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LA VISCOCIDAD Y SU CALCULO INGENIERIA MECANICA ING. RAFAEL RAMIREZ

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

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VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINAMICA F/A = dv/dh =viscosidad absoluta = Despejamos F e integramos la ecuacin y nos resulta: = (F/A)/(Vc /h)

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VISCOSIDAD ABSOLUTA O DINAMICA F = Fuerza de cizalladura (lbf) A = rea de la pelcula lubricante sometida a cizalladura, cm2 (pulg2) Vc = velocidad lineal del elemento, cm/s (plug2) h =Espesor de la pelcula lubricante, cm (pulg2)

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SISTEMA METRICO (cm, gr, seg) =dina * S/cm2 Es una unidad conocida como POISE. 1Poise= 1 dina * S/cm2 Una unidad mas pequea es el CENTIPOISE (Cps) se emplea con mayor frecuencia. 1 Centipoise =1,019*10- 8 Kgf * s/cm2

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SISTEMA INGLES (Pulg,lbf,seg) =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

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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 ( )/Densidad () Para los lubricantes derivados del petrleo, se considera la densidad aproximadamente igual al peso especfico. (P E ).

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VISCOSIDAD CINEMATICA

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1(Stoke)= 1(poise)/PE(gr/cm3) 1(Centistoke) = 1(Centipoise)/ (gr/cm3) Las variables deben estar a la misma temperatura. La densidad de un aceite derivado del petrleo, a cualquier temperatura T, en C o en F.

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VISCOSIDAD CINEMATICA Unidades mtricas : TC = 0,91gr/cm3-0.00063(T-15.6) gr/cm3 Unidades inglesas : TF =0,91gr/cm3-0,00035(T-60) gr/cm3

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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 presin en particular e independientemente de la velocidad de deslizamiento.

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LIQUIDOS NEWTONIANOS

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LIQUIDOS NO NEWTONIANOS Cuando a un aceite o a una grasa lubricante se le adicionan ciertos materiales espesantes, como los polmetros, 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 travs de un capilar, es funcin de la diferencia de presin en los extremos del tubo, del permetro del tubo, de la longitud del tubo y de la viscosidad absoluta del fluido.

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Se determina: V=p/8L Donde V es el volumen (cm 3 /s) P es la cada de presin entre los extremos del tubo, dinas/cm 2 (lbf/pulg 2 ) L es la longitud del tubo, cm (pulg) es la viscosidad absoluta del fluido, Poises (Reyns)

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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 travs de un capilar. En este caso : =r 4 pt/8VL donde, r es el radio del tubo, cm (pulg) t es el tiempo de flujo, s. Esta relacin es valida nicamente cuando el fluido se comporta bajo condiciones de flujo laminar.

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Para fluidos empleados en lubricacin el valor de la viscosidad siempre esta por encima de 1.5. La ecuacin desarrollada para hacerle esta correcciones a la ec. De Poiseuille es: c =Xt-(Y/t), cSt Donde: c : Viscosidad cinemtica corregida X,Y: Constantes que se determinan midiendo el tiempo de flujo de los lquidos de viscosidades conocidas, pero diferentes, en el mismo tubo capilar

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X=( 2 t 2 -v 1 t 1 )/(t 2 -t 2 ) Y=(t 2 t 1 ) ( 2 t 1 -v 1 t 2 )/(t 2 -t 2 ) t: es el tiempo de flujo en segundos, del liquido en cuestin, medido en el tubo capilar utilizado para determinar los tiempos de flujo de los lquidos de referencia.

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VISCOSIMETROS Son instrumentos desarrollados para medir la viscosidad de los lquidos a una temperatura y presin especificas. Permiten determinar: El tiempo de un volumen dado de un liquido que fluye por gravedad o a baja presin, a travs de un tubo corto o de un capilar. La cada de presin entre los extremos de un capilar.

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El tiempo que se demora en caer o en recorrer el tubo (o capilar),una bola estndar o un cilindro. El tiempo invertido por una burbuja de aire en recorrer, a travs del liquido, la distancia desde el fondo hasta la superficie del liquido. El momento de torsin para mover un disco, un cilindro o esptula a una velocidad fija. La velocidad de rotacin de un cilindro o un disco accionado en el liquido por un momento de torsin constante conocido

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TABLA DE VISCOSIMETROS

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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 ( o E)

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TABLAS PARA LA CONVERSION DE LA VISCOSIDAD Los grficos y las formulas de viscosidad permiten pasar rpidamente de un sistema de medida a otro. No. grados Engler ( o E)=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

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Ejemplo: Convertir 90 cSt medidos a50 o C S.S.U., a S.R No.1, a o E, a S.S.F, y a S.R No.2 a la misma temperatura, mediante el grafico. Solucin: 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 dems escalas y se lee: 420 S.S.U., 365S:R No., 12 o E, 44S.S.F.,y 37 S.R No.2

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RELACION VISCOVIDAD-TEMPERATURA Los aceites lubricantes sufren un cambio pronunciado al variar la temperatura. La magnitud del cambio depende de la composicin( tipo de hidrocarburo) del aceite mineral y el mtodo de refinacin empleado. Log.Log (+ C) = k m Log TEcuacin de Ubbelohde-Walter

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VISCOELASTICIDAD ( anelasticidad) Es el tipo de comportamiento que presentan ciertos materiales que exhiben tanto propiedades viscosas como propiedades elsticas cuando se deforman. Es la apariencia fsica de estiramiento que presenta un aceite o una grasa cuando han sido espesados con un polmetro y se deslizan en forma continua y a elevada velocidad, o cuando la velocidad de deslizamiento cambia rpidamente. Estas caractersticas se pueden apreciar fcilmente cuando un fluido sale de una tubera, por que en este se estira inicialmente, y luego se contrae axialmente y el dimetro 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.

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CASOS DE VISCOELASTICIDAD Disco giratorio: Cuando un disco gira sobre otro fijo y entre los dos se interpone un liquido, este trata de separarlos empujndolos 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).

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CONSECUENCIA DE LA VISCOELASTICIDAD Disminuye ligeramente el espesor de la pelcula lubricante, debido a la perdida de viscosidad. Ocasiona el estiramiento y posterior contraccin del lubricante, lo cual implica un aumento en las perdidas en los accesorios y a la entrada de la tubera. Modifica la fraccin fluida y la distribucin de esfuerzos en los cojines elastrohidrodinamicos.

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El comportamiento del fluido en las tuberas depende del numero de Reinol, el cual relaciona las propiedades del fluido y las caractersticas fsicas de la tubera, definiendo el tipo de fluido, definindolo de la siguiente manera:

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PERDIDAS DE POTENCIA POR FRICCION Se calculan a partir de la ecuacin de D`Arcy:

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En donde R es el numero de Reynol K: La rugosidad promedio de las irregularidades de la superficie interior de la tubera, en pies d d : el dimetro interno de la tubera L: la longitud de la tubera v: velocidad del liquido, pies/segundo g: la aceleracin de la gravedad, 32 ft/s^2