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PRÁCTICA: TEXTURA DE SÓLIDOS Y SEMISÓLIDOS ALIMENTARIOS
PRÁCTICA: REOLOGÍA DE FLUIDOS ALIMENTARIOS
1. Representación del esfuerzo cortante frente a la velocidad de deformación en el tramo de ascenso de deformación.
Figura 1: Representación del comportamiento reológico de la salsa barbacoa.
Figura 2: Representación del comportamiento reológico de la leche condensada.
Figura 3: Representación del comportamiento reológico de la miel a 20ºC.
Figura 4: Representación del comportamiento reológico de la miel a 30ºC.
Figura 5: Representación del comportamiento reológico de la miel a 40ºC.
Representación de viscosidad aparente frente a deformación.
Figura 6: Representación del comportamiento reológico de la salsa barbacoa.
Figura 7: Representación del comportamiento reológico de la leche condensada.
Figura 8: Representación del comportamiento reológico de la miel a 20ºC.
Figura 9: Representación del comportamiento reológico de la miel a 30ºC.
Figura 10: Representación del comportamiento reológico de la miel a 40ºC.
2. Identificación del comportamiento reológico del fluido alimentario sometido a ensayo en función de los resultados obtenidos y justifique su respuesta.
La salsa barbacoa es un fluido no newtoniano, más concretamente un plástico de Casson o plástico real, ya que se comporta como un sólido a un bajo esfuerzo cortante y a partir de un cierto valor umbral se comporta como un fluido, representándose en una línea curva convexa que no pasa por el origen de coordenadas.
La leche condensada se caracteriza reológicamente por ser un fluido no newtoniano, pseudoplástico y tixotrópico, ya que su esfuerzo cortante aunmenta con el gradiente de velocidad. El comportamiento pseudoplástico y tixotrópico es relativamente bajo, puesto que R2 es muy próximo a 1. Por lo que podría llegar a confundirse como un fluido newtoniano.
La miel se comporta como un fluido Newtoniano, ya que su viscosidad es constante. En las representaciones de la viscosidad frente al gradiente de velocidad a simple vista puede parecer que tiene un comportamiento fluctuante, pero esto se debe a la escala utilizada en centipoises es muy pequeña para el estudio. Si se utilizara una escala más grande se observaría una línea recta.
Como todo fluido newtoniano depende de su propia naturaleza, a parte de la temperatura, por eso la miela a 40ºC representa un comportamiento que algo diferente que las mieles tratadas a menor temperatura, perdiendo ligeramente su comportamiento newtoniano.
3. Cálcule el valor de los parámetros reológicos (índice de consistencia e índice de flujo) que lo caracterizan suponiendo cumplimiento de la ley de la potencia. Comente los resultados obtenidos y su significado. Comente los resultados obtenidos y su significado.
Ley de la potencia:
Para calcular el índice de consistencia (K) y el índice de flujo (n),
suponiendo que todos cumplen la Ley de la Potencia, realizamos un
modelo lineal:
Para ello representamos el log σ frente al logaritmo de у, sacando la
ecuación de la recta:
1. La salsa barbacoa:
logσ logϒ2,246 -0,854
2,676 0,447
2,776 0,748
2,915 1,146
2,941 1,225
Figura 11. Representación de la Ley de la potencia para la salsa barbacoa.
Los parámetros que se obtienen en este gráfico son: Índice de flujo: n= 0,3339 Índice de consistencia: log k=2,5297, por tanto k=1,790 Pa*s-n
Para un esfuerzo umbral de 47,6 dinas/cm2 con un índice de flujo <1, se determina que la salsa barbacoa es un plástico de Casson.
2. La leche condensada:
logσ logϒ2,263 0,4472,521 0,7482,665 0,9242,842 1,1462,897 1,2253,073 1,447
Figura 12. Representación de la Ley de la potencia para leche condensada.
Los parámetros que se obtienen en este gráfico son: Índice de flujo: n= 0,8074 Índice de consistencia: log k=1,9111, por tanto k=1,553 Pa*s-n
La leche condensada es un pseudoplástico tixotrópico, n<1. Además n está
relativamente cerca de 1, lo que confirma lo dicho anteriormente en la cuestión
2, su carácter tixotrópico es algo bajo, acercándose a un newtoniano.
3. Miel a 20ºC:
logσ logϒ2,280 -0,2522,374 -0,1552,456 -0,0762,579 0,0492,675 0,1462,754 0,225
Figura 13. Representación de la Ley de la potencia para miel a 20ºC
Los parámetros que se obtienen en este gráfico son: Índice de flujo: n= = 0,9947 Índice de consistencia: log k=2,5298, por tanto k=1,791 Pa*s-n
Por tanto, se determina que la miel a 20ºC es un fluido newtoniano.
4. Miel a 30ºC:
logσ logϒ1,972 0,0492,065 0,1462,364 0,4472,445 0,5262,662 0,7482,836 0,924
Figura 14. Representación de la Ley de la potencia para miel a 30ºC
Los parámetros que se obtienen en este gráfico son: Índice de flujo: n= 0,9891 Índice de consistencia: log k=1,9223, por tanto k=1,557 Pa*s-n
Se concluye que la miel a 30ºC es un fluido Newtoniano.
5. Miel a 40ºC:
logσ logϒ1,952 0,4472,225 0,7482,384 0,9242,595 1,1462,666 1,2252,880 1,447
Figura 15. Representación de la Ley de la potencia para miel a 40ºC
Los parámetros que se obtienen en este gráfico son: Índice de flujo: n= 0,9268 Índice de consistencia: log k=1,5332, por tanto k=1,423 Pa*s-n
Por tanto, se determina que la miel a 40ºC es un fluido newtoniano. Cómo ya se ha comentado en apartados anteriores la miel a 40ºC pierde propiedades características de un fluido newtoniano.
Se puede observar que cuanta más temperatura tiene la miel menor índice
de consistencia.
4. Discuta la posibilidad de ajustar los resultados a otros modelos. En el caso de haber obtenido un cierto esfuerzo umbral, ajustar los resultados al modelo de Herschel-Bulkley (ecuación7).
1. La salsa barbacoa:
La salsa barbacoa es un plástico de Casson, necesita un esfuerzo
umbral o umbral de fluencia. Utilizamos por tanto el modelo general de
Herschel-Bulkley:
σ = +k.
Utilizando el modelo lineal para el calculo del índice de consistencia y
el índice de flujo, tenemos que el esfuerzo umbral para la salsa
barbacoa es de 47,6 Dinas/cm2. Por lo tanto ajustando el modelo:
Datos: Esfuerzo umbral: σo = 47,6 dinas/cm2
Linealización del modelo:Log(σ- σo)= logk +nlogσ
logσ σ– σ0 log(σ-σ0)-0,854 128,8 2,1100,447 427 2,6300,748 548,8 2,7391,146 774,2 2,8891,225 826 2,917
Los parámetros que se obtienen en este gráfico son: Índice de flujo: n= 0,3888 Índice de consistencia: log k=2,4462, por tanto k=0,24462Pa*s-n
2. La leche condensada:
En este caso, la leche condensada es un fluido pseudoplástico y por
lo tanto tampoco tiene un esfuerzo umbral ( = 0). Podríamos
aplicar perfectamente el modelo general de Herschel-Buclkley o
utilizar el modelo de Ostwald-de-Waele o la ley de la potencia, que se
corresponde al anterior pero sin el esfuerzo umbral:
σ = k.
Ley de la Potencia o Modelo de Ostwald-de –Waele
logσ logϒ2,263 0,4472,521 0,7482,665 0,9242,842 1,1462,897 1,2253,073 1,447
Los parámetros que se obtienen en este gráfico son:5. Índice de flujo: n= 0,80746. Índice de consistencia: log k=1,9111, por tanto k=1,553 Pa*s-n
Para un esfuerzo umbral de 0 dinas/cm2 con un índice de flujo <1, se determina que la leche condensada es un fluido pseudoplástico.
3. La miel:
En el caso de la miel, la cual se comporta como un fluido newtoniano,
el esfuerzo umbral es cero, por lo tanto no sufrirá ningún cambio a la
hora de adaptarse al modelo de Herschel-Buclkley. Para este tipo de
fluidos utilizaríamos la Ley de Newton:
No hay ningún problema a la hora de adaptarlo al modelo Herschel-
Buclkley, ya que µ se correspondería con k, y n=1 para estos fluidos.
5.- Represéntese el esfuerzo cortante y la viscosidad frente a la
velocidad de deformación pero en este caso simultanee sobre las
mismas gráficas el tramo de velocidad ascendente y el de velocidad
descendente.
Los tramos azules corresponden a velocidades ascendentes, los tramos
rojos corresponden a las velocidades descendentes.
6.- Identifique la dependencia con el tiempo del comportamiento
reológico de los fluidos estudiados. Parea ello, establezca la ecuación de
ajuste de las curvas obtenidas en el tramos de velocidad ascendente y
compárela con la del tramo de velocidad descendente (aplicando la ley de
la potencia).
a. La salsa barbacoa.
La salsa barbacoa es un fluido independiente del tiempo, es un fluido no newtoniano más concretamente un plástico de Casson.
A continuación se comparan los parámetros:Tramo ascendente:
Índice de flujo: n= 0,3339 Índice de consistencia: log k=2,5297, por tanto k=1,790 Pa*s-n
Tramo descendente:
Índice de flujo: n= 0,4342 Índice de consistencia: log k=2,4001, por tanto k=1,738 Pa*s-n
Se observa que el índice de flujo varia un poco dependiendo del tramo ascendente o descendente. El índice de consistencia varía inapreciablemente.
b. Leche condensada.
A continuación se comparan los parámetros:Tramo ascendente:
Índice de flujo: n= 0,8074 Índice de consistencia: log k=1,911, por tanto k=1,552 Pa*s-n
Tramo descendente:
Índice de flujo: n= 0,9043 Índice de consistencia: log k=1,7586, por tanto k=1,499 Pa*s-n
Se observa que el índice de flujo varia un poco dependiendo del tramo ascendente o descendente. El índice de consistencia varía inapreciablemente.
La leche condensada se comporta como un fluido no newtoniano, pseudoplástico tixotrópico, por tanto, dependiente del tiempo.
Se calcula la viscosidad aparente: Ƞ=k*ɣn-1
Datos: Índice de flujo: n= 0,8074
Índice de consistencia: log k=1,9111, por tanto k=1,553 Pa*s-n
σ -0,1926 σ
0,820 1,274
0,718 1,114
0,664 1,031
0,602 0,934
0,581 0,902
0,526 0,817
0,581 0,902
0,602 0,934
0,664 1,031
0,718 1,114
0,820 1,274
c. Miel a 20ºC
La miel a 20ºC es un fluido newtoniano y por tanto es independiente del tiempo.
A continuación se comparan los parámetros:Tramo ascendente:
Índice de flujo: n= 0,9947 Índice de consistencia: log k=2,5298, por tanto k=1,790 Pa*s-n
Tramo descendente:
Índice de flujo: n= 0,9796 Índice de consistencia: log k=2,5334, por tanto k=1,792 Pa*s-n
Se observa que el índice de flujo varia un poco siendo prácticamente 1 por ser la miel un fluido newtoniano. El índice de consistencia no se aprecia variaciones.
d. Miel a 30ºC.
La miel a 30ºC es un fluido newtoniano y por tanto es independiente del tiempo.
Tramo ascendente:
Índice de flujo: n= 0,9891 Índice de consistencia: log k=1,9223, por tanto k=1,557 Pa*s-n
Tramo descendente:
Índice de flujo: n= 0,9893 Índice de consistencia: log k=1,9226, por tanto k=1,557 Pa*s-n
Se observa que el índice de flujo varia un poco siendo prácticamente 1 por ser la miel un fluido newtoniano. El índice de consistencia no se aprecia variaciones.
e. Miel a 40ºC.
La miel a 40ºC es un fluido newtoniano y por tanto es independiente del tiempo.
Tramo ascendente:
Índice de flujo: n= 0,9268 Índice de consistencia: log k=1,5332, por tanto k=1,424 Pa*s-n
Tramo descendente:
Índice de flujo: n= 0,9268 Índice de consistencia: log k=1,5332, por tanto k=1,423 Pa*s-n
Se observa que el índice de flujo varia poco diferenciándose más de la unidad, ya que la miel a 40ºC empieza a perder características de fluido newtoniano. El índice de consistencia no se aprecia variaciones.
El índice de consistencia ha variado bastante de la miel a 20ªC a la miel a 40ºC, perdiendo consistencia.
La miel a 20ºC y la salsa barbacoa son los productos medidos con mayor índice de consistencia.
7.- Compare las curvas σ - ϒ obtenidas con la miel a 20 ºC, 30ºC y 40ºC
representándolas sobre el mismo gráfico . Justifique las diferencias
observadas en reología de la miel como consecuencia de la diferente
temperatura medida.
En la miel al aumentar la temperatura, disminuyen las fuerzas de interacción
entre las moléculas y por tanto su fricción interna. Por esto, se concluye que la
miel a 40ºC pierde parte se sus características como fluido newtoniano. Por
tanto, como se observa en el gráfico el gradiente de velocidad es mayor a
mayor temperatura.
8. Suponiendo que la dependencia de la viscosidad con la temperatura es
de tipo exponencial determinar los parámetros y Ea de la ecuación que
los relaciona.
Exp (Ea /RT)
Si linealizamos la ecuación y la representamos:
ln
ln
=