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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
LABORATORIO DE INGENIERIA MN412 “C”
LUBRICANTES
GRUPO 1
ALUMNOS: ICANAQUE CESPEDES HUGO ALBERTO 19961028J MEDRANO RAMIREZ PEDRO PABLO 19920271G LAZARO GIRALDO JUAN CARLOS 19990299H HUAMANI HINOSTROZA YURI 19991157B CHUQUILLANQUI HERRERA LUIS 19991104F NUÑEZ BARRERA ALEX 19991032E
PROFESOR: ING SINCHI
2002
I RESUMEN TECNICO1
En el presente informe de laboratorio la viscosidad cinemática de un aceite
"desconocido” se debe medir por medio de un instrumento normalizado como lo es el
viscosímetro Redwood que descarga 50 cc. de aceite en un matraz receptor, por
supuesto, la viscosidad nos saldrá en segundos Redwood y Midiendo el Tiempo de
Vaciado con Cronometro; Luego medimos la densidad del aceite a la temperatura de
trabajo por medio del Hidrómetro y Apoyándonos en la Ecuación Empírica para
Reedwood = At - B/t Podemos Encontrar la Viscosidad del Lubricante .
Los pasos realizados en el laboratorio son los siguientes:
1. Teniendo 300ml de lubricante en una probeta medimos la densidad relativa con un
hidrómetro, la cual se encuentra normalizado para la cantidad de lubricante a utilizar.
2. Realizamos la limpieza del viscosímetro Reedwod utilizando tiner, también la
limpieza de la probeta utilizando waype.
3. Se echa agua y lubricante al viscosímetro, tapando la salida del lubricante luego se
conecta el reóstato (resistencia variable) para el calentamiento y así variamos la
temperatura.
4. Una vez llegada a la temperatura de 38.7ºc se saca el tapón (esfera para tapar el
orificio) dejando caer el lubricante una cantidad de 50 ml. y medimos el tiempo que
demora, teniendo en cuenta que la temperatura del agua y del lubricante se mantengan
constantes. lo mismo se repite para las temperaturas de 54.4ºc y 98.8ºc ya que estas
temperaturas se encuentran normalizadas.
I N D I C E
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I. Carátula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
II. Resumen Técnico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
III. Índice. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
IV. Objetivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
V. Fundamento Teórico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8
VI. Aparatos Utilizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-9
VII. Procedimiento de calculo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-11
VIII. Tablas y Graficas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . .12-14
IX. Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
X. Observaciones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …. 16
XI. Bibliografía. . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . .16
XII. Anexos . . . . . . . . . . . . .. .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . 17-20
III. OBJETIVOS
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Los principales objetivos del presente laboratorio son:
1) Aprender a Calcular la densidad relativa del Lubricante Mediante el uso del
Hidrómetro
2) Calcular en forma experimental la viscosidad cinemática de diferentes tipos de
lubricantes mediante el viscosímetro Redwood.
3) Determinar que Propiedades tiene el Lubricante
SIMBOLOGIA
Viscosidad absoluta.
: Viscosidad cinemática.
Densidad
SRe : Segundos Redwood
SAE : Sociedad de Ingeniería Mecánica.
ASTM: Sociedad Norteamericana de Ensayo de Materiales.
API : Instituto Americano del Petróleo.
I.V : Indice de viscosidad.
pViscosidad absoluta a presión
Viscosidad absoluta a presión atmosférica normal.
P : Presión
A,B : Constantes de ensayo empírico.
IV. FUNDAMENTO TEORICO
Viscosidad:4
Es la propiedad de los fluidos, mediante la cual tratan de oponerse a la acción de los
esfuerzos cortantes, también se le define como el resultado de la fricción
intermolecular que existe en el seno del fluido cuando las capas adyacentes que la
conforman tienden a deslizarse una sobre otra. Existen dos clases de viscosidad: la
dinámica o absoluta y la cinemática.
En todo desplazamiento relativo entre dos superficies con tendencia al contacto, existe
frotamiento, el cual conlleva a una perdida de energía que puede estimarse en un 5%
del total de energía suministrada, en algunos casos como en motores de combustión
interna entre 8 y 12%.
Para tratar de reducir estas perdidas se interpone entre estas dos superficies un cuerpo,
que esa capaz de disminuir el frotamiento o desgaste, denominado lubricante que
generalmente son derivados del petróleo o sólidos como el MoS2, grafito, tungsteno y
siliconas.
El lubricante, disminuye el calor, al comportarse como refrigerante , ya que enfría los
objetos en movimiento; también cumple el papel de sellado que consiste en cortar el
flujo de gases de combustión, por ejemplo entre el cilindro y el pistón; protege las
partes metálicas contra la corrosión, se les utiliza también como dialécticos en los
transformadores.
En el caso del aceite derivado del petróleo, su propiedad más importante es la
viscosidad, que es la que determina la capacidad física del fluido para mantener
lubricación, además es proporcional a la capacidad de soportar carga.
Adicionalmente para mejorar las propiedades del aceite se le agregan unas sustancias
aditivas que pueden clasificarse en :
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Antioxidante: evita la presencia de óxidos.
Antiespumante: evita las bolsas d aire, producidas en un proceso de agitamiento por
ejemplo en un motor: cárter y el cigüeñal.
Detergente: limpia las zonas en funcionamiento.
Altas presiones: permite que el aceite resista altas presiones de trabajo ejemplo:
entre en un eje (macho y bocina).
La calidad del lubricante está normalizada según su viscosidad (SAE), aditivo (API)
SAE: referido a la viscosidad absoluta =
delgado 10 - 20
grueso 50
dependiendo de la unidad de tiempo ( SRe, SSU ) y la temperatura de medición
SAE - 120 se aplica en la caja de cambios.
SAE - 150 se aplica en la cioronona para resitir presiones.
APAI: SA, SB, SC ,…, SG,…, SZ
(actual)
Los aceites lubricantes pueden clasificarseen aceites monogrado y multigrado.
- monogrado : 1 grado (SAE 10 , SAE 20)
- multigrado : caracteristicas de varios aceites (SAE 20- 50), son los más utilizados
en el mercado porque su viscocsidad permanece constante aun variando la
temperatura.
Determinación de la Densidad del aceite:
METODO DE HIDROMETRO.-
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Determina la gravedad específica de líquidos no volátiles. Consta de un bulbo pesado,
(adecuado para ciertas gravedades específicas) y un vástago graduado donde se lee
directamente la gravedad especifica del líquido.
El valor de la gravedad especifica esta determinado por el valor que señala el líquido en
su superficie al tocar el vástago numerado del hidrómetro.
La temperatura Standard normalmente es 15oC, la temperatura del líquido, la del
hidrómetro y la del recipiente del líquido deben ser iguales.
Determinación de la Viscosidad cinemática:
La viscosidad cinemática se determina mediante el tiempo total necesario para que un
aceite escurra por un tubo capilar por accion de la gravedad (donde este tiempo varia
proporcionalmente con la viscosidad e inversamente con la densidad) según el
viscosímetro utilizado, luego mediente operaciones se da el verdadero valor de la
viscosidad en poises. Los viscosímetros más empleados son el Seybotl (USA),
Redwood (Inglés) y el Engler (EURO).
- Reemplazando en la ecuación Empírica Para el Viscosímetro de Reedwood
Viscosidad Cinemática (cm^2/seg)
t = Tiempo Reedwood (seg)
A = 0.0026 B = 1.72 ctes
Método del Ensayo.
El viscosímetro a emplear es el Redwood, este viscosimetro trabaja con temperaturas
estandar de 70, 100, 130, y 210 ºF y mide bajos niveles de viscocidad pues trabaja con
agua, sustancia que regula temperatura del aceite (máx. Tagua = 100 ºC). Sabemos que
= A.t - B/t
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en la mayoria de aceites la viscosidad varia con la temperatura, por eso durante el
ensayo se debe mantener una temperatura constante para obtener un valor más preciso
si es posible calentar el aceite en unos 1ºC más que el necesario , pues al vaciarlo al
recipiente del viscosimetro Redwood pierde calor por conveccion.
La cantidad de aceite a emplear es de 50 cc., los resultados están expuestos segun el
tiempo de escurrimeinto del aceite en segundos Redwood. L anorma a consultar para la
determinacion exacta de la viscocidad es IP 70 - 46.
V. APARATOS.Los principales instrumentos y equipos utilizados en la experiencia son:
1. - Muestra de aceite, Agua, 1 Vasija
- Hidrometro
- Un Reóstato, que sirve para calentar el aceite hasta la temperatura deseada.
2.- Viscosímetro Redwood.
Marca: STANHOPE - SETA Made in England
Consta de las siguientes partes:
Una probeta con indicador de punta, que da el nivel máximo de llenado de la
muestra de aceite a vaciar.
Resistencia en espiral que rodea la probeta regularizada por un reostato que
mantiene la temperatura del agua a la temperatura de análisis (la mantiene
constante).El agua se encuentra en un recipiente que rodea a la probeta.
Un borde ajustable donde se introduce el termómetro para medir la temperatura del
agua (ubicada en el recipiente más grande) y otra en la probeta para medir la
temperatura del aceite.
Un tubo capilar, ubicado en la base de la probeta que es por donde escurre el aceite.
I tapón, que cubre el orificio del tubo capilar.
Una bureta, donde se vierte el aceite escurrido (50 cc. Calibrada.)
Una tubería de descarga del agua.
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3.-Cronometro
4.- 2 Termómetros
Que sirven para medir la temperatura del agua y la Temperatura de operación del
Lubricante Tmax 155 c
VI. PROCEDIMIENTO
Para la determinación experimental de la viscosidad e índice de viscosidad de una
muestra de aceite dada, fueron necesarias tres mediciones de viscosidad en segundos
Redwood (SRe) a 100 ºF (37.8 ºC) , 130 ºF (54.4 ºC) ,210 ºF (98.8 ºC).
1.- Medición de la Densidad:
Teniendo 300ml de lubricante en una probeta medimos la densidad relativa con un
Hidrómetro, la cual se encuentra normalizada para la cantidad de lubricante a utilizar.
La cual Fue : (relativa ) = .84
2.- Mediciones de Viscosidad:
Realizamos la limpieza del viscosímetro Reedwod utilizando tiner, también la
limpieza de la probeta utilizando waype
Se echa agua y lubricante al viscosímetro, tapando la salida del lubricante luego se
conecta el reóstato (resistencia variable) para el calentamiento y así variamos la
temperatura .
El agua se calentó dentro del compartimeto para el agua en el viscosímetro; una vez
alcanzada la temperatura de medición se regula el reostato par mantener esta
temperatura.9
Se vierte el aceite la probeta del viscosímetro, hasta alcanzar la medida señalada por
la aguja indicadora que tiene la probeta en su interior.
Se coloca debajo una bureta de por lo menos 50 cm3 de capacidad.
Se retira el tapón del la probeta del aceite y se mide el tiempo (en segundos) que
tarda en escurrir 50 cm3. de aceite Para Cada temperatura Indicada Anteriormente. El
tiempo medido nos indica la viscosidad cinemática del aceite en segundos Redwood
(SRe).
*Las temperaturas fueron medidas con dos termómetros en grados centígrados. (uno
para el aceite y el otro para el agua).
*El aceite pudo haber sido calentado conjuntamente con el agua dentro de la probeta
del viscosímetro.
VISCOSIMETRO REDWOOD
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VII. CALCULOS Y RESULTADOS - Tenemos el valor de la Densidad del lubricante igual .84 gr/cm^3
- Tenemos los Valores de Temperatura de Medición 37.8, 54.4, 98.8
- Medimos el Tiempo para esta Temperaturas
- Reemplazando en la ecuación Empírica Para el Viscosímetro de Reedwood
Viscosidad Cinemática (cm^2/seg)
t = Tiempo Reedwood (seg)
A = 0.0026 B = 1.72 ctes
T (°C) t (s) (cm^2/seg)37.8 467.7 1.2112354.4 223.9 0.5744598.8 57.73 0.1203
= A.t - B/t
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Se observa que la Viscosidad cinemática disminuye con la temperatura
TEMPERATURA(°C) TIEMPO(s)
37.8 467.754.4 223.998.8 57.73
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Se observa que el tiempo de Llenado del Lubricante a la Probeta Disminuye con Respecto
al Aumento de la Temperatura de Operación del Lubricante
TEMPERATURA(°C) VISCOSIDAD ABSOLUTA(cp)
37.8 101.83654.4 48.298.8 10.1
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Se Observa que la Viscosidad Dinámica Disminuye con el Aumento de la
temperatura.
-Utilizando tablas normalizadas de aceites lubricantes, y con los valores obtenidos en
los cálculos previos, encontramos que el aceite estudiado es SAE 30.
VIII. CONCLUSIONES
*Aprendimos a calcular la densidad del lubricante teniendo presente que la temperatura
del lubricante no varié en el rango de trabajo de 100°F Hasta 210°F usando
instrumentos normalizados, lo cual nos permitirá una medida correcta.
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*En el Laboratorio se calculo experimentalmente la viscosidad cinemática Usando el
tiempo de vaciado del viscosímetro Reedwood, Usando un Criterio de Seguridad Física
En Comparación del Viscosímetro Saybolt
* Recordemos que la densidad varía con la temperatura y puede presentarse el caso de
un enfriamiento del aceite y mala Lectura de los Termómetros nos llevaría a una
medida de Viscosidad errónea.
*Analizando los resultados de viscosidad obtenidos, podemos decir que la viscosidad
disminuye con la temperatura , debido a que el tiempo que demoró en pasar el aceite a
210 ºF fue menor que el tiempo que tardó en pasar a 100 ºF.
OBSERVACIONES:
- Al tratar de mantener al agua y al lubricante nos damos cuenta que no se puede
hacer con exactitud ya que siempre hay una pequeña variación de temperatura en el
agua como en el lubricante.
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- Cuando calculamos el tiempo de vaciado del lubricante para cada una de las tres
temperaturas normalizadas se observa que mientras mayor es la temperatura del
lubricante demora menos tiempo en el vaciado ya que se vuelve menos viscoso.
- Al tratar de mantener al agua y al lubricante a la misma temperatura se tiene que
estar sacando agua caliente y manteniendo agua fría al viscosímetro de reedwod ya que
el agua aumenta su temperatura más rápida que el lubricante y así tratar de
mantenerlos a la misma temperatura.
BIBLIOGRAFIA
* El Laboratorio del Ingeniero Mecánico. Jesse Seymour Doolittle.
* Manual de Laboratorio de Ingeniería Mecánica I
Profesores de Dpto. de Energía - FIM.
* Los Lubricantes y su Aplicación
Edmundi M.
* Manual de Productos Petrolube / Pág. 6
ANEXOS
Importancia de los lubricantes y la lubricación
A primera vista, parece que el título es muy largo para cubrir su aspecto que todos los
automovilistas "dominan", además, es harto conocido que los aceites lubricantes por
derivados del petróleo y que en los últimos años aparecieron los lubricantes sintéticos,
los cuales son más eficientes y duraderos.
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Pero si usted sigue con atención esta serie de artículos descubrirá que los aceites y la
lubricación son un poco mas que eso.
Los objetivos primarios de la lubricación en los motores de combustión interna son:
1.-Reducir a un mínimo la fricción.
2.-Mantener la temperatura de las partes móviles dentro de límites tolerables.
Para lograr los objetivos antes citados se necesita que el lubricante cumpla con una
serie de funciones que conoceremos mas adelante.
ACCIÓN DEL LUBRICANTE
Ninguna superficie es completamente lisa. Aun las superficies altamente pulidas
cuando son examinadas bajo un microscopio muestran formas de picos y valles.
Si una pieza gira dentro de otra, sin lubricación, habrá considerable fricción debido a
la tendencia al acoplamiento entre "picos y valles".
La fricción genera calor y la elevada temperatura reduce las cualidades de resistencia
al desgaste hasta el punto en que se inicia el deterioro de las superficies en contacto.
El lubricante que se interpone entre las piezas, figuras, reduce la fricción debido a una
película que evita el contacto entre las superficies.
La disminución de la fricción permite mayor libertad de movimiento y reduce
enormemente la cantidad de calor generado.
CLASIFICACION DE LOS LUBRICANTES
El diseño del motor y las condiciones de operación determinan el tipo de lubricante
que debe usarse, por lo tanto deben seguirse siempre las recomendaciones del
fabricante del vehículo para emplear el aceite adecuado.
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El mismo se seleccionará por su viscosidad, en base a la clasificación SAE (Society of
Automotive Engineers) y por el nivel de servicio API (American Petroleum Institute).
El API ha clasificado por letras los niveles de servicio para vehículos nafteros y diesel.
Se emplea la letra "S" para identificar los aceites para motores nafteros y la letra "C"
para los gasoleros.
Ambas van acompañadas de una segunda letra que indica el nivel de desempeño del
aceite, es decir, la aplicación para la cual han sido formulados. Comienzan por la letra
“A” para el menos exigido, aumentando en orden alfabético a medida que aumenta la
exigencia.
Los niveles definidos por la clasificación API se muestran en las tablas siguientes.
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Clasificación API para motores nafterosNivel API Características
SF (1980) Mayor estabilidad a la oxidación y características antidesgaste. Obsoleta.
SG (1989) Mejor control de la formación de depósitos, oxidación del aceite y desgaste. Obsoleta.
SH (1993)Mejor protección respecto del nivel SG, fundamentalmente en el control de depósitos, oxidación del aceite, desgaste y corrosión. Estos aceites han sido aprobados siguiendo el "Código de Práctica" del CMA (Chemical Manufacturers Association)
SJ (1996)Categoría definida este año, siendo mandatoria en 1997. Mejor control de la formación de depósitos, mejor fluidez a bajas temperaturas, mayor protección del motor a alto número de vueltas, menor consumo de aceite.
Clasificación API para motores dieselNivel API Características
CF-4 (1990)Motores turbo o sobrealimentados para servicio severo, especialmente en carretera. Reemplaza al nivel CE con mejor control del consumo de aceite y formación de depósitos en los pistones.
CF (1994)Motores de aspiración natural, turbo o sobrealimentados, que pueden usar gas-oil con diferentes contenidos de azufre. Efectivo control de la formación de depósitos en los pistones, desgaste y corrosión en cojinetes. Reemplaza al nivel CD.
CF-2(1994)Motores diesel de dos tiempos que requieren un efectivo control del desgaste de aros y cilindros y de la formación de depósitos. Reemplaza al nivel CD-II. No necesariamente cumple los requerimientos de los niveles CF o CF-4.
CG-4(1994)
Motores diesel para servicio severo, tanto en carretera (gas-oil con bajo contenido de azufre: 0,05% p) como vehículos todo terreno (gas-oil con contenido de azufre máximode 0,5% p) Efectivo control de los depósitos de alta temperatura, desgaste, corrosión, espuma, oxidación del aceite y acumulación de hollín. Diseñado para cumplir con las normas sobre emisiones de 1994. También se puede emplear cuando se requieran aceites de nivel CD, CE y CF-4
CH-4 (1998)Motores diesel para servicio severo, que emplean gas-oil con alto o bajo contenido de azufre, y que deben cumplir con estrictas normas de control de emisiones. Ha mejorado el control de depósitos (excelente nivel dispersante), el desgaste y la resistencia a la oxidación.
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