PRÁCTICA N° 4 Determinación de Viscosidad en diferentes

PRÁCTICA N° 4
Determinación de Viscosidad en diferentes muestras de
Alimentos
1. Objetivos
1. Determinar la viscosidad cinemática y dinámica en diferentes
muestras de alimentos.
2. Determinar la viscosidad a muestras de alimentos por diferentes
métodos.
3. Estudiar el comportamiento de los fluidos en función del Tiempo y
la Temperatura.
4. Estudiar los diferentes parámetros que afectan a la viscosidad de
un fluido.
2. Materiales y Reactivos
Materiales: Viscosímetro Brookfield; viscosímetro de bola GV-2100 y GV2200, vaso de precipitado de 400mL y 100mL., pipetas graduadas de
10mL., cronómetro, cilindro graduado de 100mL. y 500mL.
Reactivos: acetona, muestras de alimentos
3. Introducción:
En 1678 Robert Hooke fue el primero que habló de la reología en su libro
“Verdadera teoría de la Elasticidad”. Dicha teoría se resumía en lo
siguiente:“Si se dobla (aumenta) la tensión, se dobla la deformación”.
Nueve años después, Isaac Newton publicó en “Philosophiae
Naturalis Principia Mathematica” una hipótesis asociada al estado simple
de cizalladura (o corte): “La resistencia derivada de la falta de
deslizamiento de las partes de un líquido es proporcional a la velocidad
con que se separan unas de otras dentro de él”. Esta necesidad de
deslizamiento es lo que ahora se denomina “Viscosidad”, sinónimo de
fricción interna. Dicha viscosidad es una medida de la resistencia a fluir.
Podemos definir la viscosidad como la propiedad de un fluido que
da lugar a las fuerzas que se oponen al desplazamiento relativo de unas
capas adyacentes respecto a otras; estas fuerzas son similares a las de
cizalla de los sólidos y ambas proceden de las interacciones que existen
entre las moléculas.
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Año Lectivo 2010-2011
Modulo II: Principios Básicos para la Transformación de Alimentos
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”.
La viscosidad cinemática “η”, es la relación que existe entre la
viscosidad dinámica y la densidad del fluido en estudio (Bourne, 1.982). La
viscosidad cinemática varía en los gases con la presión y la temperatura,
mientras que, en los líquidos se puede decir que su cambio se debe sólo a
la temperatura
En cambio, la viscosidad dinámica “µ”, este termino es
frecuentemente llamado “viscosidad” o “viscosidad absoluta”. Es la
fricción interna de un liquido o su tendencia a la resistencia de
flujo.(Bourne, 1.982)
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
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- Pseudoplásticos
- Dilatantes
- Dependientes del tiempo
- Fluidos tixotrópicos
- Fluidos reopécticos
- Fluidos viscoelásticos
Antes de asistir a la práctica investigue:
•
•
•
Investigue las características de los fluidos según su comportamiento
reológico.
¿En qué consiste la Ley de Newton?
Funcionamiento del viscosímetro de bola y del viscosímetro
rotacional.
Experimento N° 1 Estudio de la viscosidad en función de la temperatura
1. Mida 100 mL. de la muestra sumistrada por el profesor con un
cilindro graduado.
2. Vierta la muestra en un vaso de precipitado de 100 mL. Tome la
temperatura
3. Llene hasta el aforo una pipeta graduada de 10 mL. con la
muestra
4. Vierta la muestra en el viscosímetro de bola GV-2200 hasta
rebosar, coloque la bola de metal y cierre el viscosímetro, regule
con las válvulas la salida del aire.
5. Cuando la bola comience a caer por las líneas de medida, active
el cronómetro y tome el tiempo, hasta que vuelva a pasar por las
líneas de medidas que se encuentran al final del viscosímetro.
6. Registre el tiempo.
7. Lave cuidadosamente el viscosímetro dejando caer el fluido a
través de un colador para impedir la perdida de la esfera.
8. Una vez limpio agregue 2 mL. de acetona y deje secar.
9. Coloque el vaso de precipitado con la muestra en el baño de
recirculación regulando la temperatura a 55 °C
10. Cuando la muestra alcance la temperatura deseada realice el
mismo procedimiento desde el paso 1 al 8
11. Repita el procedimiento a 95 °C.
Tabla N° 1 (coloque un nombre adecuado a la hora de reportar los datos
en su informe)
Muestra Temperatura Tiempo Viscosidad Viscosidad
°C
seg.
dinámica
cinemática
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M.P
Experimento N° 2 Estudio de la viscosidad según el comportamiento de los
Fluidos
Para salsa de tomate
1. Llenar un vaso de precipitado de 400 mL. con el contenido de
una salsa de tomate de 397 gr.
2. Coloque en el viscosímetro la aguja N° 4
3. Coloque con el selector el código para el spindle N° 4, el cual es,
“s64”
4. Coloque el vaso de precipitado que contiene la muestra
alineado concéntricamente con el eje que se encuentra debajo
del viscosímetro.
5. Pida la verificación de su profesor antes de realizar el siguiente
paso.
6. Desplace el motor del viscosímetro, llevando la aguja hasta el
fondo del vaso de precipitado, sin que este toque el fondo.
7. Colocar el selector en Speed y seleccionar la velocidad.
Comience desde 1 RPM
8. Después de tomar la viscosidad a 1 RPM cambie con el selector
a10 RPM y tome la viscosidad progresivamente hasta alcanzar
100 RPM
9. Encienda el motor y tome las lecturas de la viscosidad.
Para aceite
1. Con un cilindro de 500 mL. mida 470 mL. de la muestra de aceite
y viértalos en un vaso de precipitado de 500 mL.
2. Coloque en el viscosímetro la aguja N° 2
3. Coloque con el selector el código para el spindle N° 2, el cual es,
“s62”
4. Coloque el vaso de precipitado que contiene la muestra
alineado concéntricamente con el eje que se encuentra debajo
del viscosímetro.
5. Pida la verificación de su profesor antes de realizar el siguiente
paso.
6. Desplace el motor del viscosímetro, llevando la aguja hasta el
fondo del vaso de precipitado, sin que este toque el fondo.
7. Colocar el selector en Speed y ajuste la velocidad a 30 RPM
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8. Encienda el motor y tome las lecturas de la viscosidad.
Tabla N° 2 (coloque un nombre para el informe)
Muestra
RPM
Viscosidad
cP
% de Torque
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Tabla N° 3 (coloque un nombre adecuado para su informe)
Muestra
RPM
Viscosidad (cP)
% de Torque
Observaciones:
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_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________
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En su informe:
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Calcule la viscosidad dinámica y cinemática para el experimento N°
1 y haga una comparación con la viscosidad teórica.
Realice una gráfica para calcular la temperatura de la muestra
problema. (para el experimento N° 1)
Para el calculo de la viscosidad dinámica utilice la siguiente formula:
µ= K (ρf – ρ) t
(Ecuación N° 1)
Donde:
µ= viscosidad dinámica expresada en Centipoise (cP)
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K= constante del viscosímetro
cP
gr.seg .mL−1
ρf= densidad de la esfera (gr/mL.)
ρ= densidad del fluido (gr/mL.)
t = tiempo de descenso. (seg.)
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Para el experimento N° 2 realice una gráfica y explique el
comportamiento de los fluidos. ¿A qué comportamiento obedecen,
según lo investigado previamente?
Discuta en base a la viscosidad teórica de los fluidos estudiados
(experimento N° 2)
Realice la conversión de las unidades de cP a Pa.seg.
Para el experimente N° 3 explique el comportamiento observado.
Datos Bibliográficos.
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Bourne, Malcolm C. 1982. Food texture and viscosity. Editoral.
Academic Press, Estados Unidos de Norte América,.
Sone, Toshimaro. 1972. Consitency of Foodstuffs. Editorial. D. Reidel
Publishing Company Dordrecht- Holland, Holanda.
Sharma, Mulvaney y Rizvi. 2003. Ingeniería de Alimentos, operaciones
unitarias y prácticas de laboratorio. Ediciones Limusa Wisley.
R. Paul Sing y Dennis R. Heldman. 1998. Introducción a la Ingeniera de
los Alimentos. Editorial Acribia S.A. Zaragoza, España.
Himmelblau David M. 1997. Principios Básicos y Cálculos en
Ingeniería Química. Ediciones Pearson. México
J.G Brennan, J.R Butters, N.D Cowell, A.E.V Lilley. 1998. Las
operaciones de la Ingeniería de los Alimentos. 3era edición. Editorial
Acribia. Zaragoza, España.
Earle R.L. 1988. Ingeniería de los Alimentos. 2da. Edición. Editorial
Acribia S.A. Zaragoza, España.
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