Practica N° 01

Caracterización Reológica de fluidos Alimentarios

Alumno: Jhonatan Mantilla Gaona

Resumen:

Esta práctica se hizo con el fin de determinar la caracterización de fluidos alimentarios en especial de la glicerina y también estudiar los diferentes parámetros que afectan a la viscosidad de un fluido.

Para determinar la viscosidad de la glicerina se tuvo en cuenta algunos pasos a seguir:Se necesitó primero obtener la glicerina que se puede obtener en los laboratorios, farmacias, etc. Se coloca la aguja en el viscosímetro con mucho cuidado luego en un vaso se introdujo la glicerina, solo se colocó hasta la línea de la aguja del viscosímetro de Brookfield, luego se mostraron los pasos para usar el viscosímetro, culmino con la lectura de la viscosidad que se dio en centipoises y también se mostraron más lectura una de ellas también es la de % de torque y RPM (revoluciones por minuto).

Introducción:

El primer uso de la palabra reología fue acreditado por Eugene C. Bingham en 1928, a partir de los trabajos de Heráclito (filósofo pre-Socrático), dándole el significa- do de “cada cosa fluye”. En este momento, la reología se ha establecido como la ciencia de la deformación y el flujo de la materia, o sea, la manera en la cual los materiales responden a un esfuerzo o tensión aplicada. Todos los materiales tienen propiedades reológicas y el área que ocupa la reología es muy relevante en numerosos campos como la geología, mecánica de suelos, procesado de polímeros y composites, dispersión de pinturas y pigmentos, bioingeniería, procesos interfaciales, cosmética, etc. Una gran atención debe ser prestada a la importancia de la reología en la tecnología y procesada en alimentos. Más concretamente los datos reológicos de los alimentos son necesarios en industria, por ejemplo:

(a) Cálculos necesarios para ingeniería de procesos que implican el diseño de tuberías, bombas, mezcladores, intercambiadores de calor, homogeneizadores, etc.

(b) La influencia de un ingrediente de tipo funcional sobre el desarrollo del producto.(c) Control de calidad del producto. (d) Evaluación de la textura del alimento mediante relación con datos sensoriales.

En el estudio de la viscosidad de los líquidos en los cursos de física del nivel superior, se limita a diferenciar principalmente entre flujo laminar y turbulento, así como a presentar los perfiles de velocidad generados bajo ciertas condiciones particulares considerando la idea newtoniana, donde la viscosidad es una constante que depende principalmente de la temperatura y en mucho menor medida de la presión.

Por otra parte, en los cursos de laboratorio solo se estudia experimentalmente el comportamiento viscoso de los líquidos en función de la temperatura y el estudiante se queda con la idea de que la viscosidad de un fluido solo cambia con ésta. No obstante, en la actualidad el estudio de la viscosidad se ha visto muy diversificado debido principalmente al comportamiento heterogéneo de los fluidos que se emplean a nivel industrial, tales como las pinturas, suspensiones, emulsiones, polímeros fundidos, entre otros. En donde la naturaleza química de éstos, ya sea por la presencia de partículas coloidales, macromoléculas o agregados al fluido base, muestra que la viscosidad depende de las condiciones de flujo y de la velocidad con que estos fluidos se mueven, alejando totalmente la idea clásica de una viscosidad newtoniana. Este tipo de fluidos han sido clasificados como fluidos no newtonianos.

Un estudio completo del comportamiento viscoso de los fluidos, que permita mostrar las diferencias entre newtonianos y no newtonianos resulta algunas veces irrealizable en los laboratorios de enseñanza, debido principalmente a los costos elevados de los equipos comerciales (viscosímetros y reómetros).

Según Heldman (1.993) “la viscosidad de un fluido depende fuertemente de la temperatura. Teniendo en cuenta que la temperatura cambia apreciablemente durante muchas operaciones del proceso es importante obtener valores apropiados de viscosidad dentro del intervalo de temperatura existente durante el procesado del producto”.

El conocimiento adecuado de las propiedades reológicas de los alimentos es muy importante por numerosas razones, entre las que destacan las aplicaciones que se detallan a continuación:

La viscosidad se utiliza para la estimación y cálculo de los fenómenos de transporte de cantidad de movimiento, calor y energía.

Los datos reológicos pueden ser muy interesantes para modificar el proceso de elaboración o la formulación de un producto final de forma que los parámetros de textura del alimento se encuentren dentro del rango considerado deseable por los consumidores

Los estudios reológicos pueden aportarnos información que facilite una mejor comprensión de la estructura o de la distribución de los componentes moleculares de los alimentos, especialmente de los componentes macromoleculares, así como para predecir los cambios estructurales durante los procesos de acondicionamiento y elaboración a los que son sometidos

Las medidas de la viscosidad en continuo son cada vez más importantes en muchas industrias alimentarias con objeto de controlar el buen funcionamiento del proceso productivo, así como la calidad de las materias primas, productos intermedios y acabados.

Así, la clasificación de los fluidos alimentarios según su comportamiento reológico puede establecerse de la siguiente forma:

Fluidos newtonianos. Fluidos no newtonianos. Independientes del tiempo Plásticos de Bingham Pseudoplásticos Dilatantes Dependientes del tiempo Fluidos tixotrópicos Fluidos reopécticos Fluidos viscoelásticos

Materiales y Reactivos:

Materiales: Viscosímetro BrookfieldVaso de precipitado

Reactivos: Glicerina

Procedimiento:

Para glicerina:1. Colocar la glicerina en el vaso de precipitado.2. Coloque en el viscosímetro la aguja.3. Coloque el vaso de precipitado que contiene la muestra alineando concéntricamente con el eje que se encuentra debajo del viscosímetro.4. Se pide la verificación del profesor antes de realizar el siguiente paso.5. Desplace el motor del viscosímetro, llevando la aguja hasta el fondo del vaso de precipitado, sin que este toque el fondo.6. Colocar el selector en speed y ajuste la velocidad a RPM7. Encienda el motor y tome las lecturas de la viscosidad.

Resultados:

Tabla N° 1

Muestra RPM Viscosidad cP % de torque

Glicerina(17.6°C)

2 2840 14.12.5 2820 17.63 2810 21.14 2790 27.95 2776 34.76 2760 41.410 2772 69.312 2763 82.9

Tabla N° 2

Muestra RPM Viscosidad cP % de torque

Glicerina(44.8°C)

10 340 14.112 347 17.620 350 21.130 2790 27.950 2776 34.760 2760 41.4100 2772 69.3

Tabla N° 3

Muestra RPM Viscosidad cP % de torque

Glicerina(4.5°C)

0.5 8400 10.50.6 8930 13.41 8440 21.1

1.5 8610 32.32 8320 41.6

2.5 7500 46.93 7330 554 8000 805 8000 100

El procedimiento propuesto por Mitschka, comprenden los siguientes pasos:

1. Convertir los valores de torque a su respectivo valor de esfuerzo cortante promedio, por medio de la tabla 4

Tabla 4. Factores de conversión por el método descrito por Mitschka

Numero de aguja

1 2 3 4 5 6 7

Kat 0.035 0.119 0.279 0.539 1.05 2.35 8.40n=0.1 1,728 1.431 1.457 1.492 1.544 1.366 1.936

KNy 0.2 0.967 0.875 0.882 0.892 0.907 0.851 1.0070.3 0.705 0.656 0.656 0.658 0.663 0.629 0.6810.4 0.576 0.535 0.530 0.529 0.528 0.503 0.5150.5 0.499 0.458 0.449 0.445 0.442 0.421 0.4130.6 0.449 0.404 0.392 0.387 0.382 0.363 0.3460.7 0.414 0.365 0.350 0.347 0.338 0.320 0.2970.8 0.387 0.334 0.317 0.310 0.304 0.286 0.2610.9 0.367 0.310 0.297 0.283 0.276 0.260 0.2321.0 0.351 0.291 0.270 0.262 0.254 0.238 0.209

Tabla del esfuerzo cortante vs RPM (Ni)

esfuerzo rpm(Ni) 0.22 0.300.32 0.40

0.40 0.480.52 0.600.62 0.700.69 0.780.92 1.000.99 1.08

2. Graficar los datos en logaritmos del esfuerzo vs los logaritmos del valor de agitacion (en RPM).A temperatura de 17.6 °C

esfuerzo cizalla1.6779 0.5822.0944 0.72752.5109 0.8733.3201 1.1644.1293 1.4554.9266 1.7468.2467 2.919.8651 3.492

A temperatura de 44.8°C

esfuerzo cizalla1.2376 3.4922.0825 5.823.0226 8.735.0337 14.556.2356 17.46

10.5672 29.1

0 2 4 6 8 10 1205

101520253035

f(x) = 2.85044427427738 x^0.992985570374767R² = 0.999428399465251

Esfuerzo vs cizalla

cizallaPower (cizalla)

A temperatura de 4.5°C

esfuerzo cizalla1.2495 0.14551.5946 0.17462.5109 0.2913.8437 0.43654.9504 0.5825.5811 0.7275

6.545 0.8739.52 1.16411.9 1.455

0 2 4 6 8 10 12 140

0.20.40.60.8

11.21.41.6

f(x) = 0.111200398416789 x^1.05272043422454R² = 0.996296683603214

Esfuerzo vs cizalla

cizallaPower (cizalla)

3. Para hallar la energía de activación de la glicerina

temperatura n4.5 1.0527

17.6 1.012544.8 0.993

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500.960.970.980.99

11.011.021.031.041.051.06

f(x) = 1.09282422883425 x -̂0.025634354964152R² = 0.993143210206257

Temperatura vs n

nPower (n)

Entonces la energía de activación es:

Discusión:

Los fluidos pueden clasificarse de manera general de acuerdo con la relación entre el

esfuerzo de corte aplicado y la relación de deformación.

Los fluidos en que los esfuerzos de corte es directamente proporcional a la tasa de

deformación son fluidos newtonianos. 

El término no newtoniano se utiliza para clasificar todos los fluidos en los cuales el

esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de corte.

El estudio de fluidos no newtonianos es aún más complicado por el hecho de que la

viscosidad aparente puede depender del tiempo. 

La glicerina presenta una resistencia mucho mayor a la deformación que el agua y por ello podemos decir que es mucho más viscosa.

Conclusiones:

Se determinó correctamente la viscosidad de la glicerina.

Se estudió los parámetros que afectan a la viscosidad de un fluido.

Se aprendió a manipular correctamente el viscosímetro de Brookfield.

Referencias bibliográficas:

Mecánica de fluidos. Irving H. Shames. Pag 15-18.

Escuela de Biología. Departamento de Tecnología de Alimentos. Asignatura Análisis de Alimentos. Actualizado por Profª. Elevina Pérez.

Earle, R. L; Ingeniería de los Alimentos, edit. Acribia, 2da edición, Zaragoza-España, 1998

Sharma , Shri K. Y Steven J. Mulvaney; Ingenieria de Alimentos, edit. Limusa, E.E.U.U, 2003