest, el Rehomat, el viscosímetro de

Engler, Redwood, Sayball universal, Mac Michel, de caídas de bolas,

viscosímetro de tubos concéntricos, etc.

II.1.4 Influencia de la presión y temperatura

Para temperaturas elevadas, la viscosidad de los líquidos es muy

pequeña; para un valor de temperatura tendiendo a infinito, el valor

de esta viscosidad es cero, de la misma manera si la temperatura es

muy baja la viscosidad de los líquidos es bastante alta.

2.2. ACEITES LUBRICANTES

Antes que todo, sepamos un poco cual es la función del aceite. No

solamente lubrica, sino que tiene que mantener limpio el motor y también

refrigerarlo, ya que en su interior las temperaturas varían según el lugar

y su desempeño. Por ejemplo en la cabeza del pistón la temperatura es

elevadísima en el momento de la combustión, llegando casi a los 1200

grados centígrados. Por todo esto y demás es que el aceite debe ser el

indicado si queremos tener nuestro automóvil en condiciones y sin

sobresaltos.

Debido a la gran cantidad de lubricantes que se fabrican actualmente, se

han desarrollado clasificaciones o normas que delimitan el uso y la

aplicación de los mismos. Estas normas se van actualizando

constantemente para adaptarlas a las continuas innovaciones

tecnológicas que se han incorporado a los motores.

En su elaboración colaboran todas las partes interesadas como son:

• Los constructores de vehículos.

• Los fabricantes de lubricantes.

• Otros organismos civiles y usuarios.

Las clasificaciones de los lubricantes se realizan atendiendo a dos

aspectos fundamentales:

A. Clasificación por su viscosidad

Los aceites para motor se clasifican en diferentes grados de viscosidad

que definen su utilización según la temperatura a la que se encuentra el

motor. La clasificación más importante es la SAE.

B. Clasificación por las condiciones de servicio

Los aceites se clasifican por las diferentes condiciones de servicio que

tienen que soportar en el motor según el tipo o las características

técnicas del mismo. El aceite se somete a estas condiciones en

laboratorio o realizando pruebas sobre los motores en banco. Las

clasificaciones más importantes son: API, ACEA, Militares, Fabricantes

de Vehículos.

2.2.1 CLASIFICACIÓN SAE

La clasificación SAE fue creada por la Society of Automotive

Engineers (Sociedad Norteamericana de Ingenieros del

Automóvil).

Esta clasificación toma como referencia la viscosidad del aceite

lubricante en función de la temperatura a la que está sometido

durante el funcionamiento del motor, por lo que no clasifica los

aceites por su calidad, por el contenido de aditivos, el

funcionamiento o aplicación para condiciones de servicio

especializado o el tipo de motor al que va destinado el lubricante:

de explosión o Diesel.

Establece una escala numérica de aceites de motor de 10 grados

SAE, que comienza en el grado SAE 0, indicativo de la mínima

viscosidad de los aceites o de su máxima fluidez. Conforme el

número del grado va aumentando, la viscosidad se va haciendo

mayor y el aceite es más espeso.

Esta escala está dividida en dos grupos:

1. En el primer grupo la viscosidad se mide a una temperatura de - 18º C, lo que

da una idea de su viscosidad en condiciones de arranque en frío y está

dividido en los seis grados SAE siguientes: SAE 0W, SAE 5W, SAE 10W,

SAE 15W, SAE 20W, y SAE 25W. La letra W es distintiva de los aceites que

se utilizan en invierno y proviene del inglés (Winter). 

Estos grados indican la temperatura mínima de utilización del aceite

conservando su viscosidad para circular bien por las tuberías y llegar a los

lugares de engrase con rapidez y a la presión adecuada, facilitando el

arranque en frío. Por ejemplo: un aceite clasificado SAE 10W, permite un

arranque rápido en frío del motor hasta temperaturas mínimas de -20º C. El

aceite SAE 15W nos garantiza el arranque rápido del motor en frío hasta

temperatura mínimas de -15º C.

2. En el segundo grupo la viscosidad se mide a una temperatura de 100º C, lo

que da idea de la fluidez del aceite cuando el motor se encuentra funcionando

en caliente. En este grupo se establecen cuatro grados SAE como son: SAE

20, SAE 30, SAE 40 y SAE 50.

Los motores modernos son cada vez más rápidos y están construidos con

menor tolerancia de montaje entre las piezas, lo que requiere la utilización de

aceites de bajo grado SAE, con la fluidez suficiente para circular libremente y

que formen películas de espesor más fino manteniendo el grado de

lubricación. Debido a esto, los fabricantes cada vez recomiendan aceites

multigrados de baja viscosidad como son los aceites SAE 5W-30 y SAE 10W-

40.

ACEITE MONOGRADO

Si consideramos cada uno de los grados SAE definidos anteriormente de

forma individual, obtenemos los denominados aceites monogrado ya que se

designan por un solo grado de viscosidad, que puede ser de invierno o de

verano, e indica los márgenes de temperatura dentro de los cuales, este

aceite tiene un buen comportamiento.

Los aceites monogrado son apropiados para su uso en zonas sometidas a

pocos cambios de temperatura ambiente a lo largo del año. Si existen

cambios importantes de invierno a verano, es necesario utilizar aceites de

un grado SAE bajo para el invierno (SAE 10 W) y otro aceite de grado SAE

alto, para utilizar en verano (SAE 40).

Entre los aceites monogrado se encuentran los siguientes:

SAE 40. Usado para motores de trabajo pesado y en tiempo de mucho

calor (verano).

SAE 30. Sirve para motores de automóviles en climas cálidos.

SAE 20. Empleado en climas templados o en lugares con temperaturas

inferiores a 0º C, antiguamente se utilizaba para el rodaje de motores

nuevos. Actualmente no se recomienda su uso.

SAE 10. Empleado en climas con temperaturas menores a 0º C.

Los aceites monogrado no son solicitados actualmente por ningún

fabricante de vehículos, dado lo limitado de su funcionamiento a

diferentes temperaturas. Solamente son utilizados en situaciones

especiales como por ejemplo motores con problemas de compresión, etc.

ACEITE MULTIGRADO

Cuando existen cambios importantes en la temperatura ambiente de una

zona o de un país, se pueden utilizar también aceites multigrados, de forma

que, con la utilización de un solo aceite, se cubre el engrase del motor

durante todo el año.

Estos aceites, se formulan para mantener estable la viscosidad frente a los

cambios de temperatura y cumplir con los requerimientos de más de un

grado de esta clasificación por lo que se pueden utilizar en un rango de

temperaturas más amplio que los aceites monogrado.

Estos aceites se identifican por dos grados SAE, pertenecientes uno a cada

grupo de los mencionados anteriormente, como por ejemplo: SAE 10W40.

Esto indica que este aceite se comporta como un SAE 10W cuando el motor

se encuentra a bajas temperaturas, manteniendo la fluidez adecuada y

favoreciendo el arranque en frío del motor, y como un SAE 40, más espeso,

cuando el aceite del motor se encuentra entre 60º y 85º C durante el

funcionamiento del motor.

Así para una mayor protección en frío, se deberá recurrir a un aceite que

tenga el primer número lo más bajo posible y para obtener mayor grado de

protección en caliente, se deberá incorporar un aceite que posea un

elevado número para el segundo.

Los aceites multigrados presentan una serie de ventajas sobre los

monogrado, por ejemplo:

Son más estables ante los cambios de temperatura.

Llegan rápidamente a las piezas debido a su baja viscosidad en frío.

Permiten un arranque más rápido del motor en frío, con un menor

desgaste del mismo, mayor vida útil de la batería y del motor de

arranque. Esto se comprueba no solamente en climas fríos, sino

también a temperaturas ambiente moderadas como 20º C. La

diferencia entre un multigrado y un monogrado en estos casos es

notoria ya que el primero establece la lubricación adecuada en la mitad

de tiempo que el segundo.

Eliminan la necesidad de cambios estacionales del aceite.

Presentan mejores prestaciones para el trabajo a bajas temperaturas

ya que los huelgos en los motores modernos son cada vez menores, el

aceite debe fluir más rápidamente para llegar a las piezas vitales del

motor especialmente la lubricación del turbocompresor.

También se comportan muy bien a altas temperaturas, con una película

más resistente a altas cargas que la de los aceites monogrado con una

disminución del desgaste general del motor.

Existe un ahorro importante de lubricante, ya que se logra un excelente

sellado en la zona entre los segmentos y el pistón reduciendo el paso

de aceite hacia la cámara de combustión, donde se quema tras lubricar

el segmento superior.

Existe un ahorro de combustible debido a su mayor fluidez a bajas

temperaturas que reduce las pérdidas de energía en el arranque y a su

mayor capacidad para reducir la fricción en las zonas calientes y

críticas del motor, gracias a los aditivos estabilizadores del índice de

viscosidad.

Mejoran sensiblemente la oxidación por degeneración.

III. METODOLOGIA

III.1 EQUIPOS y MATERIALES

Viscosímetro Engler

Dos termómetros de mercurio (0 ºC – 100 ºC), uno para el aceite y otro

para el agua.

Un cronómetro, para medir los tiempos de vaciado del agua y del aceite.

Un bastidor o soporte del viscosímetro con calentador a gas

incorporado.

Un recipiente graduado de 500 ml.

Agua limpia, destilada preferentemente aproximadamente 250 ml.

Aceite lubricante cuyo grado SAE deberá determinarse,

aproximadamente 250ml.

Descripción del equipo

El viscosímetro Engler es un dispositivo que se emplea para medir la

viscosidad cinemática aproximado de aceites hasta un grado SAE60 con

buena eficiencia.

Está conformado por una taza metálica central, con tapa, revestida de

bronce, en cuyo fondo tiene un agujero central de 2.80 mm de diámetro

por donde fluirá el aceite, este agujero se mantiene cerrado mediante un

pin obturador de metal, que puede ser lavado sin necesidad de abrir la

tapa. Un recipiente para agua circunda a la taza y sirve para calentar el

agua (baño maría) que mantendrá al aceite a una temperatura uniforme

en toda la taza utilizando el agitador incomparado al equipo.

III.2

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Nivelacion del equipo, para ello se familiariza con los instrumentos de trabajo para posteriormente trabajar sin inconvenientes.

2. Llenar la taza central con agua, llevándola a la temperatura de 20 °C

3. Determinar el tiempo de vaciado de 200 mL de agua, para ello se llenó la taza central del viscosímetro con agua, luego en un vaso de precipitado colocado debajo del viscosímetro se tomó el tiempo de caída de los 200 mL de agua.

4. Llene la taza central con aceite y el recipiente que circunda con agua. Coloque los termómetros en los depósitos respectivos

5. Lleve el aceite hasta una temperatura de 45 ºC

6. Tome el tiempo de vaciado de 200 ml de aceite, cuando se haya

alcanzado la temperatura deseada y mantenida constante durante

aprox. 5 minutos

7. Anote el resultado en una tabla con los demás datos

8. Repetir los pasos 6 , 7 y 8 a Temperaturas para el aceite de 50 , 60 y 70

°C

9. Durante el proceso, agite constantemente el agua para uniformizar la

temperatura alrededor de la taza de aceite.

10. Con los tiempos de vaciado del aceite lubricante para cada temperatura

determinar los grados Engler, viscosidad del aceite lubricante y la

variación de la viscosidad del aceite con el cambio de temperatura.

IV. TABLAS , CÁLCULOS Y RESULTADOS

EXPERIENCIA

N°

TEMPERATURA

DEL AGUA ( ° C )

TEMPERATURA

DEL ACEITE ( °C)

TIEMPO DE VACIADO DEL

ACEITE (segundos)

1 43 45 9222 46 50 3943 57 60 3314 72 70 240

“t” de vaciado de 200 ml de agua a 20°C = 52 seg.

1.- Determinación de los grados Engler:

° E= t de vaciado de200ml deaceite aT °Ct de vaciado de200ml deaguaa20 ° C

A) Para la 1ra experiencia:

° E1=t de vaciado de200mlde aceite a45 °Ct de vaciado de200mlde aguaa20 °C

° E1=92252

=17.73

B) Para la 2da experiencia:

° E2=t de vaciado de200mlde aceite a50 ° Ct de vaciado de200mlde aguaa20 °C

° E2=39252

=7.5769

C) Para la 3ra experiencia:

° E3=t de vaciado de200ml deaceite a60° Ct de vaciado de200ml deaguaa20 °C

° E3=33152

=6.365

D) Para la 4ta experiencia

° E3=t de vaciado de200ml deaceite a70 ° Ct de vaciado de200ml deaguaa20 °C

° E3=24052

=4.6154

2.- Determinación de la viscosidad Cinemática:

υ=0.0731 ° E−0.0631° E [ cm2

S ]

Para la 1era experiencia

υ1=0.0731 ° E1−0.0631° E1

=0.0731×17.73−0.063117.73

υ1=1.2925cm2

S

Para la 2da experiencia

υ2=0.0731 ° E2−0.0631° E2

=0.0731×7.5769−0.06317.5769

υ2=0.5455cm2

S

Para la 3ra experiencia

υ3=0.0731 ° E3−0.0631° E3

=0.0731×6.365−0.06316.365

υ3=0.45536cm2

S

Para la 4ta experiencia

υ4=0.0731° E4−0.0631° E4

=0.0731×4.6154−0.06314.6154

υ4=0.32371cm2

S

Resultados

Experiencia N° Viscosidad cinemática cm2/s

Temperatura ° C

1 1.2925 45

2 0.5455 50

3 0.45536 60

4 0.3237 70

40 45 50 55 60 65 70 750

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

Gráfica: Viscosidad cinemática vs Temperatura

Temperatura °C

Visc

osid

ad C

inem

ática

( cm

/s^2

)

Determinamos viscosidad dinámica:

Dato:ρaceite=891kg

m3

Para la experiencia 1:

Se sabe que:

μ1=ρ∗v1

μ1=891kgm3∗1.2925

cm2

S∗1m2

(100cm )2=115.16175∗10−3 Pa∗s

Similarmente para los demás

μ2=48.6∗10−3Pa∗s

μ3=40.5∗10−3Pa∗s

μ4=28.84∗10−3 Pa∗s

Se aproxima a un aceite de grado SAE 40°

V. CONCLUSIONES

Se llegó a determinar la viscosidad cinemática para cada experiencia,

siendo determinantes para hallar dicha viscosidad, el tiempo de vaciado

del aceite a una determinada temperatura y también el cálculo de los

grados Engler.

Mediante la gráfica se puede observar la variación que tiene la

viscosidad con la temperatura, en el caso de la experiencia 2

posiblemente no hubo una medición adecuada del vaciado del aceite.

VI. RECOMENDACIONES

Vaciar los líquidos cuidadosamente ya que el derramar o desperdiciar

líquido puede alterar nuestros resultados.

VII. REFERENCIA BIBLIOGRAFICA

Joseph B. Francin i- John Finnemore, MECANICA DE FLUIDOS, novena edición, Mc Graw Hill 1999