Grado Engler
Unidad fuera del SI de viscosidad convencional · magnitud: la resistencia de un líquido a fluir
La placa de una vieja bomba de engranajes exige a menudo un aceite «no más espeso que 8 °E a 50 °C», y quien está acostumbrado a los centistokes lee esa línea con perplejidad, pues detrás del número no hay sentido físico alguno. El grado Engler es una razón de dos tiempos: cuántos segundos tardan doscientos mililitros de líquido en salir de un recipiente de latón por una boquilla calibrada y cuántos segundos tarda la misma carga de agua desde el mismo recipiente. El agua vale por eso uno por definición, y un aceite que fluye ocho veces más despacio recibe ocho grados.
La unidad está construida de modo que el aparato sirve de patrón a sí mismo, y eso explica de un golpe tanto su comodidad como su desgracia: el embudo podía fabricarse en cualquier laboratorio de fábrica, pero en Alemania se hacía según Engler, en Gran Bretaña según Redwood, en América según Saybolt, y un mismo crudo recibía tres números incomparables. A los centistokes pasaron los tres solo en la segunda mitad del siglo veinte, mientras que las placas de bombas, reductores e instalaciones de fuelóleo quedaron escritas a la antigua, y hay que convertirlas todavía hoy.
01 · Definición
El grado Engler es la razón del tiempo de salida de doscientos mililitros del líquido ensayado al tiempo de salida de la misma carga de agua destilada a veinte grados Celsius, haciéndose ambas mediciones en un mismo aparato. Al tiempo del agua se le llama valor en agua; en un viscosímetro en condiciones queda en cincuenta y un segundos con una tolerancia de un segundo.
Existe una relación con la viscosidad cinemática, pero no es lineal, y la razón es enteramente física: el líquido abandona la boquilla no solo por rozamiento viscoso sino también por inercia, de modo que parte de la carga se va en energía cinética del chorro. Mientras el líquido es espeso, la corrección de inercia puede despreciarse y el grado se convierte a centistokes casi proporcionalmente, mientras que en los líquidos fluidos la corrección llega a ser comparable con la medición misma. Por esa razón la fórmula de Ubbelohde no se aplica por debajo de 1,35 °E, y el embudo Engler no se toma en absoluto para líquidos más fluidos que cinco milímetros cuadrados por segundo.
La temperatura de medición se indica siempre y entra en el registro en pie de igualdad con el número, pues la viscosidad de un aceite se reduce a la mitad cada veinte grados de calentamiento. La práctica alemana ensayaba a veinte, cincuenta y cien grados; la soviética, que heredó el mismo aparato bajo el nombre de viscosidad convencional, se atenía con más frecuencia a cincuenta y ochenta — y es esta última temperatura la que pasó incluso a las calidades de fuelóleo, donde el número de M-40 o M-100 viene de la viscosidad a ochenta grados.
Una magnitud definida por su propio aparato no tiene patrón en el sentido corriente de la palabra: lo reproducible no es la viscosidad, sino la pareja «recipiente más boquilla», calibrada con agua. De ahí tanto la exigencia de comprobar el valor en agua antes de cada serie como la prohibición de convertir grados ajenos cuando se ignora en qué aparato y a qué temperatura se obtuvieron.
Caliente la muestra con el deslizador y el chorro de la boquilla saldrá más deprisa: el cronómetro, y con él el grado Engler, responde a la temperatura mucho más bruscamente de lo que cabría esperar. La columna de la izquierda muestra cuánto tardan doscientos mililitros, y las líneas de la derecha, cómo un mismo estado lo leen cuatro escalas distintas.
La línea continua es la dependencia real de los centistokes respecto de los grados, la de puntos la simple proporción con factor 7,31. En los aceites espesos, a la derecha de la vertical, ambas líneas casi coinciden; a la izquierda, donde el líquido fluye con facilidad, la proporción sobrestima la viscosidad, porque el chorro abandona la boquilla por inercia. La marca roja señala la región por debajo de 1,35 °E en la que la medición sencillamente no se considera fiable.
02 · Conversión
Escriba lo que figura en la placa
Todas las escalas convencionales se reducen a una sola viscosidad cinemática, de modo que la conversión entre ellas es mecánica; su exactitud, sin embargo, no es absoluta: los segundos Saybolt y Redwood están ligados a los centistokes por fórmulas tan aproximadas como la que Ubbelohde dedujo para su propio aparato.
El valor en agua del aparato está en los ajustes finos de la ficha, porque el tiempo de salida depende directamente de él: un segundo de diferencia en la calibración da alrededor de un dos por ciento en el resultado.
Un número sin temperatura no se puede convertir, y no es un reparo menor: un mismo aceite da unos doce grados a cincuenta grados Celsius y menos de tres a cien. Si en la placa de la bomba no consta la temperatura, se leen por defecto cincuenta grados para aceites industriales y ochenta para fuelóleo — pero es mejor encontrar la edición de la norma según la cual se redactó la placa.
| Valor | Nota | ||
|---|---|---|---|
| {u} | {name} | {value} | {note} |
03 · Órdenes de magnitud
escala logarítmica: del agua al betún04 · Instrumentos de medida
Con qué se mide la viscosidad
Un recipiente de latón en baño de agua o de aceite, abajo una boquilla cónica y un tapón de madera que se saca en el mismo instante en que se arranca el cronómetro. Doscientos mililitros se recogen en un matraz aforado, y el aparato mismo se calibra con agua antes de cada serie, ya que tanto la boquilla como el volumen se apartan con el tiempo de sus valores certificados.
El pariente americano del mismo embudo: una boquilla de otro calibre, una carga de sesenta mililitros, y al resultado se le llama simplemente segundos. El número sale unas treinta veces mayor que el de Engler, y en los informes petroleros en inglés se encuentra hasta hoy, aunque la ASTM dio hace mucho la preferencia a los centistokes.
Un tubo de vidrio con dos marcas entre las que pasa el menisco: el tiempo de caída se multiplica por la constante del capilar y da centistokes directamente, sin escala convencional alguna. El método está descrito en la ISO 3104 y la ASTM D445, y fue él quien desplazó a los embudos, pues exige un dedal de muestra y no depende de qué mano sostiene el cronómetro.
Un husillo gira en la muestra y se mide el par en el eje, de modo que la duración del ensayo no depende del espesor y es la misma para el aceite que para el betún. El rotor puede lo que el embudo no puede: impone la velocidad de cizalla, y solo en él se ve que un lubricante con aditivos se afina bajo cizalla rápida.
05 · Reglas de escritura
Un grado sin temperatura no significa nada
El signo de grado se pega a la mayúscula latina, el valor se separa con un espacio, y la temperatura de medición se indica siempre, pues sin ella el número no se puede ni comprobar ni convertir. El símbolo soviético de la viscosidad convencional se escribe en cirílico y asimismo con temperatura; poner en cambio un signo de igualdad entre grados y centistokes es inadmisible incluso en un borrador: la relación es aproximada y de un solo sentido.
La segunda escritura confunde la magnitud con el aparato, pues grados de viscosidad no existen — existe una razón de tiempos, tomada en un embudo determinado. La tercera pone un signo de igualdad donde corresponde una aproximación, y en un informe da por tanto una exactitud falsa. La cuarta es sencillamente imposible: por debajo de 1,35 °E el método no funciona, y un número obtenido para un líquido tan fluido no refleja la viscosidad sino la inercia del chorro.
06 · Unidades vecinas
Los parientes más cercanos son las demás escalas convencionales, construidas exactamente igual: el tiempo de salida de una carga por una boquilla calibrada, solo que la boquilla es propia de cada país. Todas convergen en la viscosidad cinemática, y esta está ligada a la dinámica por la densidad — y solo esa pareja tiene una dimensión real y un patrón real.
el agua vale uno
el resultado directamente en segundos
segundo Redwood n.º 1
De las fichas de Simetrium están al lado clases de viscosidad de aceites ISO VG y SAE, de las que esta ficha es pareja, poise y stokes del sistema CGS, así como densidad en kg/m³, sin la cual no se pasa de la viscosidad cinemática a la dinámica.
07 · Sección histórica
Tres embudos de tres países
Carl Engler se ocupaba del refino del crudo y necesitaba un número con el que comparar las partidas que llegaban de Bakú y de Pensilvania. El aparato lo montó con lo que había en el laboratorio, y como medida tomó el agua, pues estaba a mano de cualquier colega y no exigía tabla alguna.
El perito británico Boverton Redwood y el ingeniero estadounidense George Saybolt hicieron cada uno su embudo, y ninguno dividió el tiempo por el del agua: daban el resultado directamente en segundos. La idea de los tres aparatos era la misma, los calibres de las boquillas distintos, y en los litigios entre proveedor y comprador aquello se convertía en tres números distintos para un mismo vagón cisterna.
Cuando el comercio se hizo internacional, la incomparabilidad de las escalas salió más cara que su comodidad, y las normas pasaron a la viscosidad cinemática medida con capilar. La DIN 51560 alemana fue retirada, la ASTM conservó los segundos Saybolt solo como conversión de referencia, y la viscosidad convencional según GOST 6258 se mantuvo en la práctica nacional aún décadas.
La viscosidad se mide hoy con capilar o con rotor, pero las bombas, los reductores y las instalaciones de fuelóleo montadas antes del cambio siguen funcionando según sus propias placas. Un ajustador que lee «no más espeso que 8 °E a 50 °C» lo convierte en sesenta milímetros cuadrados por segundo y elige después el aceite ya por su clase ISO VG — la unidad vive, pues, no en el laboratorio sino en los papeles.
Un aparato que es su propio patrón
El grado Engler no tiene ni puede tener patrón en el sentido corriente, ya que la definición no remite a una constante de la naturaleza sino a un montaje: un recipiente de este volumen, una boquilla de este calibre, una carga de doscientos mililitros. Lo que se certifica, por tanto, no es la unidad sino el aparato, y se certifica con agua — el único líquido cuyo tiempo de salida se tiene por conocido. De ahí todo el lado ritual de la medición: un valor en agua reciente antes de la serie, tres lecturas concordantes, la temperatura del baño anotada.
La debilidad de semejante montaje se reveló justo allí donde su comodidad era mayor. Mientras una fábrica comparaba sus propias partidas en su propio embudo, los números concordaban de maravilla; pero en cuanto hubo que comparar partidas de dos países, resultó que no tenían magnitud común — solo tres actas, entre las cuales no es posible nada mejor que una conversión aproximada. El viscosímetro capilar resolvió el problema devolviendo a la medición su dimensión: da milímetros cuadrados por segundo, y la constante del capilar se comprueba contra líquidos de referencia, no contra su propio pasado.
Catálogo · unidades de medida
Una ficha para cada magnitud
Siete unidades básicas del SI, veintidós derivadas con nombre propio y magnitudes ajenas al sistema sin las cuales no funcionarían ni la técnica ni el calendario.