La viscosidad es la resistencia que opone el aceite a fluir libremente. La viscosidad es una de las propiedades más importantes de un aceite lubricante.
Es uno de los factores responsables de la formación de la capa de lubricación, bajo distintas condiciones de espesor de esta capa. La viscosidad afecta la generación de calor en rodamientos, cilindros y engranajes debido a la fricción interna del aceite. Esto afecta las propiedades sellantes del aceite y la velocidad de su consumo. Determina la facilidad con la que las máquinas se pueden poner en funcionamiento a varias temperaturas, especialmente a las bajas. La operación satisfactoria de una dada pieza de un equipo depende fundamentalmente del uso de un aceite con la viscosidad adecuada a las condiciones de operación esperadas.
VISCOSIDAD DINAMICA
El concepto básico de la viscosidad se muestra en la figura, donde una placa se mueve a una velocidad constante V sobre una capa de aceite. El aceite se adhiere a ambas caras de las placas, la móvil y la estacionaria. El aceite en contacto con la cara de la placa móvil viaja a la misma velocidad que ésta, mientras que el aceite en contacto con la placa estacionaria tiene velocidad nula. Entre ambas placas, se puede visualizar al aceite como si estuviera compuesto por muchas capas, cada una de ellas siendo arrastrada por la superior a una fracción de la velocidad V, proporcional a su distancia de la placa estacionaria. Una fuerza F debe ser aplicada a la placa móvil para vencer a la fricción entre las capas fluidas. Dado que esta fricción esta relacionada con la viscosidad, la fuerza necesaria para mover la placa es proporcional a la viscosidad. La viscosidad se puede determinar midiendo la fuerza necesaria para vencer la resistencia a la fricción del fluido en una capa de dimensiones
conocidas. La viscosidad determinada de esta manera se llama dinámica o absoluta.
La viscosidad dinámica normalmente se expresa en poise (P) o centipoise (cP, donde 1 cP = 0,01 P), o en unidades del Sistema Internacional como pascales segundo (Pa-s, donde 1 Pa-s = 10 P). La viscosidad dinámica, la cual es función sólo de la fricción interna del fluido, es la cantidad usada más
frecuentemente en el diseño de cojinetes y el cálculo de flujo de aceites.
VISCOSIDAD CINEMÁTICA
Debido a que es más conveniente medir la viscosidad de manera tal que tenga en cuenta la densidad del aceite, para caracterizar a los lubricantes normalmente se utiliza la viscosidad cinemática.
La viscosidad cinemática de un fluido es su viscosidad dinámica dividida por su densidad, ambos medidos a la misma temperatura, y expresada en unidades consistentes. Las unidades más comunes que se utilizan para expresar la viscosidad cinemática son: stokes (St) o centistokes (cSt, donde 1 cSt = 0,01 St), o en unidades del SI como milímetros cuadrados por segundo (mm2/s, donde 1 mm2/s = 1 cSt).
La viscosidad dinámica en centipoise se puede convertir en viscosidad cinemática en centistokes dividiéndola por la densidad del fluido en gramos por centímetro cúbico (g/cm3) a la misma temperatura. La viscosidad cinemática en milímetros cuadrados por segundo se puede convertir en
viscosidad dinámica en pascal-segundos multiplicando por la densidad en gramos por centímetro cúbico y dividiendo el resultado por 1000.
MEDICION DE LA VISCOSIDAD
Los procedimientos y el equipo para medir la viscosidad son numerosos.
Algunos emplean los principios fundamentales de la mecánica de fluidos para tener la viscosidad en sus unidades básicas.
Viscómetro de tambor giratorio
VISCO ELITE
Se hace girar el tambor exterior a una velocidad angular constante, mientras que el tambor interior se mantiene estacionario, el fluido que esta en contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad lineal, conocida, mientras que el fluido que está en contacto con el tambor interior tiene una velocidad cero.
Viscómetro de tubo capilar
Lo constituyen dos recipientes conectados por un tubo largo de diámetro pequeño.
Viscómetro estándar calibrados capilares de vidrio
Utilizados para medir la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos.
Viscosímetro capilar
Viscosímetros capilares automáticos y semiautomáticos
Equipos de medida de la viscosidad capilar automáticos y semiautomáticos que facilitan este trabajo y con los que se obtienen valores de medida precisos y reproducibles.
El ViscoClock es un medidor automático del tiempo de caída. Es una alternativa al cronómetro que le ahorrará tiempo y dinero y con la que eliminará el error humano en el cronometraje.
Viscómetro de caída de bola
VISCO BALL
Este funciona haciendo que una bola esférica caiga libremente a través del fluido y midiendo el tiempo requerido para que ésta recorra una distancia conocida.
GRADOS DE VISCOSIDAD SAE
La Sociedad de Ingenieros automotrices (SAE) ha desarrollado un sistema de valoración en aceites para motor y lubricantes de engranajes y de ejes que indica la viscosidad de los aceites a temperaturas específicas. Los aceites que tienen el sufijo W deben tener viscosidades cinemáticas en los intervalos
indicados a 100º C. Los aceites de multiviscosidad, como el SAE 10W – 30, deben cumplir con las normas en las condiciones de baja y de alta temperaturas.
La especificación de valores de viscosidad máxima a baja temperatura para aceites está relacionada con la capacidad del aceite para fluir hacia las superficies que necesitan lubricación, a las velocidades de motor que se alcanzan durante el inicio del funcionamiento a bajas temperaturas. La viscosidad de bombeo indica la capacidad del aceite para fluir hacia la entrada de la bomba de aceite de un motor.
Las especificaciones del intervalo de viscosidades a altas temperaturas se relacionan con la capacidad del aceite de proporcionar una película de aceite satisfactoria para llevar las cargas esperadas mientras no se tenga una viscosidad excesivamente alta que pudiera aumentar la fricción y las pérdidas de energía generadas por las partes en movimiento.
GRADOS DE VISCOSIDAD ISO
Los lubricantes que se utilizan en aplicaciones industriales deben estar disponibles en un amplio intervalo de viscosidades, para cumplir con las necesidades de maquinaria de producción, cojinetes, accionadores de engranajes, máquinas eléctricas, ventiladores y sopladores, sistemas de potencia de fluido, equipo móvil y muchos otros dispositivos. Los diseñadores de tales sistemas deben asegurarse de que el lubricante puede soportar la temperatura a las que se le va a someter mientras desarrollan una capacidad suficiente de traslado de peso. Por consiguiente se tiene necesidad de una amplia variedad de viscosidades.
Para cumplir con tales requerimientos y seguir teniendo un cierto número de opiniones manejables y económicas, la Norma ASTM D2422, clasificación estándar de lubricantes fluidos industriales por sistema de viscosidad, define un conjunto de 18 grados de viscosidad ISO. La designación estándar incluye el prefijo ISO VG seguido por un número que representa la viscosidad nominal en cSt (mm2 /s) para una temperatura de 40ºC.
VISCOSIMETROS: Para medir la viscosidad utilizamos los viscosímetros.
A. VISCOSIMETRO Saybolt: S.S.U.
Nos da el tiempo en segundos en que tarda en pasar una muestra de 60 cm3 de aceite a través de un orificio estándar y a una temperatura determinada la cual puede ser 100ºF, 130ºF, 210ºF, (38ºC,54ºC,100ºC). A las unidades obtenidas con este viscosímetro se les denomina segundos Saybolt universal (S.S.U). Empleado en los E.E.U.U.
Por ejemplo: El aceite hidráulico NUTO 32 de la ESSO, tiene una viscosidad de 147 S.U a 100ºF y una viscosidad de 43 S.S.U a 210ºF.
Entre mayor sea el S.S.U mayor será su viscosidad.
B. VISCOSIMETRO Engler: ( grados Engler ºE)
Usado en Europa, excepto Inglaterra. Es la relación que resulta de dividir el tiempo de derrame de 200 cm3 de aceite a la temperatura que se desee comprobar la viscosidad y el de igual cantidad de agua a 20ºC (50 a 52 seg) también las temperaturas de 50ºC y 100ºC.
C. VISCOSIMETRO Redwood: (segundo Redwood)
Utilizado en Inglaterra y corresponde al tiempo de derrame de 50 cm3 de aceite. La referencia de temperatura del aceite es de 100ºF, 130ºF y 210ºF.
CARACTERISTIAS DE LOS LUBRICANTES
1. VISCOSIDAD:
La característica más importante de los aceites.
2. INDICE DE VISCOSIDAD: I.V.
E índice de viscosidad es el valor que indica la variación de la viscosidad de un aceite frente a la acción de la temperatura. Para hallar el índice de viscosidad se compara la variación de viscosidad que ha sufrido un aceite a dos temperaturas distintas y fijas, casi siempre 100ºF (38ºC) y 210ºF (99ºC).
Se ha establecido una escala convencional que va de 0 a 100, donde los aceites que tiendan a 0 representan los de mayor variación y son poco estables y los cercanos a 100 son los más estables.
Se han logrado por medio de aditivos, índices de viscosidad superiores a 100 y se consideran estos aceites como inafectables por la temperatura. Para uso automotriz se deben utilizar I.V. superiores a 85.
3. UNTUOSIDAD:
Se entiende por untuosidad la adherencia del aceite a las superficies a lubricar. Es una propiedad de acción física, la cual, aunque siempre es de interés, tiene su máximo exponente en la lubricación de motores de vehículos y de cojinetes sometidos a frecuentes paradas y arrancadas.
4. DENSIDAD: (Gravedad específica)
Densidad es la relación existente entre el peso de un volumen determinado de una sustancia y el del agua destilada a 4ºC. En los aceites lubricantes esta relación es menor a la unidad (0,855 a 0,934), lo cual nos indica que son menos pesados que el agua, razón por la que flotan en ella. La densidad de los aceites se da a la temperatura de 15,5ºC.
5. PUNTOS DE FLUIDEAZ Y CONGELACION:
El punto de fluidez es aquella constante que indica cuál es la mínima temperatura a la que fluye el aceite por los circuitos de lubricación, es decir el aceite a bajas temperaturas se va volviendo más viscoso, hasta que llega el momento en que deja de fluir. Esta característica se debe tener en cuenta
principalmente en aceites que van a lubricar mecanismos que trabajan a bajas temperaturas, por ejemplo máquinas frigoríficas.
Si se continúa enfriando el aceite, casi inmediatamente se produce la congelación total, punto éste que se conoce como congelación.
6. PUNTO DE INFLAMACION Y COMBUSTION:
El punto de inflamación de un aceite lo determina la temperatura mínima a la cual los vapores desprendidos por un aceite se inflaman en presencia de una llama o chispa que va saltando casi de un modo continuo.
El punto de inflamación tiene una importancia vital en aquellos mecanismos donde el aceite trabaja a elevadas temperaturas; por ejemplo, motores de combustión interna en los que se requieren puntos de inflamación superiores a 215ºC. En cambio para lugares donde la temperatura sea la ambiental o
ligeramente superior, esta característica no tiene interés alguno, ya que todos los aceites superan en mucho a dicha temperatura.
Si se prosigue calentando el aceite al llegar a una temperatura de 20º o 30ºC superior al punto de inflamación, los vapores desprendidos ya no arden momentáneamente, sino de un modo continuado; este fenómeno se conoce con el nombre de punto de combustión.
7. ACIDEZ:
Es el porcentaje de ácidos libres que un aceite contiene. Dichos ácidos siempre son perjudiciales tanto para el lubricante como para los metales con los que están en contacto. No es aceptable un aceite que arroje un porcentaje de acidez superior al 0,25%.
Una de las formas de definir la acidez o alcalinidad de una materia es por la escala PH que va numerada desde 0 hasta 14, 14; en esta escala hay un punto intermedio de 7,07 que corresponde al agua destilada, o sea, el neutro.
De este punto neutro hacia abajo se encuentran los ácidos a menor numero de pH, más concentración ácida y los pH superiores indican los alcalinos, a mayor número de pH, más elevada concentración alcalina.
Materias con un pH de 0,5 o 1 son los ácidos enérgicos como el sulfúrico, nítrico, clorhídrico, fosfórico, fluorhídrico.
Materias con un pH de 13,5 o 14 son soluciones alcalinas del estilo de la sosa o potasa cáustica.
8. INDICE DE ACIDEZ:
Entiéndese por número o índice de acidez el número de miligramos de potasa cáustica (K 0H) necesarios para neutralizar la acidez libre de un gramo de grasa o aceite.
9. PORCENTAJE EN CENIZAS:
Las impurezas (ceniza y azufre) siempre son indeseables en los aceites. En la mayor parte de los casos, proceden de los alcalis utilizados en la refinación y que no han sido después completamente eliminados, o bien provienen de desprendimiento de impurezas o costras de los conductos por los que atraviesa durante todo el ciclo.
Los aceites con porcentajes de cenizas superiores a un 0,02% no son recomendables para lugares finamente ajustados y revolucionados.
10. RESIDUO CARBONOSO
El residuo carbonoso es la tendencia a la formación de carbón en los aceites que han de trabajar n lugares que, por su alta temperatura se queman.
Los porcentajes de carbón admisibles en los aceites lubricantes son de 0.1 hasta 0.9%.
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ENTRADAS RELACIONADAS
- MTD UNIDAD 2: LUBRICANTES Y COMBUSTIBLES
- MTD UNIDAD 9: Cojinetes y lubricación hidrodinámica
- MEDICIÓN DE LA VISCOSIDAD EN ACEITES
- PRODUCTOS DERIVADOS DEL PETROLEO
- TRIBOLOGIA
- APLICACIÓN DE LOS LUBRICANTES
- APLICACIÓN DE LAS GRASAS
FUENTE:
Luis Burgio "SEMINARIO DE TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN"
BIBLIOGRAFÍA
• ELEMENTOS DE MAQUINAS, Lubricación de maquinarias, SENA.1985.
• TRIBOLOGIA Y LUBRICACIÓN INDUSTRIAL Y AUTOMOTRIZ. Albarracin Pedro. Tomo 1, segunda edición.
• MECANICA DE FLUIDOS. Mott. Ed. Prentice Hall.
• FUNDAMENTOS DE MANUFACTURA MODERNA. Groover, J:P. Ed. Prentice Hall.
