PRÁCTICA DE LABORATORIO No. 10 VISCOSIDAD EN PRODUCTOS ASFÁLTICOS 10.1 OBJETIVOS: 10.1.1 Conocer el procedimiento para determinar la viscosidad Saybolt Furol de materiales bituminosos a temperaturas específicas entre 248 y 464 °F (120 y 240 °C).
10.2 NORMAS: Norma ASTM Título de norma D-88-94 (Reaprobado 1999) E-102-93 (Reaprobado 1997)
Volumen Título de volumen
“Standard Test Method for Saybolt Viscosity” (Método Estándar de ensayo para viscosidad Saybolt) “Standard Test Method for Saybolt Furol Viscosity of Bituminous Materials at High Temperatures” (Método Estándar de ensayo para viscosidad Saybolt Furol de materiales bituminosos a altas temperaturas)
04.04
Roofing, Waterproofing, and Bituminous Materials
04.04
Roofing, Waterproofing, and Bituminous Materials
Nota: Normas ASTM provenientes provenientes de edición del año 2003.
10.3 MARCO TEORICO
Se define a la viscosidad como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas. De esta forma, se observa que el aceite frío tiene una alta viscosidad y se derrama muy lentamente, mientras que el agua tiene una viscosidad relativamente baja y se derrama con bastante facilidad. Cuando un fluido se mueve, se desarrolla en él una tensión de corte, cuya magnitud depende de la viscosidad del fluido, es decir que en un fluido como el agua, el aceite, el alcohol o cualquier otro líquido común, encontramos que la magnitud de la tensión de corte es directamente proporcional al cambio de velocidad entre diferentes posiciones del fluido. El hecho de que la tensión de corte del fluido es directamente proporcional a la rapidez de cambio de la velocidad del fluido v con respecto de la posición y puede establecerse de la siguiente manera:
= En donde
(v/ y)
es la viscosidad dinámica del fluido.
Por otro lado, la viscosidad cinemática es el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido. Todos los fluidos presentan variaciones de la viscosidad con la temperatura. Por ejemplo, el asfalto es imposible de vaciar cuando esta frío, lo que indica que tiene una viscosidad alta. A medida que la temperatura va aumentando, su viscosidad disminuye. Los asfaltos son termoplásticos, es decir se vuelven más viscosos a medida que la temperatura disminuye y más blandos cuando la temperatura aumenta. Esta característica se conoce como susceptibilidad a la temperatura y varía entre asfaltos de petróleos de diferente origen, aún si los asfaltos tienen el mismo grado de consistencia. Esta propiedad se muestra en la siguiente ejemplo en donde se muestra los datos de viscosidad a diferentes temperaturas de una mezcla asfáltica:
160
140
120
100
Viscosidad
80 60
40 20
0 290
300
310
320
330
340
Temperatura Gráfica 10.1 Curva viscosidad vrs temperatura.
Existen distintos procedimientos para medir la viscosidad, entre estos se puede mencionar el viscosímetro de tambor giratorio, el viscosímetro de tubo capilar, el viscosímetro de caída de bola y el viscosímetro de SayboltFurol con el que se trabajará en el laboratorio. El viscosímetro de Saybolt-Furol está basado en el principio que establece la facilidad con que un fluido fluye a través de un orificio de diámetro pequeño es una indicación de su viscosidad. La muestra de asfalto se coloca en el viscosímetro para establecer después el tiempo requerido para tener 60 ml de asfalto. El tiempo resultante se reporta como la viscosidad del fluido en esa temperatura. La viscosidad de Saybolt Furol es el tiempo exacto, en segundos, que tarda en fluir 60 ml de muestra a través del orificio Furol calibrado bajo condiciones específicas. Esta viscosidad es calculada en Segundos Saybolt-Furol (SSF).
10.4 EQUIPO Y MATERIAL A UTILIZAR
Betún asfáltico 60-70. Thinner. Viscosímetro Saybolt. Baño Dos termómetros para el baño y de viscosidad Saybolt. Frasco recibidor. Cronómetro. Embudo filtro.
10.5 PROCEDIMIENTO a) Preparación del material. Calentar 100 gr. aproximadamente de muestra de asfalto y llevar la temperatura a no más de 1.7°C (3.0°F) sobre la temperatura de prueba. No precalentar la muestra dentro de los 28°C de su punto de inflamación.
b)
Preparación del aparato.
1.
Se coloca la el viscosímetro y baño en un lugar no expuesto a corrientes de aire y cambios de temperatura.
2.
La calibración del viscosímetro se debe realizar a la temperatura indicada en la tabla siguiente:
CARACTERISTICAS
VISCOSIDAD SAYBOLTFUROL (SSF)
Temperatura (°C)
50.0
Tiempo mínimo de Flujo en seg.
90
Tiempo máximo de Flujo en seg.
--
Diferencia máxima Admisible en %
1.0
Factor de corrección (Aplicable a toda viscosidad y temperatura)
F= V/t F= factor de corrección V= viscosidad del patrón T= Tiempo de flujo a 50°C
Corrección máximo admisible para ensayos diariamente
1.0
Tabla 10.1 Datos para calibración del viscosímetro
3.
Se limpia completamente el viscosímetro utilizando solvente de baja toxicidad.
4.
Se coloca el frasco recibidor debajo del viscosímetro de modo que la marca de graduación en el frasco este de 100 a 130 mm debajo del tubo del viscosímetro.
5.
Usar aceite de grado SAE 40 para temperaturas de prueba arriba de 300 °F (149 °C). Para temperaturas debajo de 300 °F usar aceites que tengan una viscosidad de aproximadamente 175 a 185 SUS a 210 °F (98.9 °C).
c) Procedimiento. 1.
Se establece y controla la temperatura del baño a la temperatura de prueba (60°C)
2.
Las temperaturas estándares para determinar la viscosidad Saybolt Furol de materiales bituminosos son 250, 275, 300, 325, 350, 400, y 450 °F (121, 135, 149, 163, 177, 204, y 232 °C).
3.
Se inserta un tapón de corcho en la cámara de aire en el fondo del viscosímetro. Debe estar bien sujeto para evitar el escape de aire.
4.
Una vez calentada la muestra a la temperatura de ensayo, se agita y se pasa a través del tamiz No. 100 colocado en el filtro embudo directamente en el viscosímetro hasta que el nivel este encima del borde de rebose.
5.
Se agita la muestra en el viscosímetro con el termómetro de viscosidad y empleando movimientos circulares de 30 a 50 r.p.m.
6.
Se remueve la muestra de manera que la temperatura permanezca constante dentro de 0.03°C respecto a la temperatura de prueba durante un minuto de agitación constante.
7.
Se verifica que el frasco recibidor este en posición correcta. Luego se tira el corcho del viscosímetro usando la cuerda y se inicia el conteo del tiempo.
8.
Se detiene el cronómetro en el instante en que el fondo del menisco de la muestra llegue a la marca de aforado en el frasco recibidor. Se registra este tiempo en segundos como el tiempo de flujo.
10.6 CALCULOS. Para obtener la viscosidad Saybolt-Furol (SSF) se multiplica el tiempo de flujo por el factor de calibración del viscosímetro. Los siguientes valores estándar de viscosidad Saybolt son usados para calibrar el viscosímetro Saybolt Furol: Aceite estándar
SUS a 37.8°C (100 °F)
SUS a 98.9°C (210 °F)
SFS a 50 °C (122 °F)
S3
36
---
---
S6
46
---
---
S20
100
---
---
S60
290
---
---
S200
930
---
---
S600
---
150
120
Tabla 10.2 Viscosidad Saybolt de Aceites estándares . El resultado se expresará en segundos con una precisión de 0.1 seg. También se registra la temperatura a la cual se realizó la prueba.
10.7 REFERENCIAS ASTM E 102-93 Norma del método de ensayo para la determinación la viscosidad Saybolt Furol de materiales bituminosos a altas temperaturas.
