Informe De Reologia Algarrobina1 f3d2l

UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINA ESCUELA DE POSTGRADO ESPECIALIDAD DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

INFORME DE PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 04

REOLOGÍA DE FLUIDOS (ALGARROBINA) CURSO

:

ANÁLISIS DE LOS ALIMENTOS POR INSTRUMENTACIÓN

ALUMNOS

: CAMPOS AGUADO IANA CAMPOS DIAZ LUIS CHICCHON CACERES LAURA

PROFESOR

:

Ing. Mg. Sc. LUIS BRICEÑO BERRU

La Molina, 26 de Noviembre de 2008

I. INTRODUCCIÓN La Reología es la ciencia del flujo que estudia la deformación de un cuerpo sometido a esfuerzos externos .Su estudio es esencial en muchas industrias, incluyendo las de plásticos, pinturas, alimentación, tintas de impresión, detergentes o aceites lubricantes, por ejemplo. Las necesidades de conocer la reología en la industria de los alimentos son múltiples. Entre otras se pueden citar: • Diseño de tuberías y selección de bombas • Diseño y análisis de equipos de extrusión • Selección y operación de equipos de mezclado • Diseño y operación de cambiadores de calor • Procesos en los que se realizan recubrimientos • Selección de envases El modelo reológico, que relaciona el esfuerzo aplicado con la velocidad de corte, es la base teorica para resolver los problemas expuestos. En el presente informe, se determino la viscosidad de la algarrobina, utilizando el viscosímetro rotacional de Brookfield con el fin de encontrar de qué tipo de fluido se trata, a través de la determinación de su viscosidad y la construcción de su reograma mediante éste método. Los objetivos de la presente experiencia fueron: -

Determinar la viscosidad y construir el respectivo reograma de la muestra de la algarrobina

-

Identificar el tipo de fluido reológico que es la algarrobina de acuerdo al comportamiento de su reograma.

II.- REVISIÓN DE LITERATURA 2.1.

Reologia:

La reología se define como la ciencia que estudia la deformación y el flujo de la materia. Esto escomo un material responde a fuerza. Por ejemplo, la miel podrá fluir a través del orificio de un embudo de vidrio, mientras esto no ocurrirá con la mayonesa. Sin embargo la mayonesa es mucho más fácil de esparcir sobre una rodaja de pan que la miel.

La reología provee las herramientas para entender estos comportamientos diferentes. La figura siguiente muestra un fluido sometido a una deformación simple entre dos platos paralelos. El plato inferior es estacionario, mientras que el plato superior se mueve a una velocidad v como consecuencia de una fuerza F aplicada al mismo.

El movimiento del plato establece un gradiente de velocidad en el fluido.

Introducción a la Reología por Lic. Hugo De Notta (Ucar Emulsion Systems 2.2 .

Esfuerzo de corte ó cizalla (σ )

Se define como la fuerza por unidad de área necesaria para alcanzar una dada deformación. Las unidades de esta magnitud son Dinas / cm2 σ = F (Fuerza) = DINA A(Area) cm2

2.3.

Velocidad de Corte ó Cizalla ( )

Se define como el cambio de velocidad v a través de la distancia h entre los dos platos. Las unidades son 1/segundo. La velocidad de corte se incrementa a medida que la velocidad del plato superior aumenta y la distancia entre los dos platos se hace más pequeña  = dv = cm/s = s -1 dh

cm

El fluido entre los platos resiste el movimiento del plato superior y esta resistencia al flujo es determinada por la viscosidad del fluido ( ). 2.4.

Viscosidad ()

Se define como la relación entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de corte adoptada por el fluido. La viscosidad en el sistema de unidades cgs se expresa en Poise.

 (viscosidad) = σ (Esfuerzo de corte) = Poise ó Pas  (Velocidad de corte) Existen dos tipos diferentes de comportamientos reológicos bien marcados: 2.5.

Modelos reológicos para alimentos fluidos

La descripción precisa del flujo, necesaria para el diseño de sistemas de bombeo, tuberías,…etc, requiere una ecuación que exprese la relación entre σ y γ en cualquier punto. Observando el comportamiento de diversos fluidos (independientes del tiempo) mostrados en la siguiente figura, se ha caracterizado el comportamiento proponiendo diversas ecuaciones que los reproducen.

Los fluidos Newtonianos muestran una relación lineal entre σ y . En este caso σ = μ ⋅ , donde μ es la “viscosidad verdadera”

• Los fluidos pseudoplasticos y dilatantes muestran una relación no lineal entre σ y  que en ambos casos se representa por la “ley de la potencia” σ = K ⋅ n . K y n son parámetros del modelo de flujo. K se denomina “índice de consistencia” mientras que n es el “índice de flujo”. Para los fluidos pseudoplásticos se cumple que n<1 mientras que n>1 ocurre para los dilatantes.

La ley de la potencia representa al fluido newtoniano cuando n=1.

• Los “plásticos de Bingham” requieren la aplicación de un esfuerzo mínimo antes de empezar a fluir, por lo que se representan bien por σ =σ + μ ⋅

o

Donde σ0 es el esfuerzo de corte necesario para iniciar el flujo. • Finalmente, los plásticos generales o de Herschel-Bulkley representan un comportamiento más general que engloba al de todos los anteriores con la ecuación n σ =σo + K ⋅ A continuación se muestran algunos alimentos con los diferentes tipos de flujo.

Y a continuación se presentan las viscosidades de algunos fluidos para ilustrar el rango en el que se pueden mover.

2.6.

Fluidos dependientes del tiempo

En algunos fluidos, la viscosidad aparente no permanece constante aunque se mantenga constante la velocidad de corte. Este fenómeno es relativamente habitual en los alimentos. La viscosidad aparente puede disminuir o incrementarse como muestra la siguiente gráfica.

Los fluidos cuya viscosidad aparente se incrementa con el tiempo se denominan reopécticos, mientras que los que se hacen más fluidos se denominan tixotrópicos. Estos fenómenos se explican por la aparición o rotura de nuevos enlaces o interacciones intermoleculares por la acción de la agitación, como en el caso de los almidones, la masa del pan o en la formación de emulsiones como la mayonesa. La variación de las propiedades reológicas puede ser reversible o no. La tixotropía irreversible, bastante común en sistemas alimentarios, se denomina Reomalaxis o Reodestrucción.

Este comportamiento puede ser modelizado introduciendo en los indices de consistencia una dependencia del tiempo o de la energía específica absorbida por el fluido.

2.7

Viscosímetro Brookfield

Instrumentos de medición y control de viscosidad, indispensables en el control de calidad de innumerables productos. todos se suministran con certificado de fábrica, juego de agujas, instructivo, estuche y soporte. Todos los viscosímetros Brookfield utilizan el conocido principio de la viscosimetria rotacional; miden la viscosidad captando el par de torsión necesario para hacer girar a velocidad constante un husillo inmerso en la muestra de fluido. El par de torsión es proporcional a la resistencia viscosa sobre el eje sumergido, y en consecuencia, a la viscosidad del fluido. 

Son de fácil manejo e instalación, sin necesidad de un alto grado de conocimientos operativos.



2.8

De gran versatilidad, cuentan con una amplia gama de viscosidades Viscosímetro de lectura dial

Instrumento de medida robusto. Las lecturas pueden transformarse en unidades centipoise (s) mediante una tabla de conversión. Se pueden realizar determinaciones reproducibles de viscosidad en 30 segundos. Ahora con nuevo diseño con impulso electrónico que elimina el mecanismo de transmisión de inducción sistemática. Además al tener menor movimiento de partes, proporciona una segura operación silenciosa. Modelos disponibles: BROOK-LVT Con 4 agujas de 100 a 2000000 BROOK-RVT Con 6 agujas de 100 a 8000000 BROOK-HBT Con 6 agujas de 800 a 64000000

En la siguiente figura se muestran los principales elementos del viscosímetro de Brookfield.

III.

MATERIALES Y METODOS 3.1 Materiales

-

Muestra: Algarrobina

-

Termómetro

-

Beakers de 500 ml de capacidad. 3.2

-

Equipos Viscosímetro Brookfield Modelo RVT, spindle Nº 5

3.3

Metodología Experimental Previamente se mide la temperatura de la muestra. Imagen 1 Operación del equipo

-

Se aseguró la aguja al eje inferior, lo mejor es levantar ligeramente el eje mientras se sostiene firmemente con una mano y se enrosca la aguja con la otra. Debe tener cuidado para evitar un daño al alinear la aguja y la cuerda.

-

Se insertó la aguja tipo disco en el material de prueba hasta que el nivel de fluido esté en la marca del eje de la aguja, es más conveniente hacer la inmersión de la aguja antes de asegurarla en el viscosímetro para evitar que queden atrapadas burbujas de aire en la parte inferior del disco o en la superficie.

-

Se evitó de no golpear la horquilla contra los lados del recipiente que contiene el material de prueba, mientras se unió con el viscosímetro pues esto pudo dañar la alineación del eje.

-

Se niveló el viscosímetro, utilizando los tornillos de la base y el nivel de burbuja.

-

Se presionó el “clutch” y se encendió el motor del viscosímetro y se verificó que el indicador sea mayor de 10.

-

El tiempo requerido para la estabilización depende de la velocidad a la cual la aguja este girando, a las velocidades arriba de 4 R.P.M. esto generalmente ocurrirá aproximadamente de 20 a 30 segundos. Mientras que a bajas velocidades esto tomara el tiempo requerido para una revolución del cuadrante.

-

Fue posible observar la posición del indicador y estabilizar a bajas velocidades mientras que el cuadrante gira, pero a altas velocidades será necesario presionar el “clutch” y girar el interruptor del motor para detener el instrumento con el indicador a la vista. Un poco de práctica será necesario para detener el cuadrante en el punto exacto. Si requiere las lecturas, encienda el instrumento presionando el “clutch” y reteniendo la lectura original para luego liberarlo.

Procedimiento para el uso del viscosímetro de rotación -

Se vertió alrededor de 500 mL de mayonesa en un Beacker con capacidad de 500 mL, registrándose paralelamente la temperatura del producto.

-

Se insertó el huso en el fluido de prueba hasta la muesca de inmersión marcada en la flecha del huso.

-

Se escogió la velocidad deseada del uso con la perilla de control de velocidad. Se registró los datos de es fuerzo cortante a varias velocidades o velocidades de corte del huso. Terminada la lectura se apaga el reómetro accionando la palanquita de encendido, se eleva el cabezal mediante la perilla que gira en sentido contrario y se retira el spindle del cabezal y el rio, con mucho cuidado

IV.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Cuadro 1: Determinación del Índice de Flujo “b”

N Lectura 1 (RPM) (α) 0,5 8 1 14,1 2,5 28,9 5 50 10 85 20 Mayor de100

Lectura 2 (α) 8,1 13,5 27,5 48 82

Lectura promedio

Ka

8,05

1,05

13,8

1,05

28,2

1,05

49

1,05

83,5

1,05

Mayor de100

-

-

σ (Pa) (Ka.α) 8,45 14,49 29,61 51,45 87,68 -

Log σ 0,927 1,161 1,471 1,711 1,943 -

Log N -0,30 0,00 0,40 0,70 1,00 -

De la grafica 1 se observa que el índice de flujo b es 0.7822 ( esto viene ser la pendiente observada en la ecuación de la recta Log σ=0.7822Log N + 1.1618)

De la tabla 1 de la guia de practica se observa que para un numero de spindle 5 le corresponde un valor de K = 1.05 ; donde K es el coeficiente de consistencia expresado en Pa.s Según los resultados obtenidos del índice de flujo “b”, se puede caracterizar a la

mayonesa

marca

Alacena

como

fluido

No

Newtoniano

del

tipo

Pseudoplástico (Figura 13), b = 0.2572, ya que este tipo de fluidos presentan índices de flujo mayores que cero y menores que 1 (Steffe, 1996).

Calculo de Kn con respecto al spindle numero 5 y b ( índice de flujo ) de 0.7822

b 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Kn (ka= 1,05) 1,544 0,907 0,663 0,528 0,442 0,382 0,338 0,304 0,276 0,254

La tabla anterior ha sido ploteado según los datos de factores de conversión para los spindles del viscosimetro brookfield RVT ( bajo condiciones estandares de medida)

Se plotea los datos anteriores y se obtiene la siguiente grafica con su ecuación respectiva

Interpolando en la ecuación Kn= 0.2554b -0.7856 se obtiene que para un valor de b =0.7822, el valor de Kn es 0.30976 Cuadro 2: Cálculo de la Viscosidad en Pa.s y en a 18 º C N (RPM) 0,5 1 2,5 5 10

Lectura ( ) 8,05 13,8 28,2 49 83,5

Ka (Tabla1) 1,05 1,05 1,05 1,05 1,05

σ (Pa) b Kn (Ka.) (Pendiente) (Tabla1) 8,453 0,7822 0,30976 14,490 0,7822 0,30976 29,610 0,7822 0,30976 51,450 0,7822 0,30976 87,675 0,7822 0,30976

Esfuerzo de corte :

σ (Pa) = Ka .

Velocidad de corte:

 (1/s)= Kn.N

Viscosidad aparente:

 a( Pa.s) = σ/

 (1/s) (Kn.N) 0,1549 0,3098 0,7744 1,5488 3,0976

a ( Pa.s) 54,5739 46,7776 38,2356 33,2189 28,3038

a () 54573,870 46777,603 38235,606 33218,878 28303,840