Las dos formas de medir y reportar la viscosidad, cinemática y absoluta (también conocida como dinámica), suelen generar confusión entre quienes las utilizan con poca frecuencia. En este artículo, explicaré las diferencias entre ellas y daré algunos consejos sobre cómo aplicarlas a los fluidos lubricantes.
Viscosidad absoluta
La viscosidad absoluta se define como la resistencia de un fluido al corte (cizallamiento), o su resistencia a deformarse al ser sometido a una fuerza. En términos más simples, cuanto más espeso es el fluido, más energía se necesita para que fluya.
Viscosidad cinemática
La viscosidad cinemática, en sentido estricto, se define como la relación entre la viscosidad absoluta y la densidad.
Como una estricta definición de estados cinemáticos, la viscosidad absoluta y la viscosidad cinemática son directamente convertibles si se conoce la densidad del fluido. Esta relación puede expresarse como:
Viscosidad absoluta = Viscosidad cinemática x Densidad
Se deben utilizar las unidades SI adecuadas para emplear esta fórmula correctamente.
La densidad es una propiedad derivada de la masa y, dado que la masa y el peso son, para fines prácticos, proporcionales en cualquier parte de la superficie de la Tierra, la viscosidad cinemática a menudo se interpreta como la resistencia del fluido a fluir bajo fuerzas de gravedad.
Me gusta pensar en la viscosidad cinemática como un caso específico de viscosidad absoluta. Las fuerzas de corte introducidas por la gravedad son, en realidad, muy pequeñas en comparación con las fuerzas de corte introducidas por la interacción mecánica de los componentes de la máquina.
Ilustremos esta diferencia con un ejemplo. Supongamos que tiene un frasco de miel y otro de agua sobre la mesa. Los frascos están fijados a la mesa, por lo que no se pueden mover. Si introduce una cuchara en cada frasco y empieza a agitar, está introduciendo fuerzas de corte en el fluido. Tenga en cuenta que estas fuerzas no son creadas por la gravedad, por lo que se trata de una prueba de viscosidad absoluta.Obviamente, el fluido con mayor resistencia a la agitación es la miel, por lo que podemos concluir que la viscosidad absoluta de la miel es mayor que la del agua.
Ahora tome esos frascos, desmóntelos de la mesa e inclínelos de lado. Ambos fluidos fluirán fuera de los frascos. En este caso, la fuerza que provoca el flujo es la gravedad. Acabamos de realizar una prueba de viscosidad cinemática y hemos demostrado que la viscosidad cinemática de la miel es mayor que la del agua, ya que ofrece mayor resistencia a fluir fuera del frasco.
La viscosidad de un fluido, ya sea cinemática oabsoluta, varía según la temperatura a la que se mide. Por lo tanto, es fundamental indicar la temperatura a la que se efectúa la medición. Las unidades de medida se indican en la Tabla 1.
Tabla 1. Unidades de medida de la viscosidad
Fluidos Newtonianos
Hasta ahora, hemos mostrado que tanto las pruebas de viscosidad absoluta como la cinemática demuestran que la miel es más viscosa que el agua. Veamos otro ejemplo.
Usando los mismos dos frascos fijados a la mesa, llene uno con miel y el otro con mayonesa. Ahora, realice la prueba de viscosidad absoluta revolviendo los líquidos. La prueba mostrará que la miel es el líquido más viscoso.
Realice la prueba de viscosidad cinemática volteando los frascos. La prueba mostrará que la mayonesa es ahora el fluido más viscoso (la miel fluye más rápido que la mayonesa). ¿Cuál es, en primer lugar, la explicación de los diferentes resultados y, en segundo lugar, su importancia, al menos en lo que respecta a los lubricantes para maquinaria?
Para explicar los diferentes resultados, necesitamos conocer las propiedades newtonianas de un fluido.
Si relacionamos la viscosidad de un fluido con la fuerza de corte que experimenta, algunos fluidos muestran una viscosidad independiente de la fuerza de cizallamiento aplicada. Estos se denominan fluidos newtonianos, de los cuales la miel es un buen ejemplo.
Algunos fluidos tienen un perfil de viscosidad que varía según la intensidad del esfuerzo cortante. Estos se denominan fluidos no newtonianos, y la mayonesa es un ejemplo de ellos.
Cuando las velocidades de corte son bajas (prueba de viscosidad cinemática), el fluido no newtoniano presenta una alta viscosidad. Cuando el fluido se cizalla con mayor energía, como en la prueba de viscosidad absoluta, la viscosidad del fluido no newtoniano disminuye (Figura 1).
Figura 1. Relación entre la viscosidad y el esfuerzo de corte
¿Por qué es importante?
Entonces, ¿cuál es la importancia de esto para los fluidos lubricantes?
- La mayoría de los aceites lubricantes (véanse las excepciones a continuación) presentan propiedades casi newtonianas. Por lo tanto, la medición y el análisis de la tendencia de la viscosidad cinemática o absoluta no suponen ninguna diferencia.
- Los aceites que presentan significativamente más propiedades no newtonianas son:
- Lubricantes con aditivos mejoradores del índice de viscosidad
- Aceites degradados
- Emulsiones de aceite, que incluyen contaminación moderada por sólidos y/o líquidos y aire atrapado, todo lo cual puede crear emulsiones.
3. Dado que la fuerza de corte introducida mecánicamente, y no la gravedad, influye en el flujo del fluido lubricante en la máquina, es razonable afirmar que la prueba de viscosidad absoluta es el mejor método para determinar la viscosidad. Sin embargo, también es razonable asumir que cualquier factor que influya en un cambio en la viscosidad absoluta probablemente también influirá en un cambio en la viscosidad cinemática.
Mientras midamos y calculemos la tendencia con un solo método de medición (con reproducibilidad adecuada), deberíamos poder obtener buenos patrones de datos. Incluso si realizamos mediciones de viscosidad cinemática y sabemos intuitivamente que no son correctas para la máquina, siguen siendo susceptibles de tendencia. Por lo tanto, es mejor usar un solo método. Dicho en broma: es mejor equivocarse constantemente que acertar ocasionalmente.
- La viscosidad cinemática es el método comúnmente utilizado para medir e informar la viscosidad en el análisis de lubricantes usados, al menos en la mayoría de los laboratorios comerciales. Como se explicó en el párrafo anterior, probablemente no sea el mejor método, pero por razones históricas y de facilidad de uso, se ha convertido en el método dominante.
- La mayoría de los laboratorios comerciales utilizan un viscosímetro automático para medir la viscosidad cinemática. La mayoría de los instrumentos de laboratorio en sitio miden la viscosidad absoluta, pero la informan como viscosidad cinemática, considerando la densidad del fluido y realizando el cálculo correspondiente.
Generalmente, esto no supone un problema para obtener resultados que permitan predecir la tendencia, pero es importante asegurarse de que las determinaciones de viscosidad se realicen siempre a la misma temperatura. Esta puede ser la temperatura ambiente, pero asegúrese siempre de que los aceites tengan tiempo de alcanzar la temperatura ambiente en un ambiente climatizado antes de realizar la prueba.
No intente comparar los resultados de su laboratorio comercial de análisis de aceite con los de su laboratorio en sitio con demasiada precisión; serán diferentes, pero eso se debe a que miden factores distintos. Debería haber alguna correlación, pero no serán exactamente iguales.
La viscosidad se considera generalmente la propiedad más importante de un lubricante. Por lo tanto, poder medirla y comprenderla también es fundamental. Espero que esto haya aclarado un poco la comprensión del tema.
Referencias
- NASA. 2007.
- Wikipedia. 29/7/2007 http://en.wikipedia.org/wiki/Viscosity
Ashley Mayer. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América