Práctica N° 4 Determinación de Viscosidad en diferentes muestras de Alimentos 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. Materiales y Reactivos Materiales: Viscosímetro Brookfield; viscosímetro de bola GV-2100 y GV-2200, vaso de precipitado de 400mL y 100mL., pipetas graduadas de 10mL., cronómetro, cilindro graduado de 100mL. y 500mL. Reactivos: acetona, muestras de alimentos 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. 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

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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 - 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.

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Experimento N° 1 Estudio de la viscosidad en función de la temperatura 1. Mida 100 mL. de la muestra suministrada 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 °C

Tiempo Viscosidad seg. dinámica

Viscosidad cinemática

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.

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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 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

Experimento N° 3 Efecto de la agitación en la viscosidad de un fluido 1. En un vaso de precipitado de 400 mL. vierta el contenido de una botella de salsa de tomate de 397gr. 2. observe las propiedades del producto y tome nota de su viscosidad en relación a la del agua. 3. Coloque el vaso de precipitado sobre un soporte para mechero, de forma tal que, el vaso quede centrado sobre el agujero del soporte. 4. coloque un espejo inclinado debajo del soporte de modo que se vea el fondo del vaso de precipitado. 5. Deje caer una metra de masa y volumen conocido y mida el tiempo de descenso hasta que vea en el espejo que toque el fondo, repita el paso con dos metras adicionales. 6. Saque las metras cuidadosamente lávelas y séquelas. 7. Agite vigorosamente la salsa por 5 min con un tenedor. 8. Repita el paso 5. Anote sus observaciones. Observaciones: _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________

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En su informe: • • •

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) cP K= constante del viscosímetro gr.seg.mL− 1

ρf= densidad de la esfera (gr/mL.) ρ= densidad del fluido (gr/mL.) t = tiempo de descenso. (seg.) • • • •

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.

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DATOS BIBLIOGRÁFICOS • • • •

Bourne, Malcolm C; Food texture and viscosity, edit. Academic Press, Estados Unidos de Norte América, 1.982. Earle, R. L; Ingeniería de los Alimentos, edit. Acribia, 2da edición, ZaragozaEspaña, 1998 Sharma , Shri K. Y Steven J. Mulvaney; Ingenieria de Alimentos, edit. Limusa, E.E.U.U, 2003 Sone, Toshimaro; Consitency of Foodstuffs, edit. D. Reidel Publishing Company Dordrecht- Holland, Holanda, 1.972

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