Práctica Reología 1 1

8/17/2019 Práctica Reología 1 1

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E s c u e l a d e I n g e n i e r í a d e A l i m e n t o s , B i o t e c n o l o g í a & A g r o n o m í a / C a m p u s Q u e r é t a r o

Laboratorio de Operaciones Unitarias

Propiedades Reológicas de los Alimentos Fluidos Bourguet, S., De la Garza, A., Hurtado, C.M. !"rate, M.

# de $o%iem&re de '()*

Resumen

+os luidos al tener dierentes propiedades reológicas tienen dierentes %iscosidades. Durante la

pr"ctica se aprendieron a usar dos tipos de %iscos-metro el capilar / el rotatorio. Adem"s se determinó

la %iscosidad $e0toniana de un luido utilizando %iscos-metro capilar. Con la inalidad de o&ser%ar

gr"icamente los dierentes comportamientos de luidos se determinar" una cur%a para un luido

$e0toniano, psuedopl"stido / uno dilatante, utilizando un %iscos-metro rotatorio, determinando a su

%ez el eecto de la temperatura. Finalmente se de&en aplicar las ecuaciones undamentales para ladeterminación de los par"metros reológicos en alimentos luidos.

Introducción

+a reolog-a es la ciencia 1ue estudia las propiedades de la materia 2gases, l-1uidos3 / la manera

en 1ue estos se deorman. 4l conocimiento adecuado de las propiedades es mu/ importante /a 1ue

e5isten dierentes aplicaciones

6 Dise7o de procesos / e1uipos para ela&orar productos alimenticios con ciertas caracter-sticas6 4%aluación sensorial6 8&tención de inormación de la estructura de los alimentos6 Control de calidad

Dentro de las propiedades 1ue tienen los alimentos luidos se encuentran la densidad, uerza,

tensión / la %iscosidad. +a densidad como es &ien sa&ido es la masa por unidad de %olumen. +a

%iscosidad es la diicultad de luir de un gas o un l-1uido 2luido3. 2Ram-rez, '((#3

9n luido se deorma de acuerdo a la aplicación de esuerzos cortantes / dependiendo de sus

propiedades reológicas / orma de comportarse, se clasiica en un tipo de luido. 4sto se puede

conocer con una relación entre el esuerzo cortante 1ue aecta al luido, denominado :τ”, / la

respuesta din"mica del luido se representa mediante la %elocidad de deormación :;


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Figura ). Clasiicación de luidos 2Regalado / $oriega, '((>3

+os gases / los l-1uidos puros / @omogneos se comportan de acuerdo a la le/ de $e0ton,

puesto 1ue tienen una relación lineal entre la magnitud del esuerzo cortante / la %elocidad de

deormación, como se muestra en la igura ). Para los luidos ne0tonianos, la aplicación de esuerzo

no representa modiicaciones, a dierencia de la temperatura / la presión a la 1ue est el luido, los

cuales s- pueden inluir en su comportamiento. 2Ram-rez, '((#3

Por otro lado, los luidos no ne0tonianos no tienen una relación lineal entre τ / ;, por lo 1ue la

%iscosidad no es constante. De&ido a esto, e5isten %arias clasiicaciones dentro de los luidos no

ne0tonianos dependiendo de las caracter-sticas de estos. 45isten luidos no ne0tonianos con

comportamiento independiente de tiempo, otros con comportamiento dependiente del tiempo / otros

llamados %iscoel"sticos.+os luidos pueden clasiicarse de acuerdo a la +e/ de la Potencia de 8st0ald, 1ue relaciona la

uerza de corte con la %iscosidad de la siguiente manera

De acuerdo con lo o&tenido en esta ecuación, el %alor de n o -ndice de luido, indica el tipo de luido de

la siguiente orma

n), luido dilatante

n), luido pseudopl"sticon), ne0toniano

9n luido dilatante muestra un aumento de %iscosidad a medida 1ue la %elocidad de corte

aumenta, esto es de&ido a 1ue a ma/or %elocidad de corte, el material se e5pande / aparecen

esuerzos de interacción sólido6sólido entre las part-culas. 4ste tipo de luidos son poco comunes /

algunos e=emplos son suspensiones de @arina de ma-z, c@ocolate. 4n cam&io, los luidos

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Medir 10 ml enuna probeta con el

fuido

Llenar eli!co!"metro

#olocar eli!co!"metro enuna ba$o con %

controlada &de'arlo 10 min

(eterminar eltiempo )ue letoma al fuido

moer!e de unamarca a la otra

(eterminar 4ece! m*!



pseudopl"sticos lu/en me=or cuando se aumenta la %elocidad de corte. Eal comportamiento se

o&ser%a en alimentos como =ugos, purs de ruta, salsas, c"tsup, etc.

Metodología y materiales

Materiales

• iscos-metro de Brooield con aditamentos

• Modelo + con tor1ue cali&rado a la m"5ima lectura del indicador de #I. dinas6cm

• Modelo HB con tor1ue cali&rado a la m"5ima lectura del indicador de *,J># dinas6cm

• iscos-metro de 8st0ald o CannonKFense

• Eermómetro

• Pipeta de ) m+

• Pipeta de )( m+

• Pro&eta de *( m+

• Perilla

• aso de precipitado de )(( m+

•

aso de precipitado de '*( m+• ' asos de precipitado de #(( m+

• aso de precipitado de )((( m+

• Ba7o de temperatura regulada a I'I.)*L

• Ba7o de temperatura regulada a I*I.)*L

• Soporte uni%ersal con pinzas

• Agua pura

• Acetona Ericloroetileno

• 4st"ndares de aceite silicón para %iscosidad

• Nugo de ruta, lec@e e%aporada, =ara&e de ma-z, almidón de ma-z / c"tsup

Viscosímetro Ostwald/Capilar ). Medir )( ml en una pro&eta con el luido'. +lenar el %iscos-metroI. Colocar el %iscos-metro en una &a7o con E controlad / de=arlo )( minJ. Determinar el tiempo 1ue le toma al luido mo%erse de una marca a la otra*. Determinar J %eces m"s

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+rmar & calibrar ele)uipo

+dicionar 500 mlde la mue!tra

corre!pondiente enun a!o deprecipitado

#olocar el !pindelcorrecto para la

prueba en ele)uipo &

auto,eroin-

.eleccionar la! /Ma llear acabo el

e1perimento

ncender el motorpara iniciar con la!

medicione!

.i el e)uipo arro'aalore! de cpmenore! a 20

cambie de !pindel

3btenermedicione! a

di4erente! de cp &

a elocidade!an-ulare!di4erente!

/epetir con unfuido

p!eudopl*!tico &

uno dilatante adi4erente!temperatura!



Diagrama ). iscos-metro 8st0aldOCapilar

Viscosímetro Brookfield/Rotatorio

). Armar / cali&rar el e1uipo'. Adicionar *(( ml de la muestra correspondiente en un %aso de precipitado

I. Colocar el spindel correcto para la prue&a en el e1uipo / autozeroingJ. Seleccionar las RPM a lle%ar aca&o el e5perimento*. 4ncender el motor para iniciar con las mediciones#. Si el e1uipo arro=a %alores de cp menores a '( cam&ie de spindel.. 8&tener mediciones a dierentes de cp / a %elocidades angulares dierentes.Q. Repetir con un luido pseudopl"stico / uno dilatante a dierentes temperaturas

Diagrama '. iscos-metro BrooieldORotatorio

Resultados y discusión

Viscosímetro Brookfield/Rotatorio

Se realizaron prue&as en el %iscos-metro rotatorio a luidos como c"tsup, =ara&e de ma-z /soluciones de almidón de ma-z al )* / '* a dierentes temperaturas.

Catsup

+a ta&la n?mero uno muestras los c"lculos 1ue se o&tu%ieron al medir la %iscosidad de la salsa

c"tsup a temperatura am&iente. Se utilizó el %iscos-metro *5HB, con el in de conocer el

comportamiento del luido. Mediante el mtodo gr"ico, en donde se o&tiene una recta con los %alores

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logar-tmicos de la %iscosidad aparente 2m3 / la %elocidad angula 23, / con esto la ecuación, en donde

la pendiente es igual a )On, siendo n el -ndice del luido. Con esto se o&tu%o un %alor de n para la

c"tsup de (.'*, lo cual nos indica 1ue es un pseudopl"stico. De acuerdo con la &i&liogra-a un luido

pseudopl"stico disminu/e su %iscosidad a medida 1ue se aumenta la %elocidad de agitación 2Colina,

s..3, / la c"tsup est" clasiicada como tal, por lo 1ue lo o&tenido en la pr"ctica coincide con lo teórico

Ea&la ). C"lculos o&tenidos a partir de resultados con %iscos-metro rotatorio *5HB

4l %alor de n 1ue se o&tu%o en esta medición para c"tsup a temperatura am&iente ue de

(.'*'IJ(J#. De acuerdo con la escala 1ue marca la ecuación de 8st0ald, si n) como en este caso,

se trata de un luido pseudopl"stico. Con esta inormación, se realizó una comparación con los %alores

teóricos 1ue marca la &i&liogra-a / se encontró 1ue para el caso de la c"tsup, se considera un luido

pseudopl"stico de&ido a 1ue su consistencia disminu/e conorme se aumenta la %elocidad de

agitación. 2Colina, s..3

Jarabe de Maíz

4n el caso del =ara&e de ma-z, se realizaron mediciones con tres dierentes tipos de

%iscos-metros rotatorios a dierentes temperaturas. Se utilizó el %iscos-metro rotatorio HB para el =ara&e

de ma-z a ).#LC, el %iscos-metro rotatorio *5HB a )*LC / el %iscos-metro rotatorio + a J*LC. Seo&tu%ieron los resultados 1ue se muestran en las ta&las ', I / J.

Ea&la '. C"lculos o&tenidos a partir de resultados con %iscos-metro rotatorio HB a ).#LC

Ea&la I. C"lculos o&tenidos a partir de resultados con %iscos-metro rotatorio *5HB a )*LC

Ea&la J. C"lculos o&tenidos a partir de resultados con %iscos-metro rotatorio + a J*LC

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Para el =ara&e de ma-z a ).#LC, se o&tu%o una n de (.>Q*)QQ, 1ue indica 1ue el luido es

pseudopl"stico en esas condiciones. De acuerdo con D-az et al. 2'((I3 en el art-culo Análisis de la

iscosidad de la !lucosa cubana de la fábrica de "idrolizados de almid#n de Cienfue!os$ el =ara&e de

ma-z se considera un luido con comportamiento ne0toniano, sin em&argo, este tipo de luidos pueden

depender de la temperatura / la presión a la 1ue se encuentre el producto. +os resultados o&tenidos

son en realizad mu/ cercanos al %alor de un luido ne0toniano, pero es posi&le 1ue la temperatura a la

1ue se condicionó el producto @a/a aectado. +a misma situación se o&ser%ó en el caso del =ara&e de

ma-z a )*LC, donde se o&tu%o una n de (.>>I)J'Q, mu/ cercano al %alor de un luido ne0toniano /

en el caso del =ara&e de ma-z a J*LC.

%oluci#n de almid#n de maíz al &'(

Se realizaron mediciones de soluciones de ma-z a distintas concentraciones / temperaturas.

Para las soluciones de almidón de ma-z al '* se utilizó el %iscos-metro rotatorio + / se midió a

)*LC, J(LC / #(LC. Para los tres ensa/os se usó la agu=a T).

Ea&la *. C"lculos o&tenidos a partir de resultados con %iscos-metro rotatorio + a )*LC

Ea&la #. C"lculos o&tenidos a partir de resultados con %iscos-metro rotatorio + a J(LC

Ea&la. . C"lculos o&tenidos a partir de resultados con %iscos-metro rotatorio + a #(LC

+a solución de almidón de ma-z a '* / a )*LC arro=ó un resultado de n de ).*I#Q(#*'. D4

acuerdo con la escala de la le/ de potencia de 8st0ald, un producto con un -ndice de luido ma/or a ),

es un luido dilatante. Se comparó este resultado con datos teóricos de &i&liogra-a / se encontró 1ue,

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misma prue&a pero con criterios dierentes. De igual manera es importante mencionar 1ue la lec@e

e%aporada ue un luido un tanto pro&lem"tico, por1ue se crea&an &ur&u=as en cada ensa/o, lo 1ue de

igual manera pudo @a&er aectado en los promedios de los tiempos. 4n la ta&la )) . se encuentran los

datos o&tenidos en la prue&a.

Ea&la )). Datos o&tenidos de %iscos-metro capilar

4n la ta&la tam&in se puede o&ser%ar a simple %ista la dierencia de las densidades, m"s claramente

en la lec@e e%aporada, pero igualmente se tiene un incremento en el tiempo del =ugo en comparación

con el agua destilada.

Para la ela&oración de c"lculos, se utilizó un promedio de las prue&as, mostrado en la ta&la )'.

Promedios (t)

Leche

evaporada

*#,>(*

Agua ,(**

Jugo Q,(('*

Ea&la )'. Promedios de los tiempos en %iscos-metro capilar

Para el c"lculo de &, se tiene la siguiente órmulab=

1

t prom a partir de los datos del agua. Con lo

1ue se o&tiene un %alor de & (,)J)#>I'IJ. Posteriormente, se utiliza la siguiente órmula para

o&tener la %iscosidad cinem"tica v=bt

4n la ta&la )I. Se tienen los datos o&tenidos en cuanto a la %iscosidad cinem"tica de cada

luido estudiado, las unidades se tienen en centistoes.

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Ea&la )I. iscosidad cinem"tica o&tenida

Para o&tener la %iscosidad se tiene la siguiente órmulav=

μ

ρ 1ue despe=ando se tiene

μ=v∗ ρ

μagua=(1 c m

2

s )100

∗(1 gcm3 )=0.01 g

s∗cm=1cP

μleche=(8.0634 c m

2

s )100

∗(1.059 gcm3 )=0.08539 g

s∗cm=8.5391cP

μ jugo=(1.1339 c m

2

s )100

∗(1.047 gc m3 )=0.0118 g

s∗cm=1.1871cP

Ca&e mencionar 1ue los %alores de densidad tomados para el =ugo / la lec@e condensada seo&tienen de acuerdo con la composición 1u-mica / la temperatura de los luidos 2Sing@, '()I3. Como

era de esperarse, la lec@e condensada es la m"s %iscosa.

Conclusiones

+a densidad de los luidos $e0tonianos se puede calcular con un %iscos-metro capilar, en el

cual se mide el tiempo 1ue toma a un luido pasar por una zona espec-ica. 4s importante 1ue los

luidos no ormen &ur&u=as para tener una me=or medición, / 1ue siempre sea medido por la misma

persona. 4ste mtodo es ?til pero mu/ suscepti&le a errores de medición @umano, aun1ue por el lado

positi%o, es un %iscos-metro 1ue no re1uiere de cali&ración / es m"s sencillo.

Como era de esperarse, la lec@e condensada ue la m"s %iscosa de las muestras, mientras 1ue elagua o&tu%o un %alor de %iscosidad de )cP, lo cual es lógico. Adem"s se puede o&ser%ar 1ue el =ugo

tiene una %iscosidad cercana al agua, aun1ue es un poco m"s %iscoso. 4n cuanto alimentos, se tiene

una relación del aumento de la %iscosidad con la reducción de agua, aun1ue ser-a necesario ela&orar

otro e5perimento para corro&orar esta @ipótesis.

4n cuanto a la e5perimentación con el %iscos-metro rotatorio, se logró corro&orar 1ue la c"tsup

es un luido pseudopl"stico, mientras 1ue los resultados del =ara&e de ma-z nos indicaron

caracter-sticas de un luido pseudopl"stico, siendo esta&lecido por la &i&liogra-a como ne0toniano,

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esta %ariación pro%ocada por las condiciones de temperatura / presión utilizadas / inalmente las

soluciones de ma-z presentaron datos correspondientes a luidos dilatantes, coincidiendo con lo en la

&i&liogra-a.

Cuestionario

). 9n %iscos-metro CannonKFense necesita ser cali&rado. Dos est"ndares con %iscosidad /densidad conocidas se someten a prue&a. Se o&tu%ieron los siguientes datos

Muestra iscosidad, Pa.s Densidad, gOmI Eiempo, s4st"ndar ) ).'2)(6I3 ).()2)(I3 *>.J4st"ndar ' ).I2)(6I3 ).(I2)(I3 #I.)

4ste %iscos-metro se cali&ra encontrando U&U ,la constante del %iscos-metro. Calcule dic@a constante apartir de los datos dados.

Primero se calcula la %iscosidad cinem"tica

v= μ

ρ v1=

1.2 kgm∗s

1.01 kg

m2

=1.1881 m

2

s v2=

1.3 kgm∗s

1.03 kg

m2

=1.2621 m

2

s

Posteriormente se calcula & con la siguiente órmula

b=v

t b1=

1.1881 m

2

s

59.45 s =0.0199

m2

s2

b2=

1.2621 m

2

s

63.1 s =0.02

m2

s2

'. 4l -ndice de comportamiento del luido UnU / el coeiciente de consistencia UmU para un pur depl"tano a dierentes temperaturas ue

Eemperatura,LC m,Pa.sn n)> (.J*Q'J #.* (.J*Q*I I.* (.J*QJ '.> (.J*>

Discuta el eecto de la temperatura so&re :m< / :n<

Primeramente, por el %alor de n, se puede determinar 1ue se trata de un luido pseudopl"stico, /a 1ue

n). Claramente el eecto de temperatura en el -ndice de comportamiento del luido es nulo, lo cual

tiene sentido, por1ue los periles de %elocidad en las geometr-as 2tu&ular / anular3 no son aectados

por las temperaturas. 4n cam&io, en cuestión del coeiciente de consistencia, si se tiene un cam&io

respecto a la temperatura, se %a reduciendo el %alor de m, lo 1ue indica 1ue se %a @aciendo m"s luido

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entre ma/or temperatura se tiene, este enómeno es com?nmente conocido / es la razón por la cual se

puede ela&orar ca=eta por e=emplo

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