UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIAUNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA

LA MOLINALA 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 Reologíapor 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.

De gran versatilidad, cuentan con una amplia gama de viscosidades

2.8 Viscosímetro de lectura dial

Instrumento de medida robusto. Las lecturas pueden transformarse en

unidades centipoise (cps) 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 cP

BROOK-RVT Con 6 agujas de 100 a 8000000 cP

BROOK-HBT Con 6 agujas de 800 a 64000000 cP

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 accesorio, con mucho

cuidado

IV. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Cuadro 1: Determinación del Índice de Flujo “b”

N (RPM)

Lectura 1 (α)

Lectura 2 (α)

Lectura promedio

Ka σ (Pa) (Ka.α) Log σ Log N

0,5 8 8,1 8,05 1,05 8,45 0,927 -0,301 14,1 13,5 13,8 1,05 14,49 1,161 0,00

2,5 28,9 27,5 28,2 1,05 29,61 1,471 0,405 50 48 49 1,05 51,45 1,711 0,7010 85 82 83,5 1,05 87,68 1,943 1,0020  Mayor de100  Mayor de100 -  -  -  -  - 

GRAFICA 1. Log σ Vs. Log N

y = 0,7822x + 1,1618

R2 = 1

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

-0,35 -0,15 0,05 0,25 0,45 0,65 0,85 1,05

Log N

Lo

g σ

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

bKn

(ka= 1,05)0,1 1,5440,2 0,9070,3 0,6630,4 0,5280,5 0,4420,6 0,3820,7 0,3380,8 0,3040,9 0,276

1 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

y = 0,2554x-0,7856

R2 = 0,9999

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2b

kn

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 cp a 18 º C

N Lectura Ka σ (Pa) b Kn (1/s) a a

(RPM) ( ) (Tabla1) (Ka.) (Pendiente) (Tabla1) (Kn.N) ( Pa.s) (cp)

0,5 8,05 1,05 8,453 0,7822 0,30976 0,1549 54,5739 54573,8701 13,8 1,05 14,490 0,7822 0,30976 0,3098 46,7776 46777,603

2,5 28,2 1,05 29,610 0,7822 0,30976 0,7744 38,2356 38235,6065 49 1,05 51,450 0,7822 0,30976 1,5488 33,2189 33218,87810 83,5 1,05 87,675 0,7822 0,30976 3,0976 28,3038 28303,840                 

Esfuerzo de corte : σ (Pa) = Ka .

Velocidad de corte: (1/s)= Kn.N

Viscosidad aparente: a( Pa.s) = σ/