LA VISCOCIDAD Y SU CALCULO

INGENIERIA MECANICA

ING. RAFAEL RAMIREZ

VISCOSIDAD

SE PUEDEN VER AFECTADAS POR LAS VARIACIONES INTERNAS DE SU COMPOSICION Y ESTRUCTURA, Y POR OTRA PARTE POR LA TEMPERATURA Y PRESION.

VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINAMICA

F/A = α dv/dh η=viscosidad absoluta =α Despejamos F e integramos la ecuación y

nos resulta: η= (F/A)/(Vc /h)

VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINAMICA

F= Fuerza de cizalladura (lbf)

A= área de la película lubricante sometida a cizalladura, cm2 (pulg2)

Vc= velocidad lineal del elemento, cm/s (plug2)

h=Espesor de la película lubricante, cm (pulg2)

SISTEMA METRICO

(cm, gr, seg) η=dina * S/cm2 Es una unidad conocida como POISE. 1Poise= 1 dina * S/cm2 Una unidad mas pequeña es el

CENTIPOISE (Cps) se emplea con mayor frecuencia.

1 Centipoise =1,019*10-8 Kgf * s/cm2

SISTEMA INGLES (Pulg,lbf,seg)

η=Lbf * S/pul2 Esta unidad se conoce con el nombre

de REYN en honor a sir Reynolds. 1 Reyn= 1 (lbs * S/pulg2)

Conversiones 1Poise = 14,5*10-6 1Reyn = 6.895,031 Centipoises

VISCOSIDAD CINEMATICA

Es igual a la viscosidad absoluta del fluido, dividida por su densidad y su unidad por el cual se representa es el STOKE.

viscosisdad absoluta (η)/Densidad (ρ) =ע Para los lubricantes derivados del

petróleo, se considera la densidad aproximadamente igual al peso específico. (PE).

VISCOSIDAD CINEMATICA

VISCOSIDAD CINEMATICA

1(Stoke)= 1(poise)/PE(gr/cm3)

1(Centistoke) = 1(Centipoise)/ρ (gr/cm3) Las variables deben estar a la misma

temperatura. La densidad de un aceite derivado del

petróleo, a cualquier temperatura T, en C o en F.

VISCOSIDAD CINEMATICA

Unidades métricas:

ρTC = 0,91gr/cm3-0.00063(T-15.6) gr/cm3

Unidades inglesas:

ρTF =0,91gr/cm3-0,00035(T-60) gr/cm3

LIQUIDOS NEWTONEANOS

El esfuerzo de corte o de cizallamiento es directamente proporcional a la velocidad de deslizamiento, lo cual hace que la viscosidad permanezca constante a cualquier temperatura y presión en particular e independientemente de la velocidad de deslizamiento.

LIQUIDOS NEWTONIANOS

LIQUIDOS NO NEWTONIANOS

Cuando a un aceite o a una grasa lubricante se le adicionan ciertos materiales espesantes, como los polímetros, la viscosidad de estos se ve afectada y depende de la velocidad de deslizamiento a la cual sea medida.

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MEDICION DE LA VISCOCIDAD CON CAPILARES

El flujo de un volumen de fluido, a través de un capilar, es función de la diferencia de presión en los extremos del tubo, del perímetro del tubo, de la longitud del tubo y de la viscosidad absoluta del fluido.

Se determina:

V=πΔp/8Lη

Donde V es el volumen (cm3/s) ΔP es la caída de presión entre los extremos del tubo,

dinas/cm 2 (lbf/pulg 2) L es la longitud del tubo, cm (pulg) Η es la viscosidad absoluta del fluido, Poises (Reyns)

La viscosidad absoluta de cualquier liquido se pueden calcular mediante la ec. de Poiseuille, teniendo en cuenta el tiempo t requerido para que un volumen V del liquido pueda fluir a través de un capilar.

En este caso : η=πr 4Δpt/8VL

donde, r es el radio del tubo, cm (pulg)t es el tiempo de flujo, s.Esta relación es valida únicamente cuando el fluido se

comporta bajo condiciones de flujo laminar.

Para fluidos empleados en lubricación el valor de la viscosidad siempre esta por encima de 1.5 . La ecuación desarrollada para hacerle esta correcciones a la ec. De Poiseuille es:

νc=Xt-(Y/t), cSt

Donde: νc: Viscosidad cinemática corregida X,Y: Constantes que se determinan midiendo el tiempo de flujo de los líquidos de viscosidades

conocidas, pero diferentes, en el mismo tubo capilar

X=(ν2t2-v1t1)/(t2-t2)

Y=(t2t1) (ν2t1-v1t2)/(t2-t2)

t: es el tiempo de flujo en segundos, del liquido en cuestión, medido en el tubo capilar utilizado para determinar los tiempos de flujo de los líquidos de referencia.

VISCOSIMETROS

Son instrumentos desarrollados para medir la viscosidad de los líquidos a una temperatura y presión especificas. Permiten determinar:

El tiempo de un volumen dado de un liquido que fluye por gravedad o a baja presión, a través de un tubo corto o de un capilar.

La caída de presión entre los extremos de un capilar.

El tiempo que se demora en caer o en recorrer el tubo (o capilar),una bola estándar o un cilindro.

El tiempo invertido por una burbuja de aire en recorrer, a través del liquido, la distancia desde el fondo hasta la superficie del liquido.

El momento de torsión para mover un disco, un cilindro o espátula a una velocidad fija.

La velocidad de rotación de un cilindro o un disco accionado en el liquido por un momento de torsión constante conocido

TABLA DE VISCOSIMETROS

Unidades de la viscosidad

La viscosidad de un aceite se puede dar en alguna de las siguientes unidades:

Segundos Saybolt Universal (S.S.U.) Segundos Saybolt Furol (S.S.F.) Centistoke (cSt) Segundos Redwood No.1 (S.R. No.1) Universal Segundos Redwood No.2 (S.R. No.2) Admiralty Grados Engler (oE)

TABLAS PARA LA CONVERSION DE LA VISCOSIDAD

Los gráficos y las formulas de viscosidad permiten pasar rápidamente de un sistema de medida a otro .

No. grados Engler (oE)=0.132* No. Centistokes No. Segundos Saybolt U. (S.S.U)=4.55*No

Centistokes No. Segundos Redwood No.1(S.R No.)=4.05No.

Centistokes

Ejemplo: Convertir 90 cSt medidos a50oC S.S.U., a S.R No.1, a oE, a S.S.F, y a S.R No.2 a la misma temperatura, mediante el grafico.

Solución: Se ubican 90 cSt en la escala vertical de la izquierda o de la derecha y se traza una perpendicular en cada una de ellas, hasta que corte las demás escalas y se lee: 420 S.S.U., 365S:R No., 12 oE, 44S.S.F.,y 37 S.R No.2

RELACION VISCOVIDAD-TEMPERATURA

Los aceites lubricantes sufren un cambio pronunciado al variar la temperatura.

La magnitud del cambio depende de la composición( tipo de hidrocarburo) del aceite mineral y el método de refinación empleado.

Log.Log (٧+ C) = k – m Log T Ecuación de Ubbelohde-Walter

VISCOELASTICIDAD (anelasticidad)

Es el tipo de comportamiento que presentan ciertos materiales que exhiben tanto propiedades viscosas como propiedades elásticas cuando se deforman.Es la apariencia física de estiramiento que presenta un aceite o una grasa cuando han sido espesados con un polímetro y se deslizan en forma continua y a elevada velocidad, o cuando la velocidad de deslizamiento cambia rápidamente.Estas características se pueden apreciar fácilmente cuando un fluido sale de una tubería, por que en este se estira inicialmente, y luego se contrae axialmente y el diámetro aumenta, cuando sale del tubo ya que desaparece el esfuerzo de deslizamiento.El tiempo que puede durar el efecto de visco elasticidad varia de uno material o una sustancia otra.

CASOS DE VISCOELASTICIDAD

Disco giratorio: Cuando un disco gira sobre otro fijo y entre los dos se interpone un liquido, este trata de separarlos empujándolos con una fuerza W( cojinetes de empuje axial).

Varilla vertical giratoria: Cuando el liquido que se encuentra alojado en un envase tiende a subir por una varilla vertical que se encuentra alojada dentro del liquido, (efecto Weissemberg).

CONSECUENCIA DE LA VISCOELASTICIDAD

Disminuye ligeramente el espesor de la película lubricante, debido a la perdida de viscosidad.

Ocasiona el estiramiento y posterior contracción del lubricante, lo cual implica un aumento en las perdidas en los accesorios y a la entrada de la tubería.

Modifica la fracción fluida y la distribución de esfuerzos en los cojines elastrohidrodinamicos.

El comportamiento del fluido en las tuberías depende del numero de Reinol, el cual relaciona las propiedades del fluido y las características físicas de la tubería, definiendo el tipo de fluido, definiéndolo de la siguiente manera:

PERDIDAS DE POTENCIA POR FRICCIONSe calculan a partir de la ecuación de D`Arcy:

En donde R es el numero de Reynol

K: La rugosidad promedio de las irregularidades de la superficie interior de la tubería, en pies

dd: el diámetro interno de la tubería

L: la longitud de la tubería

v: velocidad del liquido, pies/segundo

g: la aceleración de la gravedad, 32 ft/s^2