LUBRICANTES ICANAQUE.DOC

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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