VISCOSIDAD
La viscosidad se la resistencia que poseen algunos líquidos durante su fluidez y
deformación, un enfoque del estudio de la viscosidad se limita a diferenciar
principalmente entre flujo laminar y turbulento, así como a presentar los perfiles de
velocidad generados bajo ciertas condiciones particulares considerando la idea
newtoniana, donde la viscosidad es una constante que depende principalmente de
la temperatura y en mucho menor medida de la presión.
El comportamiento de los fluidos bajo la acción de fuerzas aplicadas es tema de
estudio de la mecánica de fluidos. Sin embargo, el estudio del comportamiento
viscoso de los fluidos pertenece al campo de la reología, que es la ciencia que
estudia el flujo y la deformación de los materiales. Es importante considerar los
conceptos de esfuerzo y deformación para los fluidos viscosos.
Figura 1. Diagrama de un fluido en flujo cortante
El esfuerzo de corte 𝜏 que ejerce la placa superior al liquido está definido por:
𝐹
𝜏=
𝐴
Donde A es el área de la placa superior en la cual se aplica la fuerza. Las unidades
del esfuerzo en el Sistema Internacional (SI) son los Pascales o N/m2. Asimismo, la
deformación que se genera en el fluido está expresada por:
𝑥
𝛾=
𝐿
Donde x es el desplazamiento del material y L es el espaciamiento entre la placa
superior y la inferior. La deformación de los fluidos se incrementa paulatinamente
hasta que se remueve la fuerza. Por ello, es que en los fluidos es más útil el
concepto de rapidez de deformación, que representa a la variación de la
deformación respecto del tiempo.
Fluidos newtonianos
Cuando la relación entre el esfuerzo de corte y la rapidez de deformación es lineal,
se dice que el fluido es newtoniano, en cualquier otro caso se dice que el fluido es
no newtoniano. A la relación matemática que existe entre el esfuerzo de corte y la
rapidez de deformación se le denomina ecuación constitutiva. Por lo tanto, la
ecuación constitutiva para el fluido newtoniano está expresada por
𝜏 = μγ
Fluidos no newtonianos
Para fluidos no newtonianos, por ejemplo, el adelgazante o el dilatante, la ecuación
constitutiva que los describe es el modelo de ley de potencia, expresado por la
siguiente ecuación:
𝜏 = 𝑘γ
Donde k y n son constantes. Cuando n1 este modelo se refiere a los fluidos
dilatantes.
La diversidad de los procesos de fabricación modernos en la industria alimentaria y
el énfasis en la calidad de los alimentos requieren conocimiento y comprensión de
las funciones de las propiedades de los materiales (bio)alimentarios que componen
los alimentos sólidos y semisólidos. La viscosidad es la propiedad de un fluido que
establece resistencia; las fuerzas aplicadas paralelamente a una superficie crean
un esfuerzo cortante, cuando se aplica un esfuerzo cortante a un fluido, se deforma
continua y permanentemente. En el sector alimentario, especialmente en empresas
productoras de lácteos, salsas, aceites de cocina e incluso en la industria
panificadora, el concepto de viscosidad tiene un impacto importante en la calidad
de los productos comercializados.
A partir de este término podemos entender las propiedades de flujo de un sistema
de fluidos: si se mueven en dos capas, las sustancias relacionadas crean resistencia
al flujo; a medida que la velocidad se mueve a través de diferentes capas, aparecen
fuerzas viscosas. Se diseñan diversos tipos de equipos de laboratorio en base a
ecuaciones diferenciales que determinan la viscosidad de un fluido (su resistencia
al flujo) causada por fuerzas moleculares e intermoleculares, que provocan que se
produzca la fricción. Al igual que ocurre en la tensión superficial, las fuerzas
intermoleculares también se ven afectadas por la inducción de energía térmica,
aunque algunos líquidos de la cadena alimentaria son excepciones a esta regla por
sus propiedades o por el uso de aditivos. De todos modos, cuanto más cerca estén
las moléculas del centro de la superficie del líquido, la viscosidad será relativamente
baja.
Un producto rechazado o retirado del mercado no sólo puede causar daños graves
a su empresa, sino que también puede tener un impacto a largo plazo en su imagen
de marca. Por tanto, en el procesamiento de alimentos los factores de calidad son
más importantes de lo que se podría pensar, y uno de los aspectos más relevantes
es la reología, es decir, el estudio de la viscosidad y la plasticidad, para garantizar
su calidad industrial. Por ejemplo, para el manejo de materias primas como
espesantes y gelificantes, los medidores de pH no solo se utilizan para determinar
su acidez y alcalinidad, sino que la viscosidad también se considera un factor
determinante para verificar si cumplen con los requisitos de manejo y
procesamiento.
La reología de los alimentos nos permite comprender la estructura de un producto,
por lo que es una herramienta complementaria a la tecnología de control de calidad.
Por ejemplo, existe una relación entre el tamaño y la forma de las moléculas de una
sustancia disuelta y su viscosidad. Por lo tanto, midiendo la viscosidad de las
dispersiones de polímeros y alimentos, se puede determinar el peso molecular.
También es un parámetro importante para el diseño de infraestructura y la
implementación de redes de manipulación de alimentos (por ejemplo, bombas y
sistemas de tuberías) dentro de las plantas de producción. Es importante recordar
que durante la concentración y la evaporación, la viscosidad es un parámetro crítico
que se debe conocer para lograr mejoras y garantizar la calidad.
La reología también juega un papel importante en el control de calidad en el campo
de la panificación, donde es crucial la medición de la viscosidad de la harina utilizada
en la producción, así como la dureza, el grado de gelatinización del almidón, la
extensibilidad de la masa y otras propiedades. . En esta industria, comprender la
viscosidad de la materia prima es fundamental, ya que ayuda a determinar las
propiedades del producto final. El estudio de todos los factores que hacen factible
la comercialización de alimentos incluye el uso de equipos de laboratorio, medidores
de pH, etc., lo cual es fundamental para garantizar que los alimentos sean
saludables y no afecten al bienestar del consumidor.
En este sentido, las mediciones de viscosidad son fundamentales en la industria
alimentaria ya que apoyan los cálculos del flujo de fluidos y facilitan la determinación
de coeficientes de transferencia de calor y otros procesos. La medición de la
viscosidad también se utiliza como indicador cuantitativo de la calidad no sólo en el
procesamiento de alimentos, sino también en industrias igualmente importantes
como la petroquímica, la petrolera, la textil, la farmacéutica y la de pinturas.
Bibliografía
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