Universidad Nacional AgrariaLa Molina

DETERMINACIN DE LAS CARACTERSTICAS REOLGICAS DE ALIMENTOS LQUIDOS EMPLEANDO REMETRO ROTACIONALCURSO: Fenmenos de transporte

PROFESORA: Yelena Gmez Lpez

FACULTAD: Industrias Alimentarias

ALUMNOS:Cervantes Pamo Brayan 20101470Estrada Ros Isabel 20090452

2013

I. INTRODUCCIN La reologa tiene que ver con el estudio de la deformacin y el flujo de la materia. Es una disciplina muy importante para el desarrollo, la manufactura y el procesamiento de alimentos y productos alimenticios. Los alimentos lquidos como leche, miel, jugos de fruta, bebidas y aceites vegetales presentan propiedades de flujo sencillas. Los productos ms espesos como los aderezos cremosos para ensaladas, la salsa de ctsup y la mayonesa se comportan de forma ms complicada. Los alimentos semislidos como la crema de cacahuate y la margarina tambin se comportan como slidos y como lquidos. La mayor parte de estos materiales alimenticios se transportan por medio de bombas por en alguna etapa del procesamiento o el empaque, por lo que sus caractersticas de flujo son importantes para determinar la potencia que se necesita para el bombeo, el tamao de la tubera, y, adems, de qu manera se relacionan con las propiedades sensoriales como la textura de los alimentos. El transporte de alimentos de los lquidos por medio de bombas est directamente relacionado con las propiedades de los lquidos, en particular, la densidad y la viscosidad. El comportamiento de flujo tambin es importante para disear procesos y operaciones. Por ejemplo, es importante determinar si el tipo de flujo es turbulento o laminar en los intercambiadores de calor. Suponer que se trata de flujo newtoniano simple puede conducir a error al estimar el tiempo de retencin y el diseo de algn otro equipo. Las propiedades reolgicas tambin sirven como medio para controlar o monitorear un proceso. Por ejemplo, la viscosidad aparente de un alimento general disminuye durante la hidrolisis enzimtica, en tanto que esta misma propiedad aumenta durante la desnaturalizacin de protenas. La viscosidad es una propiedad de los lquidos que describe la magnitud de la resistencia originada por fuerzas de corte en el lquido, y esta parmetro reolgico de fluidos no newtonianos se calculan a partir de los datos de la relacin entre esfuerzo cortante y velocidad de corte generados con un viscmetro de cilindros coaxiales, como los viscmetros Brookfield LV, RV o DV. El grado de torcimiento del resorte lo detecta un transductor rotatorio, el cual es proporcional a la viscosidad del fluido de prueba.Los objetivos de la presente experiencia fueron reconocer el comportamiento relogico de fluidos del tipo no newtoniano y la medida de esta viscosidad como parmetro de calidad.

II. MATERIALES Y MTODOS

2.1. EQUIPOS Y MATERIALES

Remetro rotacional Brookfield RV DV-III Ultra Bao de agua a temperatura constante Accesorio para muestras ligeras (ULA) Accesorio para pequeas muestras (SSA) Probetas de 25 ml. Jeringas de 10 ml. Muestras a ser evaluadas: aceite (Primor), salsa de tomate y nctar de manzana (Watts)

2.2. MTODOS

2.2.1. Calibracin del remetro

Retirar el protector del eje Encender el remetro Seleccionar el modo control externo presionando la tecla 1 del panel de control del remetro. Abrir el programa RHEOCALC Verificar que este haya reconocido el equipo Un punto verde delante del texto DV3+ indica que el equipo ha sido reconocido correctamente. si el programa no ha reconocido el equipo activar el COM1 debajo del texto Rheometer, cerrar el programa RHEOCALC y volver a iniciarlo. Para calibrar el remetro presionar el botn Zero.

2.2.2. Para determinar la viscosidad de un fluido

Seleccionar el spindle RV conveniente de la lista de spindle en el software RHEOCALC Transferir la muestra en el vaso de precipitado de 600 ml. Colocar el spindle en el remetro

Tomar en el spindle con la mano derecha Con la mano izquierda levantar el eje suavemente Mantener firme el eje con la mano izquierda Ajustar el accesorio en sentido anti horario con la mano derecha Soltar el eje

Seleccionar la ventana de programas Cargar un programa presionando el botn LOAD y seleccionarlo de la lista Presionar el botn START para ejecutar el programa

2.2.3. Para determinar los parmetros reolgicos de un fluido ligero

Seleccionar el accesorio para la muestras ultra ligeras ULA de la lista de spindle Transferir 16 ml de la muestra en el accesorio Conectar el accesorio Seleccionar la ventana de programas Cargar un programa presionando el botn LOAD y seleccionando de la lista Presionar el botn START para ejecutar el programa

2.2.4. Para determinar los parmetros reolgicos de un fluido muy viscoso

Seleccionar el accesorio para pequeas muestras SC4-27 de la lista de spindles Trasferir 11 ml de la muestra en el accesorio Conectar el accesorio Seleccionar la ventana de programas Cargar un programa presionando el botn LOAD y seleccionando de la lista Presionar el botn START para ejecutar el programa

Figura 3.1. Crema de aj Tar

Figura 3.2.Nctar de manzana Watts

Figura 3.3.Aceite PrimorFigura 3.4. Remetro rotacional Brookfield RV DV-III Ultra

1. RESULTADOS Y DISCUSIONES

0. RESULTADOS DE LA SALSA DE AJ ALACENACuadro 4.1.1. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a 25C

N (rpm)esfuerzo cortante (Pa)velocidad de corte(1/s)viscosidad (Pa*s)viscosidad (cp)

10.0045,993,4013,5313525,00

15.0052,915,1010,3810375,00

20.0057,726,808,498487,50

25.0061,468,507,237230,00

30.0065,0310,206,386375,00

35.0067,6611,905,695685,71

40.0069,9113,605,145140,63

45.0072,8915,304,764763,89

50.0075,0117,004,414412,50

Cuadro 4.1.2. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a 35CN (rpm)esfuerzo cortante (Pa)velocidad de corte(1/s)viscosidad (Pa*s)viscosidad (cp)

10.0062,563,4018,4018400,00

15.0069,025,1013,5313533,33

20.0075,486,8011,1011100,00

25.0080,848,509,519510,00

30.0086,9610,208,538525,00

35.0092,9111,907,817807,14

40.0097,5413,607,177171,88

45.0099,3715,306,496494,44

50.00105,7417,006,226220,00

Cuadro 4.1.3. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a 45CN (rpm)esfuerzo cortante (Pa)velocidad de corte(1/s)viscosidad (Pa*s)viscosidad (cp)

10.0034,043,4010,0110012,50

15.0038,805,107,617608,33

20.0042,506,806,256250,00

25.0045,948,505,415405,00

30.0048,7510,204,784779,17

35.0050,7511,904,264264,29

40.0053,1313,603,913906,25

45.0054,5715,303,573566,67

50.0056,1417,003,303302,50

Figura 4.1. 1. Variacin de la viscosidad de la (cp) en funcin de la velocidad de corte ()Para conocer si el comportamiento reolgico del fluido sigue la ley de la potencia se ajustaron los datos experimentales a la siguiente ecuacin: n

O linealizando:log log k +n log

Logrando determinar mediante las grficas 1, 2 ,3 Y 4 los valores de las constantes reolgicas (k, n, R2) para cada una de las temperaturas.

Figura 4.1.2. Determinacin de las constantes reolgicas a la temperatura de 25C

Figura 4.1.3. Determinacin de las constantes reolgicas a la temperatura de 35C

Figura 4.1.4. Determinacin de las constantes reolgicas a la temperatura de 45CDe la Figura 2. La frmula hallada para la muestra a 25C es:y = 0.3159x + 1.522Log k = 1.522k = 33.266, n = 0.3159

De la Figura 3. La frmula hallada para la muestra a 35C es:y = 0.3286x + 1.47 Log k = 1.47 k = 29.512, n = 0.3286

De la Figura 4. La frmula hallada para la muestra a 45C es:y = 0.3347x + 1.3971Log k = 1.3971k = 24.952, n = 0.3347

Comparando los valores de n y k a las tres temperaturas que fueron evaluados los fluidos:

Cuadro 4.1.5. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a diferentes temperaturasTemperaturaKn

(C)(Pa.sn)

2533.2660.3159

3529.5120.3286

4524.9520.3347

Figura 4.1.6. Comportamiento reolgico de la muestra a tres temperaturasComportamiento de la Viscosidad en Funcin de la TemperaturaPor ltimo se analiz la variacin de la viscosidad en funcin de la temperatura segn la ecuacin de Arrhenius. = a *e b/T

Aplicando logaritmo neperiano, se tiene:ln =ln a + b (1/T)Usando regresin lineal se logran hallar las constantes a y b de la ecuacin.Cuadro 4.1.6. Datos para la determinacin de la Ecuacin de ArrheniusTemperatura (C)Temperatura (K) (cp)1/T (1/k)ln()

252937332,808,90010,003413

353039862,429,196487030,0033003

453135454,978,6042818360,0031949

Figura 4.1.7. Logaritmo neperiano de la viscosidad (ln) versus el inverso de la temperatura (1/T)Ahora podemos hallar las constantes mediante la regresin lineal:Ln a = 4.9615; a = 142.81b = 1177

Cuadro 4.1.7. Viscosidad corregida a cuatro temperaturasTEMPERATURA (C)TEMPERATURA (k) (cp)Viscosidad corregida c (cp)

252937332,807931,241394

353039862,426946,466895

453135454,976135,724153

Figura 4.1.8. Viscosidad corregida (Pa*s) versus temperatura (k) para el aj amarillo.0. RESULTADOS DEL NCTAR DE MANZANA WATTSCuadro 4.2.1. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a 25C

N (rpm)Esfuerzo cortante (Pa)Velocidad de corte(1/s)Viscocidad (Pa.s)Viscocidad() (cp)

200.001.25244.600.005105.10

205.001.27250.720.005055.05

210.001.28256.830.004984.98

215.001.30262.950.004944.94

220.001.32269.060.004904.90

225.001.33275.180.004854.85

230.001.35281.290.004814.81

235.001.37287.410.004774.77

240.001.39293.520.004734.73

245.001.41299.640.004694.69

Cuadro 4.2.2. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a 35CN (rpm)Esfuerzo cortante (Pa)Velocidad de corte(1/s)Viscocidad (Pa.s)Viscocidad() (cp)

200.001.11244.600.004544.54

205.001.12250.720.004474.47

210.001.14256.830.004434.43

215.001.15262.950.004394.39

220.001.17269.060.004334.33

225.001.18275.180.004304.30

230.001.20281.290.004264.26

235.001.21287.410.004224.22

240.001.23293.520.004204.20

245.001.24299.640.004154.15

Cuadro 4.2.3. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a 45CN (rpm)Esfuerzo cortante (Pa)Velocidad de corte(1/s)Viscocidad (Pa.s)Viscocidad() (cp)

200.001.06244.600.004354.35

205.001.08250.720.004324.32

210.001.10256.830.004304.30

215.001.12262.950.004264.26

220.001.14269.060.004254.25

225.001.16275.180.004214.21

230.001.18281.290.004204.20

235.001.20287.410.004174.17

240.001.22293.520.004164.16

245.001.24299.640.004134.13

Figura 4.2.1. Variacin de la viscosidad de la a (cp) en funcin de la velocidad de corte ()Para conocer si el comportamiento reolgico del fluido sigue la ley de la potencia se ajustaron los datos experimentales a la siguiente ecuacin:

n

O linealizando:log log k +n log

Logrando determinar mediante las grficas 1, 2 y 3 los valores de las constantes reolgicas (k, n, R2) para cada una de las temperaturas.

Figura 4.2.2. Determinacin de las constantes reolgicas a la temperatura de 25C

Figura 4.2.3. Determinacin de las constantes reolgicas a la temperatura de 35C

Figura 4.2.4. Determinacin de las constantes reolgicas a la temperatura de 45CDe la Figura 2. La frmula hallada para la muestra a 25C es:y = 0.594x - 1.3234Log k = - 1.3243k = 0.047, n = 0.594

De la Figura 3. La frmula hallada para la muestra a 35C es:y = 0.5693x - 1.3154Log k = - 1.3154k = 0.048, n = 0.5693

De la Figura 4. La frmula hallada para la muestra a 45C es:y = 0.7466x - 1.7567Log k = - 1.7567k = 0.017, n = 0.7466

Comparando los valores de n y k a las tres temperaturas que fueron evaluados los fluidos:TemperaturaKn

(C)(Pa.sn)

250.0470.594

350.0480.5693

450.0170.7466

Cuadro 4.2.4. Comportamiento reolgico de la muestra fluida a diferentes temperaturas

Figura 4.2.5. Comportamiento reolgico de la muestra a tres temperaturasComportamiento de la Viscosidad en Funcin de la TemperaturaPor ltimo se analiz la variacin de la viscosidad en funcin de la temperatura segn la ecuacin de Arrhenius. = a *e b/T

Aplicando logaritmo neperiano, se tiene:ln =ln a + b (1/T)Usando regresin lineal se logran hallar las constantes a y b de la ecuacin.

Cuadro 4.2.5. Datos para la determinacin de la Ecuacin de ArrheniusTemperatura (C)Temperatura (K) (cp)1/Tln()

252984.88091

0.0033557

1.5853

353084.32911

0.0032468

1.4654

453184.23375

0.0031447

1.4431

Figura 4.2.6. Logaritmo neperiano de la viscosidad (ln) versus el inverso de la temperatura (1/T)Ahora podemos hallar las constantes mediante la regresin lineal:Ln a = -0.7073; a = 0.1962b = 678.75Cuadro 4.2.6. Viscosidad corregida a tres temperaturasT (k)C corregida

298254.880915.327953012

308354.329114.447959513

318454.233753.755710037

Figura 4.2.7. Viscosidad corregida (Pa*s) versus temperatura (k) para el nctar de manzana0. RESULTADOS DEL ACEITE PRIMORComportamiento de la Viscosidad en Funcin de la Temperatura

Por ltimo, se analiz la variacin de la viscosidad en funcin de la temperatura segn la ecuacin de Arrhenius.

= a *e b/T

Aplicando logaritmo neperiano, se tiene:

ln =ln a + b (1/T)

Usando regresin lineal se logran hallar las constantes a y b de la ecuacin.

De acuerdo a los resultados obtenidos mediante el remetro; se hall la viscosidad promedio (en centipoise) para cada temperatura y se anot en el cuadro de presentado a continuacin:

Cuadro 4.3.1. Datos para la determinacin de la Ecuacin de ArrheniusTemperatura (C)Temperatura (K) (cp)1/Tln()

2529894.25

0.003414.5503619

3030875.75

0.00334.3241327

4031862.75

0.003194.1351666

Figura 4.3.1. Logaritmo neperiano de la viscosidad (ln) versus el inversos de la temperatura (1/T)Ahora podemos hallar las constantes mediante la regresin lineal:Ln a = - 1.9277; a = 0.0118b = 1928.3

Cuadro 4.3.2. Viscosidad corregida a cuatro temperaturasTEMPERATURA (C)TEMPERATURA (k) (cp)Viscosidad corregida c (cp)

2529894.2584.45182117

3530875.7569.32947427

4531862.7557.62569451

Figura 4.3.2. Viscosidad corregida versus temperatura (k) para el aj amarillo

0. Discusiones de la salsa de aj ALACENA Las salsas por sus ingredientes presentan comportamiento no newtoniano, registrando un aumento en la consistencia del aderezo con el incremento en el contenido de aceite.

Segn el cuadro 4.1.5, los valores de ndice reolgicos son menores a 1 (n