Dimeticona 1000 cSt identifica un grado de viscosidad de un fluido de silicona, especificado habitualmente a 25 °C. No determina una fuerza de amortiguación, un tiempo de cierre ni la resistencia a la rotación. Esos resultados dependen de la viscosidad dinámica del fluido a la temperatura de funcionamiento, de la geometría del mecanismo de amortiguación y de la velocidad del movimiento. Por tanto, una especificación útil relaciona el grado de viscosidad con una respuesta medida de fuerza-velocidad o par-velocidad en condiciones definidas.

La primera distinción es entre la viscosidad cinemática, expresada en centistokes, y la viscosidad dinámica, que interviene en la mayoría de los cálculos de amortiguación. La segunda es entre una propiedad del fluido medida en condiciones controladas y el comportamiento de un conjunto lleno de fluido. Confundir cualquiera de estos pares puede dar lugar a un componente que parece funcionar correctamente en una prueba a temperatura ambiente, pero se mueve demasiado despacio al arrancar o pierde resistencia después de un uso repetido.

Qué establece realmente la designación 1000 cSt

La viscosidad cinemática describe la relación entre la viscosidad dinámica y la densidad. Un centistoke equivale a un milímetro cuadrado por segundo, por lo que 1000 cSt equivalen a 1000 mm²/s. El valor está incompleto si no se indica la temperatura de medición: un valor especificado a 25 °C no se puede comparar directamente con otro especificado a 40 °C.

La conversión necesaria para muchos cálculos mecánicos es la siguiente:

Viscosidad dinámica = viscosidad cinemática × densidad

Si la viscosidad cinemática se expresa en cSt y la densidad en g/cm³, el resultado es la viscosidad dinámica en mPa·s. A modo de ejemplo, un fluido con una viscosidad de 1000 cSt y una densidad de 0,97 g/cm³ a la misma temperatura tiene una viscosidad dinámica de 970 mPa·s, o 0,97 Pa·s. La densidad de este ejemplo es un supuesto, no una especificación válida para todos los grados de dimeticona.

La designación «1000 cSt» también requiere una tolerancia. La designación de un grado nominal no indica el intervalo permitido entre lotes, si el valor comunicado es una propiedad típica ni si se somete a ensayo cada lote. Una ficha técnica y un certificado de análisis tienen finalidades distintas: la primera describe el grado, mientras que el segundo registra resultados específicos del lote cuando se realizan ensayos.

Dimeticona suele referirse al polidimetilsiloxano, o PDMS. La coincidencia de la designación de viscosidad no garantiza una distribución del peso molecular, un contenido de volátiles, unos aditivos ni una idoneidad para un mecanismo de amortiguación determinados.

Cómo la viscosidad se convierte en resistencia al movimiento

En una holgura de cizallamiento sencilla, la resistencia del fluido se produce cuando una superficie se mueve respecto de otra. Para un flujo laminar de un fluido newtoniano, con una holgura uniforme y efectos de borde insignificantes, se puede emplear la siguiente aproximación:

F = μAv/h

Aquí, F es la fuerza de resistencia, μ es la viscosidad dinámica, A es el área sometida a cizallamiento, v es la velocidad relativa de la superficie y h es el espesor de la película de fluido. Esta relación explica por qué la viscosidad, por sí sola, no permite predecir la amortiguación. Aumentar el área mojada eleva la fuerza; aumentar la holgura la reduce. Un cambio dimensional puede compensar un cambio de grado del fluido.

Por ejemplo, bajo estos supuestos, duplicar la viscosidad dinámica duplica la fuerza de resistencia a una velocidad fija. Reducir la holgura a la mitad también duplica la fuerza. Estas relaciones corresponden al modelo y no garantizan los resultados de un amortiguador completo, en el que las fugas, las juntas, el flujo impulsado por presión y los cambios de geometría añaden resistencia.

Un amortiguador rotativo sigue el mismo principio físico, pero la velocidad local de la superficie aumenta con el radio. Por tanto, el par depende de la distribución radial de las superficies de trabajo, además de la viscosidad y la holgura. Dos conjuntos que contienen el mismo volumen de fluido pueden generar pares muy distintos si ese volumen ocupa geometrías de trabajo diferentes.

Las restricciones al flujo impulsado por presión se comportan de forma distinta a las holguras de cizallamiento sencillas. En un flujo laminar a través de un conducto estrecho, pequeños cambios dimensionales pueden producir grandes cambios en la caída de presión. Cuando la inercia, las pérdidas de entrada o las turbulencias son significativas, la resistencia deja de ser directamente proporcional a la viscosidad. Por tanto, seleccionar un fluido más viscoso para compensar una dimensión del conducto no controlada puede generar resultados inconsistentes entre los conjuntos.

La temperatura cambia el grado de funcionamiento

En general, los fluidos de silicona presentan un cambio de viscosidad con la temperatura menor que muchos aceites minerales convencionales, pero su viscosidad también disminuye al aumentar la temperatura. El dato relevante para el diseño es la viscosidad en todo el intervalo de funcionamiento real, incluido el arranque en frío y la temperatura alcanzada tras movimientos repetidos.

Una sola medición a temperatura ambiente no permite establecer ese intervalo. Los datos de viscosidad-temperatura del grado específico son más útiles que una afirmación general sobre estabilidad térmica. La estabilidad química, la conservación de la viscosidad durante el envejecimiento y la respuesta inmediata de la viscosidad a la temperatura son propiedades distintas.

En el movimiento lineal, la potencia mecánica disipada por la amortiguación es aproximadamente igual a la fuerza multiplicada por la velocidad. En la rotación, equivale al par multiplicado por la velocidad angular. Esa energía se convierte en calor. Por consiguiente, una carrera corta de laboratorio y una prueba de ciclos sostenidos pueden producir resistencias distintas, aunque ambas comiencen a la misma temperatura ambiente.

El acondicionamiento térmico debe incluir el fluido dentro del componente. Que el aire de una cámara alcance el valor establecido no demuestra que el fluido interno haya alcanzado el equilibrio térmico, especialmente en una carcasa grande o en un conjunto con piezas aislantes.

Cuándo la resistencia medida deja de seguir la viscosidad

La aproximación newtoniana suele ser útil para fluidos de PDMS sin modificar en condiciones de funcionamiento moderadas. Aun así, debe verificarse en el intervalo de velocidades de cizallamiento relevante. En una holgura sencilla, la velocidad de cizallamiento es aproximadamente la velocidad de la superficie dividida por la holgura. Por tanto, una velocidad de movimiento moderada en una holgura muy pequeña puede generar una velocidad de cizallamiento mucho mayor que un movimiento aparentemente vigoroso en un recipiente abierto.

Si el material contiene cargas, espesantes u otros modificadores, un único resultado de viscosidad es menos informativo. El comportamiento dependiente del cizallamiento requiere una curva de flujo y un procedimiento de medición definido. La exposición a un cizallamiento o una temperatura excesivos también puede modificar la respuesta, por lo que no es fiable extrapolar indefinidamente a partir de una medición de viscosidad a bajo cizallamiento.

La fricción de las juntas introduce otra distinción. Una fuerza de arranque elevada seguida de una menor resistencia durante el movimiento suele apuntar a fricción estática o adherencia de la junta. Aumentar la viscosidad del fluido incrementa la contribución viscosa, pero no necesariamente corrige el agarrotamiento inicial. Registrar la resistencia a varias velocidades ayuda a distinguir estos efectos: una contribución prácticamente independiente de la velocidad sugiere fricción, mientras que una contribución creciente concuerda con la amortiguación viscosa.

El aire produce una señal diferente. Las burbujas arrastradas aumentan la compresibilidad y provocan una resistencia retardada, un movimiento elástico o una respuesta irregular tras cambiar de sentido. Una reposición restringida también puede causar cavitación local durante un movimiento rápido. Estos comportamientos requieren prestar atención al llenado, la purga de aire, la presión y el diseño de la trayectoria del flujo; cambiar la viscosidad por sí solo no permite identificar su causa.

La compatibilidad determina si la amortiguación se mantiene estable

El fluido debe ser compatible con las juntas, los plásticos, los recubrimientos, los adhesivos y cualquier residuo de los materiales de proceso. Las tablas de resistencia química son útiles para una evaluación preliminar, pero las pruebas del conjunto permiten determinar si una combinación concreta conserva las dimensiones, la resistencia mecánica y el rendimiento de sellado durante la exposición prevista.

Los elastómeros de silicona requieren atención específica, ya que algunos fluidos de silicona pueden hacer que se hinchen. La compatibilidad también varía según la formulación del elastómero, el sistema de curado, la temperatura y el tiempo de exposición. El nombre genérico de un material no basta para demostrar que una combinación de sellado sea aceptable.

La baja tensión superficial permite que el fluido de silicona se extienda por huecos pequeños y sobre superficies. Un fluido que parece estar bien contenido durante una prueba breve puede migrar durante un almacenamiento prolongado o ciclos térmicos repetidos. La presencia de aceite en un eje o en una unión de la carcasa debe llevar a examinar la trayectoria de sellado y las condiciones de presión, además de la viscosidad.

La identidad química es importante al evaluar alternativas o contaminación.2-Etil-1,3-hexanodiol CAS#94-96-2 es un diol orgánico utilizado, entre otras aplicaciones, en la síntesis química y la extracción; es químicamente distinto del PDMS. Su densidad, aspecto líquido o intervalo de ebullición no demuestran que tenga un comportamiento de amortiguación equivalente ni que sea compatible con un conjunto relleno de silicona. Cualquier sustitución requiere pruebas específicas para la aplicación.

Mediciones que permiten comparar los grados de forma significativa

Un resultado de viscosidad debe indicar el método, la temperatura, las unidades y el intervalo de aceptación. Las mediciones capilares calibradas determinan la viscosidad cinemática a partir del comportamiento del flujo controlado. Las mediciones rotacionales determinan la viscosidad a partir de la relación entre el movimiento aplicado y el par de resistencia. Los resultados requieren instrumentos adecuados, control de temperatura y procedimientos apropiados para el fluido; los valores obtenidos con distintos métodos no deben considerarse intercambiables sin tener en cuenta las condiciones de medición.

Para realizar comparaciones sensibles a la temperatura, hay que dar tiempo suficiente a la muestra para que alcance el equilibrio térmico. Las burbujas, la contaminación y el historial de manipulación pueden introducir diferencias que se atribuyan erróneamente al grado nominal. Una muestra de referencia conservada ayuda a distinguir un cambio en el material de una deriva de medición.

A continuación, las pruebas del conjunto deben relacionar la propiedad de laboratorio con el movimiento previsto:

1. Defina la respuesta en términos mecánicos: par de resistencia a velocidades de rotación especificadas, fuerza a velocidades lineales especificadas o tiempo de recorrido bajo una carga controlada.
2. Establezca una condición de llenado repetible. La cantidad de fluido, el espacio de aire, la eliminación de burbujas y la orientación del conjunto afectan al resultado, especialmente cuando los conductos de flujo deben permanecer sumergidos.
3. Mida en todo el intervalo de temperaturas y velocidades requerido. Incluya el comportamiento de arranque y los ciclos sostenidos si ambos se dan durante el uso.
4. Después de los ciclos y la exposición de almacenamiento pertinentes, repita la medición de referencia e inspeccione si hay pérdida de fluido o cambios en los materiales en contacto.

El tiempo de recorrido por sí solo puede ocultar la causa de un cambio. Por ejemplo, un mecanismo accionado por resorte combina el par del resorte, la fricción y la resistencia del fluido. Un tiempo de cierre más prolongado podría deberse a una mayor viscosidad, una reducción del par motriz o un aumento de la fricción de las juntas. Registrar el par o la fuerza junto con el movimiento permite realizar una comparación más fácil de interpretar.

Cómo elegir entre cambiar la viscosidad o la geometría

Un grado de viscosidad más alto es una variable de desarrollo razonable cuando la resistencia es sistemáticamente demasiado baja en todo el intervalo de funcionamiento requerido y el mecanismo sigue estando dominado por el flujo viscoso. La comparación debe basarse en la viscosidad dinámica a cada temperatura de funcionamiento, no solo en los valores nominales de cSt a la temperatura de referencia.

Si la resistencia en frío ya es excesiva y la resistencia en caliente es insuficiente, aumentar la viscosidad de referencia empeorará la condición en frío. Este patrón requiere examinar la curva de viscosidad-temperatura del fluido y la respuesta del mecanismo a la temperatura. Si solo es excesiva la resistencia inicial al movimiento, la fricción de las juntas es una hipótesis más probable. Si conjuntos nominalmente idénticos presentan grandes variaciones, conviene investigar la holgura, el llenado y las fugas antes de seleccionar otro grado.

Por tanto, una especificación justificable para la dimeticona 1000 cSt combina un intervalo de aceptación definido para el fluido con un requisito de rendimiento del conjunto. El plano y el procedimiento de ensayo deben establecer la geometría pertinente, la condición de llenado, la temperatura, el movimiento y la resistencia permitida. Así, los cambios en el lote del fluido o en las dimensiones de los componentes se pueden evaluar frente al mismo requisito funcional.