Termohidráulica

Viscosidad. Viscosimetro. Temperatura fluida

  • Enviado por: Jesus
  • Idioma: castellano
  • País: Perú Perú
  • 15 páginas
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'Termohidráulica'
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

LABORATORIO DE TERMOHIDRÁULICA I

HUANCAYO - PERÚ

2006

RESUMEN

En esta práctica se realizó el ensayo de viscosidad de un lubricante para nuestro caso se hizo uso de la hidrolina (aceite SAE 10) ya que presenta una viscosidad baja por lo tanto transfiere el calor mas rápido y ayuda a la rapidez del desarrollo de esta practica. Para realizar esta practica, se procedió a calentar el lubricante mediante resistencias y a continuación se tomó el tiempo de descarga del lubricante. Al realizar este ensayo y haciendo uso de los datos recogidos se puede determinar la Viscosidad del lubricante y hallar su Número de Reynolds. De manera mas específica se procede de la siguiente forma; se llena de agua la sección concéntrica exterior del viscosímetro Saybolt, en el caso del ensayo de mi grupo se llenó de agua destilada la primera sección por ser agua pura y por presentar mejor conductibilidad térmica es decir deja pasar con mucha mayor facilidad el calor producido por las resistencias; la sección interior se llenó de hidrolina, a continuación se agitan los líquidos hasta llegar a un equilibrio de temperaturas de las dos secciones y se toma la primera temperatura, después se procede a descargar el lubricante del viscosímetro un volumen ya establecido, en esta practica se trabajó con un volumen de descarga de 100 cm3, cronometrando el tiempo que toma esta acción, una vez terminada la descarga del lubricante se toma nota del tiempo y se devuelve el lubricante al viscosímetro. A continuación se procede a calentar los líquidos por medio de las resistencias del viscosímetro Saybolt por 1.5 minutos, se equilibran nuevamente las temperaturas y se vuelve a tomar otra lectura, se repite el paso de descarga de lubricante y toma del tiempo; se prosigue de manera similar hasta tomar los datos suficientes para poder realizar el análisis de estos datos. Luego se computan los valores recogidos del ensayo y se obtienen los valores de la Viscosidad Cinemática y Número de Reynolds, con estos datos se realizan las graficas de comparación entre la Viscosidad; el Número de Reynolds, la Temperatura y el Tiempo de Descarga, con la ayuda de estas graficas se analizan los resultados obtenidos.

INTRODUCCIÓN

Para un Ingeniero Mecánico es muy importante conocer la Viscosidad de un fluido, como por ejemplo por citar una referencia simple nos es importante para poder determinar el Numero de Reynolds y determinar si el flujo esta en estado turbulento, de transición o si es laminar. Este es uno de los tantos motivos de la realización de este informe, siendo el principal conocer y aprender como se determina la Viscosidad en un fluido.

Después de realizar este ensayo ya se contara con los conocimientos necesarios para hallar la viscosidad de un fluido de manera rápida y fácil, simplemente con la ayuda de un viscosímetro y un termómetro. Se debe tener en cuenta que el uso del termómetro debe de ser con su respectiva grafica de error para realizar una práctica con datos exactos.

La localización de la realización de este ensayo se realizó en el Laboratorio de Termohidráulica de la Facultad utilizando para esto un Viscosímetro Saybolt Universal, un Termómetro, Vaso graduado y un Cronometro.

El presente informe consta de un marco teórico para poder entender la práctica elaborada en el laboratorio a la vez que se presentan los equipos y/o materiales utilizados, los procedimientos seguidos durante y después del ensayo debidamente detallados, para facilitar la compresión de la experiencia. Finalmente se establecen las conclusiones y recomendaciones a las que se han llegado después de elaborar la experiencia. También consta de un anexo con gráficos que ayudaran a entender la práctica.

OBJETIVOS

  • Aprender a determinar la viscosidad de un fluido mediante la realización del ensayo.

  • Obtener resultados comparativos entre la Viscosidad, la Temperatura, el Número de Reynolds y el Tiempo de Descarga para analizar de que forma varia las propiedades del fluido a causa de los cambios de temperatura.

  • Representar graficas de comparación con los datos obtenidos que nos permitan analizar el comportamiento del fluido.

MARCO TEÓRICO

La Viscosidad, Es la principal característica de la mayoría de los productos lubricantes. Es la propiedad de un fluido puesto que los líquidos no son perfectamente fluidos sino viscosos que a determinadas temperaturas tiende a oponerse en mayor o menor cantidad a su flujo cuando se le aplica una fuerza. 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 frío. La medida de la viscosidad se expresa comúnmente con dos sistemas de unidades Saybolt o en el sistema métrico Centistokes (cm2/s).

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 para la descarga del fluido.

Índice de Viscosidad, El índice de viscosidad es un valor numérico, indicativo de la variación de la viscosidad con respecto de la temperatura. Cuanto mas alto es el índice, más estable es la viscosidad del aceite.
Los cambios de temperatura afectan a la viscosidad del lubricante generando así mismo cambios en ésta, lo que implica que a altas temperaturas la viscosidad decrece y a bajas temperaturas aumenta.

Viscosímetro, Es un instrumento utilizado para medir la viscosidad de los líquidos. Consiste en una pequeña vasija en cuyo fondo existe un orificio calibrado y de tamaño conocido, y en la que se vierte un volumen conocido de líquido. El tiempo que éste emplea en fluir por el orificio es una medida de su viscosidad. Véase figura.

La viscosidad hallada es directamente proporcional a la densidad del líquido y al tiempo que éste tarda en fluir por el orificio Como la temperatura influye mucho en el valor de la viscosidad, las medidas deben realizarse a la misma temperatura.

Efectos de la variación del temperatura en un fluido, La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy útiles como lubricantes cuando una máquina está sometida a grandes cambios de temperatura. Es decir al presentar menor viscosidad presenta menos resistencia a fluir.

Número de Reynolds y su importancia, Es un número adimensional que se utiliza en la mecánica de fluidos para estudiar el movimiento de un fluido en el interior de una tubería, o alrededor de un obstáculo sólido. Se representa por Re.

El número de Reynolds puede ser calculado para cada conducción recorrida por un determinado fluido y es el producto de la velocidad, el diámetro de la tubería dividido entre la viscosidad cinemática del fluido. Para un mismo valor de este número el flujo posee idénticas características cualquiera que sea la tubería o el fluido que circule por ella. Dependiendo de la magnitud de Re se conocen tres tipos de fluidos, cuando Re es menor que 2100 el flujo a través de la tubería es siempre laminar; es laminar cuando se encuentra entre 2100 y 4000, cuando los valores son superiores a 4000 el flujo es turbulento.

La importancia del Número de Reynolds radica en que nos indica dependiendo de la magnitud del número que cuanto más elevada sea la viscosidad de un fluido mayor podrá ser el diámetro de la tubería sin que el flujo deje de ser laminar, puesto que las densidades de los líquidos son casi todas del mismo orden de magnitud. Por este motivo los oleoductos, en régimen laminar, pueden tener secciones superiores a las conducciones de agua, ya que la viscosidad de los fluidos que circulan por aquéllos es mayor que la del agua.

EQUIPOS E INSTRUMENTOS

  • Viscosímetro Saybolt Universal

  • Termómetro

  • Vaso Graduado

  • Cronometro

  • Agua Destilada

  • Hidrolina (aceite SAE 10)

  • Paletas para agitar los líquidos

PROCEDIMIENTO

  • Limpiar el equipo.

  • Colocar agua destilada en la sección circundante e Hidrolina en la sección central del Viscosímetro Saybolt Universal.

  • Agitar los dos líquidos hasta equilibrar sus temperaturas.

  • En este momento en que se toma la primera lectura de temperatura del ensayo, este dato se anota en una tabla.

  • Se procede a descargar el aceite hacia el vaso graduado, se toma el tiempo que demora descargar un volumen ya establecido que será constante en todo el ensayo, este tiempo se anota en la tabla de datos.

  • Se devuelve este volumen descargado al viscosímetro.

  • Se eleva la temperatura de los líquidos conectando el Viscosímetro a una fuente eléctrica por un lapso de un minuto y medio.

  • Equilibrar nuevamente las temperaturas de los líquidos para hacer una nueva toma de datos.

  • Nuevamente se descarga aceite y se cronometra el tiempo total de descarga.

  • Se repite el proceso de calentar el viscosímetro y equilibrar las temperaturas y tomar el tiempo durante las descargas.

  • Después de tomar la cantidad de datos que se crea suficientes, se procesaran para determinar la Viscosidad y el Número de reynolds del aceite. A continuación se realizan las graficas. Estas graficas relacionan la Viscosidad con el Número de Reynolds, la Temperatura y el Tiempo de Descarga. Con estas graficas y los datos se analiza el comportamiento del fluido frente a los cambios de temperatura.

CÁLCULOS Y/O RESULTADOS

  • TABLA DE REGISTRO DE DATOS

Volumen

cm3

Diámetro Capilar cm.

Temperatura de la muestra ºC

Tiempo Saybolt s

1

100

0.33

23.2

152

2

100

0.33

31.8

98

3

100

0.33

38.2

71

4

100

0.33

43.2

61

5

100

0.33

44.1

56

6

100

0.33

47.8

49

7

100

0.33

50.6

46

  • CUADRO DE PROCESAMIENTO DE DATOS

Se determina los datos de la tabla de procesamiento de datos con las siguientes formulas:

    • Viscosidad

Para t " 100 'Termohidráulica'
stokes

Para t > 100 'Termohidráulica'
stokes

    • Número de Reynolds

    • Caudal

'Termohidráulica'

    • Velocidad

'Termohidráulica'

    • Reynolds

'Termohidráulica'

Viscosidad st

Número de Reynolds

Temperatura de la muestra ºC

Tiempo Saybolt s

1

0.326

7.793

23.2

152

2

0.202

19.531

31.8

98

3

0.133

40.86

38.2

71

4

0.106

59.731

43.2

61

5

0.092

75.103

44.1

56

6

0.071

110.99

47.8

49

7

0.062

136.232

50.6

46

CONCLUSIONES

  • Se pudo realizar el ensayo de manera eficiente, con la toma de datos arrojados durante el ensayo y los cálculos matemáticos se puede determinar la viscosidad de un fluido mediante el uso de las formulas descritas líneas arriba. De la misma forma se puede determinar el Número de Reynolds.

  • Con la ayuda de las gráficas se llegar a determinar que cuanto mas sube el nivel de la temperatura el líquido se vuelve menos viscoso.

  • También se determina que al presentar menos viscosidad el liquido le toma menos tiempo en descargarse del viscosímetro. Esto nos indica que cuando en un fluido baja su viscosidad este presenta menos resistencia a fluir.

  • A la vez se observa que el Número de reynolds es inversamente proporcional a la Viscosidad, es decir que cuando la Viscosidad sube el Número de reynolds baja y viceversa, esto se demuestra por la formula matemática para determinar el Número de Reynolds.

  • De más esta decir que se cumplió el objetivo de aprender a calibrar termómetros por este ensayo, ya que servirá de mucho en las temperaturas tomadas a diversos cuerpos que pueden ser de suma importancia para el uso de estos por ejemplo para determinar la viscosidad de líquidos por ello la importancia de este ensayo y su exactitud.

RECOMENDACIONES

  • Durante la devolución del aceite descargado se debe de vaciar totalmente para evitar una mala lectura de volumen de descarga en la siguiente toma de datos, lo mejor seria lavar y secar totalmente el vaso o en todo caso usar otro vaso limpio.

  • Ya que se tiene conocimiento de calibración de termómetros y su uso con su respectiva grafica de error, se debe de aplicar ese conocimiento adquirido en el uso del termómetro y su grafica durante la realización de esta practica.

  • Resulta de gran ayuda si se toma el tiempo con un cronometro y no con un simple reloj, ya que así se obtiene mayor precisión, a la vez es muy importante la correcta lectura de los termómetros evitando el error de paralaje. Es decir es de suma importancia la precisión ya que el valor de la Viscosidad y del Número de Reynolds son de suma importancia en el estudio de los fluidos.

  • Es necesario agitar los líquidos de manera uniforme para que se transfiera el calor a todo el líquido y así obtener de forma más sencilla y rápida el punto de equilibrio.

  • En cuanto más datos de pruebas de ensayo se obtenga, el cálculo de las graficas será más exactas.

BIBLIOGRAFÍA

    • Microsoft ® Encarta ® 2006. © 1993-2005 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

    • http://www.monografias.com/trabajos13/visco/visco.shtml

    • http://es.wikipedia.org/wiki/Viscosidad

    • http://html.rincondelvago.com/viscosimetro.html

    • http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Reynolds

    • http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Reynold.htm

    • http://www.monografias.com/trabajos15/mecanica-fluidos/mecanica-fluidos.shtml

ANEXOS

Intervalo de Viscosidades (centistokes)a 

A 0o F

A 210o F

Tipo de lubricante 
 
 

Número de viscosidad
SAE

Mínimo
 
 

Máximo
 
 

Mínimo
 
 

Máximo
 
 

Carter del cigüeñal

5W
10W
20W
20
30
40
50


1300
2600
 
 
 

1300
2600
10500
 
 
 

3.9
3.9
3.9
5.7
9.6
12.9
16.8


 
 
9.6
12.9
16.8
22.7

Transmisión y eje

75
80
90
140 
250


15000
 
 

15000
100000
 
 


 
75
120
200


 
120
200

Fluido de transmisión 
automática

Tipo A

39b

43b

7

8.5

Intervalos de viscosidad permisibles para las clasificaciones de lubricantes de las SAE

ENSAYO DE VISCOSIDAD DE UN LUBRICANTE

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