VISCOSIDAD DE ALIMENTOS

I. OBJETIVOS.

Conocer y operar un viscosímetro rotacional digital. Determinar la viscosidad de alimentos utilizado el viscosímetro rotacional digital. Estudiar el efecto de la temperatura sobre la viscosidad de la miel.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

II.1. REOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS

La reología de los alimentos es el estudio del comportamiento reológico de los alimentos es importante en el control de la calidad industrial, las mediciones reológicas juegan un papel primordial ya que tanto las materias primas, como los productos intermedios y finales requieren, por lo general, de mediciones de algún parámetro reológico. Para el caso de materias primas, tales como agentes espesantes y gelificantes, las mediciones de viscosidad y fuerza de gel respectivamente son necesarias para verificar si cumple con los requisitos de contratación. 

Las razones que justifican el estudio del comportamiento reológico de los alimentos son las siguientes:

1. Contribuye al conocimiento de la estructura y es una herramienta complementaria a las técnicas usualmente utilizadas para estos estudios. Así, por ejemplo existe cierta relación entre el tamaño y la forma molecular de las sustancias en disolución y su viscosidad, así como entre el grado de entrecruzamiento de los polímeros y su elasticidad. Por otra parte, a través de las mediciones de viscosidad de dispersiones de polímeros, pueden realizarse determinaciones de la masa molecular de estos.

2.  La reología presta una preciosa ayuda en el diseño de equipos y procesos de la industria como son los casos de sistemas de bombas y tuberías. Además durante los procesos de concentración y evaporación, la viscosidad es un parámetro crítico que es necesario tener en cuenta para lograr mejoras en la eficiencia de los mismos.

3.  En el control de la calidad industrial. Para el caso de la industria panadera, las mediciones de las características reológicas de la harina utilizada es de suma importancia, en este caso se evalúan entre otras, la dureza, grado de gelatinización de los almidones, extensibilidad de la masa y otras propiedades. En esta industria, las mediciones de la plasticidad y de las grasas utilizadas son imprescindibles, pues determinan las características texturales del producto final. [ ]II.2. VISCOSIDAD

 La viscosidad de un líquido es la oposición que este presenta ante el flujo. Causada por grandes fuerzas intermoleculares que hacen que las moléculas ejerzan grandes

fuerzas de rozamiento unas sobre otras. Tal como en la tensión superficial la fuerza intermolecular se ven afectadas por la inducción de energía térmica, sin embargo hay líquidos que escapan a esta regla por la utilización de aditivos o por sus propiedades naturales. Entre más cerca del centro superficial del líquido se encuentren las moléculas estás fluirán con una relativamente menor viscosidad (fluirán con mayor facilidad). Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. 

II.3. VISCOSÍMETRO ROTACIONAL

 El viscosímetro rotacional es un equipo para la determinación de la viscosidad por el principio rotacional; consiste en la rotación de un husillo sumergido en la muestra y una velocidad constante. La resistencia generada por el producto sobre el husillo es directamente proporcional a la viscosidad. Se trata de un equipo muy versátil utilizado en laboratorio de control de calidad y líneas de producción industriales. El viscosímetro rotacional funciona por el pio de rotación de un cilindro o bien un disco sumergido en el material que se debe probar, midiendo la fuerza de torsión necesaria para superar la resistencia viscosa de la rotación. El cilindro o disco (husillo) esta acoplado con un muelle a un motor que gira a una velocidad determinada. El ángulo de desviación del eje se mide electrónicamente dando a la medida de fuerza de torsión. A partir de las medidas de fuerza de torsión, da la velocidad del eje y de sus características, el viscosímetro nos da una lectura directa de la viscosidad en centipoises (mPa.s). El equipo dispone de varios husillos y de una gama amplia de velocidades, que permite medir viscosidades dentro de un intervalo grande. Para cualquier líquido de viscosidad determinada, la resistencia al avance crece proporcionalmente a la velocidad de rotación de un husillo o del tamaño del mismo. El viscosímetro está construido para tener en cuenta la velocidad seleccionada y el tipo de husillo seleccionado para dar los resultados en cp. Las combinación de velocidades y husillo, permiten elegir una escala óptima para cualquier medición, dentro de la gama del aparato.

La lectura de viscosidad se presenta en dos unidades: mili-Pascal-segundo (mPas) y deci-Pascal-segundo (dPas).

II.4. EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA VISCOSIDAD

La viscosidad depende también mucho de la temperatura; así, es importante tanto controlar la temperatura durante su determinación experimental como señalar la temperatura cuando se citan datos de viscosidad. Todos los líquidos newtonianos más que otros disminuyen su viscosidad cuando aumenta la temperatura. En promedio hay alrededor de un 2 de cambio en la viscosidad por cada grado Celsius de cambio en la temperatura, pero para algunas sustancias el cambio es superior.

Los gases se comportan de manera diferente a los líquidos en el hecho que la viscosidad aumenta al tiempo que aumenta la temperatura. También se tiene que la magnitud del cambio es, por lo general, menor que la que se da en líquidos.

La ecuación de Sáenz y Castell es la más utilizada para calcular la viscosidad de los fluidos newtonianos y no newtonianos.

Viscosidad

Viscosidad inicial

Temperatura

Constante

II.5. ÍNDICE DE VISCOSIDAD

Un fluido con un alto índice de viscosidad muestra un cambio pequeño de viscosidad con respecto la temperatura, influido con un bajo índice de viscosidad exhibe un cambio grande en su viscosidad con respecto a la temperatura

II.6. VISCOSIDAD DE LA MIEL La miel es un fluido de apariencia viscosa, un producto obtenido por abejas a partir del néctar de las flores, modificado y almacenado en la colmena. Este fluido de las plantas es la materia prima más importante de la que se sirven las abejas para fabricar la miel, sin embargo no es la única materia prima natural que las abejas utilizan para este fin, ya que en algunas regiones usan también el mielato.

Se ha observado que el comportamiento reológico de la miel se ve influenciado por parámetros fisicoquímicos, como el contenido de humedad y el contenido y la proporción de azucares presentes, y especialmente por la temperatura; un aumento en la temperatura genera un aumento de la energía cinética de las partículas de la miel (lo que deriva en una menor resistencia de esta a fluir), se ve en todos los casos una disminución de la viscosidad de la miel.Modelos de flujo para alimentos. Existen diversos modelos de comportamiento reológico para fluidos de distinta naturaleza que expresan la viscosidad de estos, en función de parámetros como la temperatura o el esfuerzo cortante aplicado al fluido.

III. MATERIALES Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

III.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

1) Botón función 2) Pantalla digital3) Abrazadera del aparato4) Rotor5) Soporte universal6) Punto de orientación 7) Tornillo del

compartimiento de la batería

8) Tapa de la bacteria9) Acumulador del

aparato10) Tenaza para las copas

A y B (345055)11) Eje propulsor

III.2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

Para armar el instrumento se realizaron los siguientes procedimientos:

Se arma el viscosímetro rotacional digital, para sostenerlo utilizamos una abrazadera del aparato, éste está sostenido a un soporte universal con una pinza de nuez.

III.3. OPERACIÓN DEL EQUIPO.

La operación del equipo, nos indica cómo se debe utilizar el viscosímetro rotacional digital:

Potencial del medidor. Presione firmemente y mantenga el botón función hasta que el número del modelo aparezca en la pantalla (VT1 para el 345055, TV2 para el 345060). El número del modelo se desconectará y el ajuste a cero aparecerá en la pantalla.

Ajuste a cero. Cuando el ajuste a cero aparece en la pantalla, el usuario tiene tres segundos para presionar el botón para activar automáticamente el ajuste a cero. Presione el botón otra vez cuando el número del modelo aparece sobre la pantalla. El ajuste a cero ahora se hará. {Aproximadamente 13 segundos dura el tiempo de prueba para que la pantalla muestre “CALL WAIT (llamada de espera)}. El ajuste a cero elimina que la pantalla se apoye. El ajuste está hecho con el dispositivo en la posición de medida sin un rotor conectado. La omisión del ajuste, espera 3 segundos y aparece en la pantalla” MEASUREMENT (medida).

Pantalla de medida

Cuando “MEASUREMENT” aparece, la unidad está preparada para la medición.

III.4. MEDIDA DE LA VISCOSIDAD.

Presione el botón función para iniciar la medida. El medidor de potencia presenta el rango que usó el instrumento en el último apagado. El motor devuelve continuamente la medida.

Seleccione el tipo del rotor presionando brevemente el botón función (hasta el modo de medida) y seleccione otro tipo rotor (modelo 345055: r3, r4, r5 y modelo 345060: R1, R2, R3). la pantalla, “RX espera” aparecerá aproximadamente en 3 segundos y las medidas serán hechas usando nuevamente el seleccionador de rango de medida del rotor (siempre compruebe que el rotor conectado esté de acuerdo con el tipo seleccionado en la pantalla). El tipo del rotor es mostrado en el lado izquierdo de la pantalla; la medida de viscosidad es mostrada sobre el lado derecho.

Seleccione uno de los dos métodos de medida presentados a continuación. Suspenda el rotor y, si requiere, conecte la copa graduada en los cogedores. Sumerja el rotor en la sustancia experimental hasta la marca de inmersión

(sobre el eje del rotor.) Mantener la unidad horizontalmente a mano o con la agarradera colocada en el

soporte universal (el uso del soporte universal opcional es recomendado). Si se mantiene a mano, agarre la unidad con el índice en le punto de la orientación, vea la figura 1.3.

Lea el valor de la medida en la pantalla. El valor en el lado izquierdo de la pantalla representa el tipo del rotor (de R1 a R5). El valor sobre la derecha es la medida de la viscosidad presionando el botón función momentáneamente (1 segundo, el mejor cierra y da el último valor de medido calculada para la viscosidad que será “congelada”. Presionando el botón función otra vez la medida será restablecida en el último rango usado.

Desactivar el medidor. Desde el modo medida, firmemente presione y mantenga el botón función aproximadamente 3 segundos para apagar el instrumento

completamente. La pantalla entonces alerta al usuario en lo que se refiere al número de horas (h) permaneciendo antes la calibración vencida (servicio). La pantalla entonces se apagará.

Errores de mensaje mostrado.

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Rango de medida mínima excedida; use un rotor más grande.

Rango de medida máxima excedida: use un rotor más pequeño.

Rango máximo excedido para 5 subsiguientes medidas. El manejo de error aparece y el motor se detiene.

El límite de la corriente eléctrica ha sido consumido, la unidad automáticamente corta el fluido eléctrico. Repare el servicio.

III.5. MÉTODOS DE MEDIDAS

Método de medida 1El rotor es sumergido en cualquier vasija. La distancia entre el rotor y la pared de la vasija no tiene que ser menor que el diámetro del rotor

Ventajas:

Es ideal para comparar soluciones experimentales. Facilidad de medida y limpieza

RX XX! dPas

RX >XX dPas

SEGURIDAD DE APAGO

RECARGA

Método de medida 2 Las medidas son hechas en la vasija. El control de la temperatura en un baño circular es posible

Ventajas:

Condiciones repetibles de medida Requiere muestras pequeñas de solución (150ml) Control de temperatura exacta.

Principio de medida. El rotor gira a velocidad constante sumergido en el líquido para ser probado, la resistencia rotacional (viscosidad) del líquido es medida y directamente mostrada en la pantalla digital.

Bibliografía

RAMÍREZ NAVAS JUAN SEBASTIÁN JSR e-books Cali, Valle, Colombia 2006. Fundamentos de Reología de Alimentos

ALVARADO, J. de D. “PRINCIPIOS DE INGENIERÍA APLICADOS A ALIMENTOS”. Ed. Radio Comunicaciones, Quito, Ecuador. 1996

Veliz F. Ricardo.Mecánica de fluidos en la Ingeniería en los Procesos Químicos