Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
PRACTICA N° 3 EVALUACION EVALUACION DEL
COMPORTAMIENTO REOLOGICO DE UN LUBRICANTE I.
OBJETIVO •
II .
Reconocer el comportamiento reologico de un aceite lubricante por medio medio de la medición medición de su viscosida viscosidad d encontra encontrado do por la técnica de viscosidad rotacional y la interpretación de los resultados plasmados en gráfcos
INFORMACIÓN BA BASICA
Reología en Políe!o" Los productos de polímero se han utilizado durante mucho tiempo para una variedad de aplicaciones en nuestra vida cotidiana, así como para algunas aplicaciones más exóticas, como dispositivos biomédicos, aviones de supersuperalta velocidad y vehículos del espacio ultraterrestre !tras aplicaciones son demasiado numerosas para mencionarlas todas a"uí #ay muchos pasos involucrados en la producción de productos productos poliméricos, desde la síntesis de materias primas hasta la $abricación de los productos terminados %e las muchas etapas implicadas, la etapa de $abricación &procesamiento' (uega un papel $undamental en la determinación de la calidad de los productos fnales )l procesamiento exitoso de materiales poliméricos re"uiere una buena comprensión de su comportamiento reológico &#an *+, *+.*' /sí, existen relaciones íntimas entre la reología del polímero y el procesamiento del polímero La reología es la ciencia "ue se ocupa de la de$ormación y 0u(o de la materia 1or lo tanto, la reología del polímero es la ciencia "ue se ocupa de la de$ormación y el 0u(o de materiales poliméricos 1uesto "ue hay una varie variedad dad de mater material iales es polim poliméri éricos cos,, podemo podemos s clasif clasifcar car la reolo reología gía del políme polímero ro adicio adicional nalmen mente te en di$er di$erent entes es catego categoría rías, s, depend dependien iendo do de la naturaleza de los materiales poliméricos2 1or e(emplo, &*' la reología de los polímeros homogéneos, &3' la reología de mezclas de polímeros miscibles, &4' la reolo reología gía de mezcl mezclas as de polím polímer eros os inmisc inmiscibl ibles es,, &5' &5' la reolo reología gía de políme polímero ros s llenos llenos de partí partícul culas as,, &6' &6' la reolo reología gía de fbra fbra de vidrio vidrio &' la reología de las espumas poliméricas, &.' la reología de los termoendurecibles, &+' la reología de los copolímeros de blo"ues, y &*7' la reología de los polímeros lí"uido-cristalinos 8ada uno de estos materiales poliméricos presenta sus propias características reológicas 9nicas /sí, se necesitan di$erentes teorías para interpretar los resultados experimentales del comportam comportamiento iento reológic reológico o de di$erente di$erentes s materiale materiales s polimérico poliméricos s :in embargo, en la actualidad no tenemos una teoría comprensiva "ue pueda describir el comportamiento reológico de algunos materiales poliméricos y por lo tanto debemos recurrir a correlaciones empíricas para interpretar el *
Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
comportamiento reológico observado experimentalmente de esos materiales )ntonces es (usto afrmar "ue una comprensión completa del comportamiento reológico de todos los materiales poliméricos sigue siendo un verdadero desa$ío Las propiedades reológicas de los materiales poliméricos varían con sus estructuras "uímicas 1or lo tanto, es altamente deseable poder relacionar las propiedades reológicas de los materiales poliméricos con sus estructuras "uímicas 1or e(emplo, uno puede preguntarse; <1or "ué las propiedades reológicas del poliestireno son tan di$erentes de las propiedades reológicas del polietileno ba(o una condición de 0u(o idéntica= %esa$ortunadamente, en la actualidad no existe una teoría molecular completa "ue pueda responder a una pregunta aparentemente simple y $undamental #
%$Con&e'(o )e V*"&o"*)a) )l concepto de viscosidad nació con >e?ton, cuando en su obra @1hilosophiae >aturalis 1rincipia Aatemática@ La viscosidad es la resistencia de un 0uido cual"uiera a 0uir, deslizarse La hipótesis propuesta por >e?ton se suele representar con un es"uema como el de la Bigura 4*, en el "ue se muestra dos superfcies de superfcie /, separadas por una distancia C, estando una de ellas sometida a una $uerza B "ue le provoca una velocidad D /l mismo tiempo, se suele describir matemáticamente los principios establecidos por >e?ton a partir de una expresión matemática como la ecuación 4* #+%,
&4*' %onde
E &BF/' d γ γ´ = dt
)s el es$uerzo por unidad de área o es$uerzo de cizalla )s el gradiente de velocidades, también llamado velocidad
de de$ormación o
3
Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
velocidad de cizalla dV ( ) dX Figura 3.1. Experimento hipotético basado en las afirmaciones de Newton.
Mo)elo" )e -/o Auchos modelos se han propuesto para el tratamiento de los datos experimentales para describir el comportamiento de las propiedades de 0u(o de las sustancias :in embargo es muy posible "ue un 9nico modelo no correlacione satis$actoriamente el comportamiento de una determinada sustancia en un amplio intervalo de cizallas / pesar de ello, estos modelos son 9tiles para correlacionar el comportamiento de una gran cantidad de sustancias y se encuentran com9nmente en la bibliogra$ía #3%.
Figura 3.2. Curvas de fluo para distintos tipos de comportamientos.
A&e*(e" L0!*&an(e" Gn lubricante es una sustancia "ue se interpone entre dos superfcies &una de las cuales o ambas se encuentran en movimiento', a fn de disminuir la $ricción y el desgaste Los aceites lubricantes en general están con$ormados por una Hase más /ditivos Los aceites lubricantes, cual"uiera sea su origen inicial, tienen dos grandes componentes2 las bases lubricantes "ue determinan las propiedades del lubricante, tales como viscosidad, color, etc y los aditivos, los cuales adecuadamente combinados brindan las características propias de cada aceite lubricante pudiendo componer entre un 47I y un 3I del aceite lubricante Los aditivos me(oran las propiedades $ísicas y "uímicas de los lubricantes
Fn&*one" )e lo" l0!*&an(e"
Los lubricantes no solamente disminuyen el rozamiento entre los materiales, sino "ue también desempeJan otras importantes misiones para asegurar un correcto $uncionamiento de la ma"uinaria, manteniéndola en estas condiciones durante mucho tiempo )ntre estas otras $unciones, cabe destacar las siguientes; - Re$rigerante - Lubricante - )liminador de impurezas - :ellante - /nticorrosivo y antidesgaste - Kransmisor de energía
P!e0a" )e e1ala&*2n )e"e'e4o
4
Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
Realizar pruebas del aceite lubricante ba(o las condiciones normales de traba(o es la me(or $orma de evaluar su desempeJo :in embargo, en la mayoría de los casos, es costoso e impractico 1or tanto se han desarrollado más cortas y menos costosas en laboratorios, para tales evaluaciones )stas pruebas tienen la habilidad y de predecir o reproducir con bastante confabilidad algunos aspectos de comportamiento del aceite lubricante en servicio )stas pruebas son; - O5*)a&*2n; La oxidación de un aceite lubricante depende de la temperatura, cantidad del oxígeno contenido en el producto y del e$ecto catalizador de los metales - E"(a0*l*)a) (6!*&a ; )s la habilidad de un aceite o aditivo para resistir la descomposición ba(o la exposición a altas temperaturas - P!o(e&&*2n a la 7e!!0!e ; La herrumbre en metales $errosos es una reacción "uímica "ue se inicia casi inmediatamente cuando estos materiales se exponen al aire y la humedad - E"'a; La prueba de espuma más usada es a"uella "ue se introduce aire en la muestra de aceite, "ue se mantiene a una temperatura específca, por un periodo determinado de tiempo - An(*)e"ga"(e e5(!ea '!e"*2n ; )l desgaste se clasifca en cuatro rangos de acuerdo a su causa; abrasivo, corrosivo o "uímico, adhesivo y por $atiga - El"*0*l*)a) )el"*0*l*)a) ; )s la capacidad de un aceite de emulsionarse con agua )l aceite "ueda suspendido en el agua en partículas min9sculas en una $orma más o menos estable - )n algunos casos se re"uiere "ue el aceite se emulsione, en tanto "ue, en otras aplicaciones se re"uiere lo contrario - Un(o"*)a); La untuosidad es la propiedad "ue representa mayor o menor adherencia de los aceites a las superfcies metálicas a lubricar y se manifesta cuando el espesor de la película de aceite se reduce al mínimo, sin llegar a la lubricación límite #8%
III.
PARTE E9PERIMENTAL
Ma(e!*ale", • • • • •
/ceite lubricante 3 ba(a lenguas o varillas de madera 1apel toalla uantes "uir9rgicos %etergente &limpieza de e"uipo'
E:*'o, • • • • •
Discosímetro rotacional Discolead :erie !>) Kermo agitador Kermómetro laser Daso precipitado de *777ml 8ronometro
P!o&e)**en(o 5
Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
•
•
•
•
•
•
•
IV.
:e da comienzo con la toma de muestra del aceite lubricante, por lo cual en el vaso precipitado de *777ml rociar un mínimo de 67 ml de la muestra, tener cuidado de no generar burbu(as al momento, para ello dar una leve inclinación al vaso y echar la muestra Llevar el vaso conteniendo la muestra al termo agitador y programar calentamiento &la temperatura será indicado al realizar el ensayo' 8on ayuda del ba(a lenguas o varilla de madera, batir la muestra, evitar "ue se llene de burbu(as, esto ayudara a homogenizar la temperatura del 0uido :e debe vigilar el cambio de la temperatura del 0uido con ayuda del termómetro laser /l darse la temperatura indicada en el 0uido, retirar y empezar la toma de medición de la viscosidad con el Discosímetro Rotacional &la operación del e"uipo será realizado de acuerdo al protocolo de laboratorio y responsable' La instalación del Discosímetro Rotacional será llevado a cargo por Laboratorio, la muestra al tener una temperatura será vigilado de igual $orma como se mencionó, con ayuda del termómetro laser Los datos de viscosidad serán anotados en la Kabla 4*, tendrán un intervalo de *6 segundos cada toma de dato para una misma velocidad, por e(emplo; M:e ha tomado el primer resultado dándonos una velocidad y viscosidad, se espera *6 segundo para la siguiente toma de muestraN /l término de la práctica, cada accesorio y e"uipo será limpiado con papel toalla y posterior a lavado con bastante agua y detergente, como también la zona de traba(o
RESULTADOS
Los resultados obtenidos en la práctica son anotados en la siguiente Kabla 4*; Tabla 3.1 esultados de !elocidad y !iscosidad 6
Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
Kemperatura &O8' #usillo Delocidad
γ
Discosidad P &c1'
&R1A'
V.
Delocidad
γ
Discosidad P &c1'
&R1A'
CUESTIONARIO 8ompletar la siguiente Kabla 43 con los promedios de viscosidad y su respectiva velocidad; Tabla Delocidad &s-*'
γ
Discosidad prom P &m1as'
)s$uerzo de cizalla E &1a'
3."
esultados para obtener la cur#a de #iscosidad
1ara la obtención del )s$uerzo de cizalla seg9n la ley de >e?ton;
Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
/lgunas conversaciones necesarias;
=
1 RPM
1 60
1 cP=1 mP.
•
• •
segundos
s
rafcar )s$uerzo de cizalla E &1a' versus Delocidad de cizalla
incluir la línea de tendencia y ecuación de la recta en ho(a milimetrada Qnterprete la gráfca anterior untar los gráfcos de cada grupo de laboratorio realizado en los distintos días con di$erentes temperaturas y grafcar )s$uerzo de cizalla E &1a' versus Delocidad de cizalla
•
γ s-*,
γ
s-* indicando en cada
grafca la temperatura de la muestra
Qnvestigue sobre; • •
• •
VI.
)$ecto de la temperatura sobre la viscosidad de un 0uido )$ecto del peso molecular y su distribución en la viscosidad en los polímeros Sue son los lubricantes monogrados y multigrados :eg9n la experiencia obtenida, O 3'= ustif"ue su respuesta
CONCLUSIONES $n mínimo de 3 conclusiones
VII.
BIBLIOGRAFIA
#$%Rheology and 1rocessing o$ 1olymeric Aaterials - 8hang %ae #an %epartment o$ 1olymer )ngineering Khe Gniversity o$ /Tron U 8ap* MRelationships bet?een 1olymer Rheology and 1olymer 1rocessingN 1ág 52 Cear 1ub 377
#+%; Bluidos Discosos U Qng Ruben Aarcano2 1ág 3, /Jo 37*7 #3%; Bluidos Discosos U Qng Ruben Aarcano2 1ág 6, /Jo 37*7
Laboratorio de Materiales Poliméricos y Compuestos Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales
#8% Libro de Lubricantes, /Jo Hiblioteca de K)8:G1, 1rograma M!peración de Aa"uinaria 1esada; Kécnicas de AantenimientoN, 1ág 3*
377,
.
