informe de viscosimetro engler

Viscosímetro Engler Ingeniería Electrónica FIEE - UNAC

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO

FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA

VISCOSÍMETRO ENGLER

CURSO: MECÁNICA DE FLUIDOS

PROFESOR: VILCHEZ PEREZ

TEMA : VISCOSÍDAD

ALUMNO : MIÑANO RAYGADA, FRANCO

CODIGO: 042510-H CICLO: 2007-A

AÑO: 2007

Laboratorio de Mecánica de Fluidos 1


“ VISCOSIMETRO

ENGLER “



OBJETIVOS

Determinar la viscosidad de una muestra de aceite lubricante.

Mostrar la variación de la viscosidad de un fluido líquido con el cambio

de temperatura.



FUNDAMENTO TEORICO

LA VISCOSIDADLa viscosidad es una medida de la resistencia que ofrece una capa de aceite a desplazarse sobre la capa adyacente. A mayor viscosidad mayor resistencia a fluir (ej. la miel es más viscosa que el agua, pues posee más resistencia a fluir).

Constituye una resistencia a la deformación, la cual no sigue las leyes del rozamiento entre sólidos, siendo las tensiones proporcionales, en forma aproximada, a las velocidades de las deformaciones; esta Ley fue formulada por Newton, que decía que, cuando las capas de un líquido deslizan entre sí, la resistencia al movimiento depende del gradiente de la velocidad dv/dx, y de la superficie,

F =

Siendo la constante de proporcionalidad; ahora bien, la velocidad va variando progresivamente de capa en capa, y no bruscamente. Si la velocidad relativa de desplazamiento es nula, la tensión también lo será.

Viscosidad dinámica y cinemática:



En la Ley de Newton enunciada anteriormente, es la viscosidad absoluta o coeficiente de viscosidad dinámica; despejando este valor en dicha ecuación se tiene,

siendo la relación F/S, el rozamiento por unidad de superficie.

El rozamiento en los líquidos se corresponde con el esfuerzo cortante en los sólidos. Se sabe que, el esfuerzo cortante en los sólidos, origina a veces otros esfuerzos como los de tracción y compresión; lo equivalente en los líquidos es que originan variaciones de presión, de tal modo, que la presión media sobre un elemento considerado, puede verse afectada por una pequeña variación. A la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido se la conoce como viscosidad cinemática.

Unidades.- El Poise es la viscosidad absoluta o dinámica de un fluido en el cual, la fuerza de una dina actuando sobre una capa de 1 cm2 de superficie, le imprime una velocidad de 1 cm/seg a otra capa paralela a la misma superficie, situada a 1 cm de distancia.

Sistema cegesimal, 1 Poise =dinas. Seg cm2Sistema técnico, 1 U.T.M. = 98 Poises, ?1 Poise = 98 kg seg m 2La viscosidad dinámica del agua a 20°C es igual a 0,01 Poises, 1 Centipoise.

Medida de la viscosidad:

Viscosímetro Engler

Se utiliza para determinar la viscosidad relativa de los aceites lubricantes, petróleos, gasolinas, etc. a la temperatura de trabajo que suele ser de 20º a 80º. Se precisan 200 a 250 cm3 de producto para la determinación. Consta de un depósito o vasija metálica A, niquelada o dorada en su interior, con un orificio y tubo de salida en su base algo cónica, y con tres índices o señales, i, que marcan la capacidad fija del instrumento.

Posee una tapadera con dos orificios, uno lateral por donde penetra un termómetro, y otro central, por el que pasa un vástago terminado en punta de madera que tapa el orificio interior de desagüe.

La vasija A está colocada dentro de otra algo mayor B, de estructura análoga, situada de manera que la salida o de la primera no vierta a la segunda, sino directamente al exterior. En esta vasija B se coloca agua o glicerina, y se calienta mediante una corona de pequeños mecheros MM’ y observando la temperatura con el termómetro t’.

En un matraz de doble aforo (200 y 220 cm3) se miden 220 cm3 del líquido objeto de ensayo y, teniendo obstruida con el vástago V la salida o, se vierten en la vasija interior. Se tapa y se coloca el termómetro t, se calienta el baño externo, y cuando el líquido de la vasija interior alcanza la temperatura que interesa en la determinación, se coloca el matraz de doble aforo debajo



de o. Se libera este orificio poniendo en marcha, a la par, un cuenta segundos, y se mide lo más exactamente posible el tiempo que tarda enrasar el líquido hasta los 200 cm3. Se repite la experiencia a la misma temperatura, utilizando el agua (este valor es útil ya para todas las experiencias) y de la relación entre ambos tiempos se obtiene la viscosidad relativa, teniendo en cuenta las densidades de ambos líquidos a la temperatura de la determinación.

Este procedimiento hace aplicación de la ecuación de Poisseuille en la que las presiones hidrostáticas por las que fluyen los dos líquidos de la experiencia son aproximadamente las mismas por hacerlo ambos desde el mismo punto de nivelación i, hasta el de salida o.

La viscosidad Engler se expresa en segundos Engler, tiempo de flujo de 200 cm3 de líquido.

El grado Engler de viscosidad es la relación entre los tiempos de flujo de 200 cm3 de líquido a una temperatura indicada y del mismo volumen de agua destilada a 20°C (48.51s)

Conversión grado Engler a viscosidad cinemática

Laboratorio de Mecánica de Fluidos

Relación entre la viscosidad SAE y el grado Engler de viscosidad

VISCOSIDAD (a 50 ºC)

SAE 10 20 30 40 50 60

ºE 3-5 5-7 7-9 9-12 12-19 19-27

6


Viscosímetro absoluto.

Mediante un viscosímetro absoluto calibrado, se determina el tiempo de derrame del volumen constante de líquido cuya viscosidad se desea conocer.

Si el derrame es debido a la acción de su propio peso, se determina la viscosidad cinemática.

Si el derrame es debido a una diferencia de presión, se determina la viscosidad dinámica.

El fluido circula a temperatura constante, bajo una diferencia de presión también constante, a través de dos tubos capilares calibrados es fundamental definir la temperatura para determinar el estado del fluido.

Por convenio internacional, existen unidades basadas en el tiempo que tarda el líquido en pasar a través de un orificio perfectamente calibrado.

En Europa se utilizan los grados Engler. En USA se utilizan los segundos Saybold. En Inglaterra se utilizan los segundos Reedwood.

Otros métodos para hallar la viscosidad de un fluido

Aparte del viscosímetro Engler tenemos el viscosímetro de Hagen, de Mac Michael, Ostwald, Saybolt, Reedwood, etc., a continuación detallaré uno de los métodos mas usados para hallar la viscosidad de un fluido.

Según la ley de Stokes, cuando un cuerpo se mueve con una velocidad v lo suficientemente pequeña en el seno de un fluido, dicho cuerpo experimenta una fuerza de frenado proporcional a dicha velocidad. Si este cuerpo es una esfera lisa de radio r, esta fuerza se puede expresar:

Donde es el coeficiente de viscosidad del medio.

Si además el cuerpo se mueve en un movimiento de caída, además hay que tener en cuenta una fuerza aceleradora provocada por la gravedad menos la fuerza del empuje, es decir, menos el peso del fluido del volumen desalojado por el cuerpo. Obtenemos una fuerza neta:



Donde es la densidad del material de la esfera y es la densidad del fluido.

Se puede demostrar que una esfera sometida a estas dos fuerzas tiende exponencialmente a una velocidad uniforme límite. Si la velocidad es uniforme, la suma de fuerzas será 0, por lo tanto igualando las ecuaciones anteriores obtenemos el valor de esta velocidad límite v1.

Por lo tanto midiendo el tiempo que tarda en caer la esfera dentro del fluido podemos determinar esta velocidad, y por tanto, el coeficiente de viscosidad del fluido, en la Fig. 2 se detalla el experimento.

*SAE: medida de viscosidad utilizada para el uso automotriz se utiliza una tabla de viscosidades creada por la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE),



RELACION DE MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS

Viscosímetro de Engler

Viscosímetro de Engler

Termómetros:

* Marca: BOECO GERMANY (color amarillo) 760 mm HgPrecisión: 1°C.Rango de trabajo: [-15 - 115] °C.

* Segundo TermómetroPrecisión: 1°CRango de trabajo: [-10 - 155] °C.

Vaso de precipitado:

* PIREXTolerancia: 5%.Lectura mínima: 50ml.Rango de trabajo: [50 - 500]ml



Cronómetro:

* Marca: CASIO* Lectura mínima: 1/100 s.

Aceite:

* Marca: Premium Motor 01L Mobil Heavy Duty SAE 40

Cocina eléctrica

Rejilla de Asbesto


Un pin obsturador

Agua Destilada


PROCEDIMIENTO En primer lugar nivelaremos el viscosímetro Engler para llevar a cabo la

experiencia.

Como mencionamos en el marco teórico el viscosímetro Engler esta

compuesto por dos vasijas a la cual llamaremos A a la vasija que esta

dentro de la otra que llamaremos B, en el inferior del viscosímetro de

Engler, justo debajo del agujero por donde saldrá el líquido se

encontrará un recipiente graduado donde decepcionará el liquido que

estaba contenido en la vasija A y poder medir su tiempo de vaciado.

Luego en la vasija A tapando el agujero con el pin obturador se llenará

de agua destilada que estará a temperatura ambiente ( en este caso

24ºC), para poder medir su tiempo de vaciado de 200 ml que se

realizará al destapar el agujero y el tiempo se medirá con la ayuda del

cronometro.

Después de limpiar la vasija A llenaremos la vasija B con agua y

obstruyendo el agujero central con el pin obturador la vasija será

llenado con el aceite con grado SAE desconocida, la cual será

determinado a través de las pruebas hechas y la grafica de las curvas

de grados SAE, luego se colocarán los termómetros en la vasija A y B.

Como primera experiencia elevaremos la temperatura del aceite a 40 ºC

y teniendo la variación de temperatura con el agua de 5 ºC para luego

tomar el tiempo de vaciado para 200 ml de aceite y lo anotaremos los

resultados en la tabla Nº 1.

Como segunda experiencia haciendo el llenado respectivo del aceite en

la vasija A esta vez llevaremos la temperatura del aceite a 60 ºC

manteniendo una variación de 5 ºC por debajo de la temperatura del

agua y anotaremos en la tabla Nº 1.



Para ambas experiencias estuvimos agitando el agua para que el

calentamiento del aceite sea lo mas uniforme posible.

Con los resultados obtenidos se demostrará la eficiencia del

viscosímetro Engler.

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Al realizar la experiencia obtuvimos lo siguiente

Tiempo de vaciado de 200 ml de agua a 24 º C fue de 60 segundos, equivalente a un minuto.

“t” de vaciado de 200 ml de agua a 24 ºC = 60 seg.

a) Determinación de los grados Engler (ºE)

Exp Nº 1

= 11 minutos 12 seg.= 672seg.

Exp Nº 2

= 4 minutos 44 seg.= 284seg.

b) Determinación de la viscosidad cinemática



Exp Nº 1

Exp Nº 2

c) Determinación de la viscosidad dinámica

donde:

Exp Nº 1

Exp Nº 2

Tabla Nº 1

Exp. Nº

Temperatura del aceite

(ºC)

Temperatura del agua

(ºC)

Tiempo de vaciado del aceite (seg)

Viscosidad del aceite

Grados Engler

Cinemática Dinámica Grado SAE

1 40 45 672 11.2 0.813x 10-4 77.784 x 10-3 40

2 60 65 284 4.73 0,332x 10-4 29.581 x 10-3 40



d) Utilice la Fig. A1de viscosidad dinámica versus temperatura y grafique la curva correspondiente al grado SAE del aceite utilizado



Fuente: http://www.widman.biz/Seleccion/Viscosidad/viscosidad.html



CONCLUSIONES

Se pudo confirmar la eficiencia del viscosímetro Engler ya que los datos utilizados en la gráfica viscosidad dinámica versus temperatura son muy cercanas a una de las curvas de grados SAE, excepto por uno y otro motivo no concuerdan .

Los puntos en la grafica viscosidad dinámica versus temperatura no son muy precisos eso puede deberse a que el aceite que utilizamos en la experiencia no fue muy puro ya que mezclamos dos tipos de aceites uno que ya había sido quemado y otro que estaba sin utilizar, otro motivo puede ser que el tiempo no fue tomado totalmente sino parcialmente y luego se fue multiplicando por un factor para cubrir los datos requeridos.

Se demostró que el aceite es de grado SAE 40 gracias a que los datos de viscosidad dinámica y temperatura se aproximan mucho a la curva del grado SAE 40.

El cambio de temperatura afecta a la viscosidad de un liquido cualquiera, guardando una relación entre ellas mientras una aumenta la otra disminuye y viceversa.

La viscosidad de un liquido se puede también hallar utilizando un viscosímetro Engler, conociendo su densidad, su tiempo de vaciado de agua de una cantidad determinada y del liquido en cuestión a la misma cantidad de agua, y su temperatura, a parte de los otros métodos como era el de la velocidad limite de un cuerpo.

El viscosímetro Engler seria más eficiente si el metal de elaboración sea un mejor conductor del calor.



BIBLIOGRAFÍA

1. Ing. Mario A. Garcia Pérez, MECANICA DE FLUIDOS-apuntes de clase.

2. Biblioteca Premium Microsoft Encarta 2006.


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