Fenomenos

Caratula

I. INTRODUCCION

La determinación de la viscosidad de fluidos en la industria alimentaria, es de gran importancia, ya que de esta manera se pueden controlar diferentes parámetros del proceso de producción y para evaluar si el equipo que se utiliza es el correcto y de caso contrario determinar qué tipos de cambios se deben realizar al diseño. Por ejemplo kétchup, yogur, cerveza, etc. A medida que se avanza en el proceso se adicionan sólidos, hay variaciones en la temperatura, se someten a esfuerzos de corte, diferentes velocidades de corte que tendrán un efecto en la viscosidad.

Además también se debe mencionar que la viscosidad se utiliza, para establecer condiciones de parámetros de control de la calidad, ya que la viscosidad es una propiedad fisicoquímica que influye en la textura y percepción de un alimento fluido al ser ingerido por el consumidor

Se han diseñado diferentes equipos para la determinación la viscosidad de un fluido, en esta práctica utilizaremos el viscosímetro Brookfield, que es un tipo de viscosímetro de cilindros coaxiales, este equipo puede medir el comportamiento reológico de fluidos no newtonianos. Este tipo de viscosímetros permiten la determinación de medidas continuas de esfuerzos cortantes para una velocidad que estará dada en tiempos prolongados, permitiendo también saber si existe dependencia o no del tiempo.

II. OBJETIVOS

• Familiarizarse con el uso del reómetro rotacional.

• Medir la viscosidad de un fluido como parámetro de calidad.

• Determinar las características reológicas de la pasta de tomate, aceite y néctar.

• Identificar y distinguir el comportamiento reológico de fluidos newtonianos de los no newtonianos.

• Calcular los valores de la viscosidad corregida según la ecuación de Arrhenius.

III. REVISION DE LITERATURA

3.1. Viscosidad

Según Lewis (1993) la viscosidad puede definirse como el rozamiento interno que actúa dentro de un fluido, es decir la resistencia de este a fluir. Además Badui (2006), señala que esa resistencia a fluir se debe a una fuerza aplicada o un esfuerzo de cizalla. Sin embargo Geankoplis (2006), nos da un concepto más completo al decir que la viscosidad es la propiedad de un fluido que da lugar a fuerzas que se oponen al movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. Estas fuerzas viscosas se originan de las que existen entre las moléculas del fluido y son de carácter similar a las fuerzas cortantes de los sólidos.

Badui (2006), señala que la viscosidad es importante en la industria de alimentos, ya que la aceptación de alimentos líquidos y semisólidos por parte de los consumidores de productos tipo salsas, sopas, bebidas, etcétera, depende de la viscosidad y consistencia del producto.

3.2. Fluidos Newtonianos

Los fluidos que obedecen a la ley de Newton, se llaman fluidos newtonianos. En los fluidos newtonianos existe una relación lineal entre el esfuerzo cortante (T) y el gradiente de velocidad de corte (dv/dy) Esto significa que la viscosidad (μ) es constante e independiente de la velocidad de corte (Geankoplis, 2006)

De acuerdo a lo mencionado:

Cuando Δv tiende a cero y usando la definición de derivada:

Si se tuviera una solución ideal, el esfuerzo de cizalla seria directamente proporcional a la velocidad de corte, lo que quiere decir que la fuerza por unidad por área es directamente proporcional a la gradiente de velocidad entre las capas de la solución. Badui (2006), menciona que los fluidos que siguen esta proporción son llamados fluidos newtonianos.

Así mismo según Lewis (1993) los tipos de fluidos conocidos como fluidos newtonianos, presentan una relación lineal entre la fuerza de cizalla y el gradiente de cizalla. En el que la viscosidad dinámica (o coeficiente de viscosidad) se define como la relación entre la fuerza de cizalla y el gradiente de cizalla:

La mayor parte de gases y fluidos simples, presentan un comportamiento newtoniano a los gradientes de velocidad utilizados con frecuencia. Por ejemplo fluidos como el agua y el etanol (Lewis 1993).

3.3. Fluidos no newtonianos

Los fluidos no newtonianos son aquellos que no obedecen la ley de Newton. Estos fluidos no presentan una relación lineal entre el esfuerzo y la velocidad de corte, es decir la viscosidad no es constante (Geankoplis, 2006).

Los fluidos no newtonianos pueden dividirse en dos categorías principales con base en su comportamiento de esfuerzo cortante/velocidad cortante: fluidos en los que el esfuerzo cortante es independiente del tiempo o duración de la acción cortante (independientes del tiempo), y aquellos en los que el esfuerzo cortante depende del tiempo o duración de la acción cortante (dependientes del tiempo) (Geankoplis, 2006).

Así mismo algunos fluidos no newtonianos también tienen características elásticas (como el caucho) que están en función del tiempo y como resultado de las cuales se les llama fluidos viscoelásticos. Estos fluidos exhiben esfuerzos normales perpendiculares a la dirección del flujo, además de los esfuerzos tangenciales usuales (Geankoplis, 2006).

FIGURA 1: Fluidos newtonianos y fluidos no newtonianos independientes del tiempo

Ejemplos de fluidos no newtonianos, se tienen a las soluciones concentradas de macromoléculas (almidones, proteínas y gomas), y materiales coloidales tales como emulsiones, pastas y suspensiones (Lewis 1993).

Según Lewis (1993) la viscosidad y la acción cizallante dependen de una serie de factores como lo son los siguientes:

a) La naturaleza de las fases continúa y dispersa.

b) Las interacciones partícula-partícula y partícula-solvente.

c) La concentración de partículas, su forma, tamaño y composición química.

3.4. Efecto de la temperatura en la viscosidad

La viscosidad depende de la temperatura; por lo que es importante controlar la temperatura durante su determinación experimental como señalar la temperatura cuando se citan datos de viscosidad. Además cabe mencionar que todos los líquidos disminuyen su viscosidad cuando aumenta la temperatura En promedio hay alrededor de 2% de cambio en la viscosidad por cada grado Celsius de cambio en la temperatura, pero en algunas sustancias el cambio es superior (Lewis 1993).

3.5. Viscosímetro rotacional

Lewis (1993), Señala que para la caracterización de fluidos no newtonianos es necesario

...