INFORME N° 5

DETERMINACION DE LA VISCOCIDAD DEL CEMENTO ASFALTICO

METODO SAYBOLT –AASHTO T40

1.- objetivo

El objetivo de este ensayo es el de determinar la viscosidad del cemento asfáltico por medio del método SAYBOLT - FUROL

2.- Marco teórico

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. Pero en realidad todos los fluidos conocidos presentan algún tipo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.

Viscosidad absoluta: es la resistencia que presentan los fluidos al desplazamiento de sus capas intermoleculares. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega .

Se expresa en:

Centipoise: (cP)

Viscosidad relativa: es la relación que hay entre la viscosidad absoluta de un líquido problema y la viscosidad del agua.

Viscosidad cinemática: representa las características propias del líquido, despreciando las fuerzas que generan su movimiento. Se expresan en:

Stokes (st) o centistokes (cst)

Factores que afectan a la viscosidad:

Presión

Temperatura

Densidad

3.- equipo

Frasco Saybolt

Viscocímetro (Saybolt)

Termómetro y cronómetro

4.- procedimiento

 se llena el baño del viscosímetro con el aceite a 0.5 °C mayor a la de la prueba

se colocan 150 g de producto asfaltico en un vaso de precipitados hasta alcanzar una temperatura superior en 1° C a la de la prueba, agitándola continuamente para uniformar la temperatura y evitar sobrecalentamientos locales

ya alcanzada la temperatura se vacía en la copa del viscosímetro durante 15 minutos se revisa con el termómetro que la temperatura sea de 82° C

Inmediatamente después se coloca el matraz debajo del tubo de viscosidad, se retira el tapón de corcho y simultáneamente se pone en marcha el cronometro, el cual se detiene en el momento en que la muestra alcance la marca de aforo, y se registra el tiempo medido. El tiempo transcurrido desde que inicia el llenado del tubo viscosidad hasta que empiece el llenado del matraz

NOTA: el procedimiento explicado esta respaldado con investigaciones realizadas por mi persona

5.- Datos:

Tiempo estimado en el que se llena el frasco receptor saybolt es de 54 segundos a 145 °C por lo tanto

La viscosidad es de 54 cP

6.- Imágenes visuales del ensayo:

7.- conclusiones y recomendaciones

Preparación del material asfáltico Calentando el asfalto

Controlando la temperatura del material Obtencion de la viscocidad del material asfáltico

Se llega a la conclusión que la viscosidad de un material asfaltico depende mucho primeramente de la calidad del mismo y de la temperatura a la cual se lo llega a analizar, también Se puede percatar que la densidad de la sustancia disminuye cuando la temperatura va aumentando, a mayor temperatura el valor de la viscosidad va a disminuir.

Los líquidos con viscosidades bajas fluyen fácilmente y cuando la viscosidad es elevada el líquido no fluye con mucha facilidad.

8.- Aporte personal

VISCOSÍMETROS PARA FLUIDOS DERIVADOS DEL PETRÓLEO

Viscosímetro de saybolt

Índice

1. Síntesis

2. Viscosidad

a. Viscosidad absoluta

b. Viscosidad relativa

c. Viscosidad cinemática

d. Factores que afectan la viscosidad

e. Idea de viscosidad

3. Viscosidad de derivados de petróleo

4. Viscosímetros

a. Tipos de viscosímetros

i. Viscosímetros de Tubo Capilar

ii. Viscosímetros Rotacionales

iii. Viscosímetros Empiricos

iv. Viscosímetros de Hoppler

v. Resumen de varios viscosímetros

b. Viscosímetro de Saybolt

5. Web grafía

Síntesis

Artículo en el cual si intenta la mejor elección para mediciones de viscosidad de derivados de petróleo.

Se ha considerado que el Viscosímetro que resultaría más útil para esta tarea será el de Saybolt. Esta consideración se basa en la facilidad en su construcción, los costos al alcance de cualquier empresa que esté empezando su desarrollo en el campo de los derivados de petróleo, la posibilidad de varios ensayos a diferentes temperaturas, la precisión en la toma de medidas, etc.

Su funcionamiento se rige por varias leyes físicas, pero la que considero más

importante es v=(0,22 x SSU )− 180SSU

, en la cual se sustituye los datos de SSU por el

tiempo tomado en el ensayo. Este resultado es muy útil y se lo puede transformar a los diferentes sistemas de unidades de viscosidad.

Viscosidad

La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. Pero en realidad todos los fluidos conocidos presentan algún tipo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones.

Viscosidad absoluta: es la resistencia que presentan los fluidos al desplazamiento de sus capas intermoleculares. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega .

Se expresa en:

Centipoise: (cP)

Viscosidad relativa: es la relación que hay entre la viscosidad absoluta de un líquido problema y la viscosidad del agua.

Viscosidad cinemática: representa las características propias del líquido, despreciando las fuerzas que generan su movimiento. Se expresan en:

Stokes (st) o centistokes (cst)

Factores que afectan a la viscosidad:

Presión Temperatura Densidad

¿Cómo podemos imaginar la viscosidad?

Imaginemos un bloque sólido (no fluido) sometido a una fuerza tangencial (por ejemplo: una goma de borrar sobre la que se sitúa la palma de la mano que empuja en dirección paralela a la mesa.) En este caso (a), el material sólido opone una resistencia a la fuerza aplicada, pero se deforma (b), tanto más cuanto menor sea su rigidez.

Si imaginamos que la goma de borrar está formada por delgadas capas unas sobre otras, el resultado de la deformación es el desplazamiento relativo de unas capas respecto de las adyacentes, tal como muestra la figura (c).

En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad. Es su pequeña magnitud la que le confiere al fluido sus peculiares características; así, por ejemplo, si arrastramos la superficie de un líquido con la palma de la mano como hacíamos con la goma de borrar, las capas inferiores no se moverán o lo harán mucho más lentamente que la superficie ya que son arrastradas por efecto de la pequeña resistencia tangencial, mientras que las capas superiores fluyen con facilidad. Igualmente si revolvemos con una cuchara un recipiente grande con agua en el que hemos depositado pequeños trozos de corcho, observaremos que al revolver en el centro también se mueve la periferia y al revolver en la periferia también dan vueltas los trocitos de corcho del centro; de nuevo, las capas cilíndricas de agua se mueven por efecto de la viscosidad, disminuyendo su velocidad a medida que nos alejamos de la cuchara.

Viscosidad de derivados del petróleo

La viscosidad es la resistencia que opone el aceite a fluir libremente; esta es considerada como 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 pieza dada de un equipo, depende fundamentalmente del uso de un aceite con la viscosidad adecuada a las condiciones de operación estimadas.

Viscosímetros

Tipos de viscosímetros

Viscosímetro de tubo capilar:

Viscosímetro de Ostwald Viscosímetro Ubbelohde

Viscosímetro de Cannon-Fenske

Viscosímetros rotacionales

Viscosímetro de Stormer Viscosímetro de Cono-Placa Viscosímetro de Cilindro Concéntrico Viscosímetro de Brookfield Viscosímetro de Tambor Giratorio

Viscosímetros empíricos

Viscosímetro de Saybolto Universalo Furol

Viscosímetro Engler Viscosímetro Redwood

Viscosímetro de Hoppler

Viscosímetro de caída de bola (Este viscosímetro únicamente sirve para fluidos transparentes)

Descripción de algunos viscosímetros antes mencionados Esto inicia cuando se creó el concepto de Fluido Ideal, Isaac Newton ideó una forma de clasificar los fluidos ideales y los fluidos que no son ideales. Para poder hacer esta división realizó, lo que hoy se le conoce como LA LEY DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON, afirma que dada una rapidez de deformación en el fluido, el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad, en ella incluyó diferentes cualidades que debe tener un fluido ideal (fluido newtoniano) y las que debe tener un fluido no ideal (fluidos no newtoniano). Como bien se sabe ningún fluido ideal, ya que todos los fluidos reales tienen viscosidad, algunos fluidos que tienen una viscosidad muy baja se les puede llegar a considerar como fluidos newtonianos; es aquí en donde entra el papel de los viscosímetros, que son instrumentos que se utilizan para conocer la viscosidad dinámica o cinemática de cualquier fluido real, utilizando diferentes métodos de trabajo cada uno de ellos, además, de utilizar diferentes unidades de mediciones como el poise, el stoke, Pa(s) y el grado SAE. La ATSM Internacional produce estándares para medir y reportar mediciones de viscosidad. También a los viscosímetros se les conoce como reómetros.

Los primeros reómetros como los Viscosímetros de Tambor Rotatorio fueron desarrollados por Couette en 1890, un viscosímetro con unos cilindros unilaterales, que utiliza el concepto de viscosidad dinámica en su funcionamiento. Mediante el uso de esta sencilla ecuación:

τ=μ ∆ v∆ y

Se hace girar el tambor exterior a una velocidad angular constante, mientras que el tambor interior se mantiene estacionario. Por consiguiente, el fluido que está en contacto con el tambor giratorio tiene una velocidad lineal, v, conocida, mientras tanto el fluido que está en contacto con el tambor interior tiene una velocidad cero. Debido a la viscosidad del fluido, se presenta una fuerza de arrastre sobre la superficie del tambor interior que ocasiona el desarrollo de un torque cuya magnitud puede medirse con un torquímetro sensible. La magnitud de dicho torque es una medida de la tensión de corte del fluido.

Hablando de los verdaderos inicios de los viscosímetros tenemos el Viscosímetro de Tubo Capilar inventado por Pouseuille en 1828 como tiene como fundamento de funcionalidad la Ley de

Poiseuille que ayuda a determinar mediante el uso de un tubo cilíndrico fino y un par de manómetros, la viscosidad y la velocidad de los flujos capilares.

La ecuación que gobierna este viscosímetro:

∆ p=32 μvLD2

Viscosímetros de Vidrio Capilar Estándar o Viscosímetros de Ostwald. Fueron inventados en 1918 por Friedrich W. Ostwald, para medir la viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos. Al preparar la prueba de viscosidad, el tubo del viscosímetro se carga con una cantidad específica del fluido de prueba. Después de estabilizar la temperatura de prueba, se aplica una succión para hacer pasar el fluido por el bulbo, ligeramente por arriba de la marca superior del tiempo. Se suspende la succión y se permite que el fluido circule por gravedad. La sección de trabajo del tubo es la capilar por debajo de la marca inferior del tiempo. La viscosidad cinemática se calcula con la multiplicación del tiempo del flujo por la constante de calibración de viscosímetro.

Viscosímetros empíricos

Viscosímetro de Saybolt

Viscosidad Saybolt Universal.- El tiempo correcto en segundos para dejar fluir 60 ml a través de un orificio Universal calibrado en condiciones específicas. Los valores de la viscosidad se dan en Segundos Saybolt Universal, abreviado SSU, a temperaturas específicas

Estos viscosímetros se basan en el tiempo que requiere un determinado volumen de fluido en pasar libremente a través de un orificio normalizado.

v=(0,22 x SSU )− 180SSU

En la actualidad el viscosímetro de Saybolt universal es uno de los más confiables debido a su excelente precisión, pero los antecedentes de este maravilloso invento, datan de finales del siglo XIX, en 1885 el Químico Inglés George M. Saybolt desarrolló un sistema para obtener la viscosidad de un líquido, la cual se obtiene midiendo el tiempo en segundos que tarda en escurrir, a través de un orificio calibrado.

Nos concentraremos en el viscosímetro de Saybolt, que será usado para medir derivados del petróleo, este nos ayuda a obtener una lectura de datos experimentales muy buena, y además arroja datos en SSU.

La facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad. Éste es el principio sobre el cual está basado el viscosímetro de Saybolt. La muestra de fluido se coloca en un aparato parecido al que se muestra en la figura.

Después de que se establece el flujo, se mide el tiempo requerido para colectar 60 mL del fluido. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en Segundos Universales Saybolt (SSU o. en ocasiones, SUS).

Puesto que la medición no está basada en la definición fundamental de viscosidad, los resultados son solamente relativos. Sin embargo, sirven para comparar las viscosidades de diferentes fluidos.

La ventaja de este procedimiento es que es sencillo y requiere un equipo relativamente simple. Se puede hacer una conversión aproximada de SSU a viscosidad cinemática. En las figuras siguientes se muestran el viscosímetro de Saybolt disponible comercialmente y la botella de 60 mL que se utiliza para colectar la muestra.

El uso del viscosímetro de Saybolt fue cubierto anteriormente por la norma ASTM D88. Sin embargo, dicha norma ya no es apoyada por la ASTM. Se le da preferencia ahora al uso de los viscosímetros capilares de vidrio descritos en las normas ASTM D445 D446 que son los métodos estándar de prueba para viscosidad cinemática de líquidos transparentes y opacos, y las especificaciones estándar e instrucciones de operación para viscosímetros cinemáticas capilares de vidrio, respectivamente.

El viscosímetro Saybolt consiste esencialmente de un tubo cilíndrico de bronce en cuyo fondo está un orificio de dimensiones específicas.

El tubo de bronce es rodeado por un baño a temperatura constante. Cuando la muestra en el tubo alcanza la temperatura de la prueba, se mide el tiempo requerido para que 60ml del líquido pasen a través del orificio.

La muestra se recoge en un frasco estándar calibrado.

La unidad de medida es el tiempo en segundos requeridos para que 60 ml de un fluido fluyan a través del orificio a una temperatura dada. Esto es reportado como segundos Saybolt universal (sus).

Por ejemplo: 350 sus a 100ºf.

El viscosímetro Saybolt Furol:

Utiliza el mismo principio que el universal, excepto que es diseñado con un orificio más grande para adaptarse a fluidos más viscosos.

Existen dos tipos de diámetro de orificios calibrados de escurrimiento para el Viscosímetro Saybolt:

Punta Universal (SSU), líquidos livianos. Los valor es de viscosidad se dan en segundos Saybolt Universal, abreviado SSU, a temperaturas especificadas que oscilan entre 21 y 99°C (70 y 210°F)

Punta Furol (SSF), líquidos pesados donde los tiempos de caída sean superiores 250 segundos Saybolt Universal. Los valores de viscosidad se dan en segundos Saybolt Furol, abreviado SSF, a temperaturas especificadas, que están entre 120 y 240°C (248 y 464°F)

Los equipos utilizados para ambos casos, difieren únicamente en los diámetros de los orificios calibrados de escurrimiento, siendo para Saybolt Universal Ø = 1.77mm ± 0,015mm y para Saybolt Furol (Fuel road oil) Ø = 3.15mm ± 0,020 mm.

Viscosímetro para los derivados del petróleo

Se debe seleccionar el más adecuado, esto quiere decir, que debeos fijarnos en una serie de variables, para obtener el máximo beneficio de nuestro aparato. Es muy importante también que este dispositivo nos de medidas muy próximas a la realidad es decir con un porcentaje de error muy bajo.

Otra de las medidas a toma en consideración debe ser el costo del aparato y su fácil construcción de ser necesario, reparación e implementación en nuestro medio.Como se mencionó anteriormente, debemos considerar un viscosímetro de un costo aceptable, en el campo laborar se debe economizar para obtener las mejores ganancias.

La facilidad de construcción y/o reparación, son también una variable importantísima para la selección de un instrumento adecuado, esto va le da mano con el aspecto económico anteriormente mencionado.

Además de lo anteriormente mencionado, nuestro instrumento a considerar debe ser de fácil manipulación una vez que ya lo hayamos obtenido, es muy importante ya que en una empresa el tiempo que se tarde un operario en realizar cierta actividad es directamente proporcional a las ganancias o pérdidas que se obtenga, por eso un instrumento de fácil uso sería el más indicado.

La temperatura de nuestro equipo debe tener márgenes estrictos, ya que de esto depende la toma de lecturas, para poder encontrar una relación real entre los datos medidos y las relaciones teóricas, además de una correcta toma de datos.Por lo tanto es también de mucha importancia considerar esta variable.

La implementación en nuestro medio es también muy importante de considerar ya si es un equipo comprado, es decir importado, este debe poder adaptarse a las condiciones de trabajo y variables que nuestro medio ofrece, al cual nosotros estamos acostumbrados, por lo tanto se debe tomar en cuenta este punto.