Informe 1 de Fluidos

PRACTICA °N 01. DETERMINACIÓN DE LA VISCOSIDAD Y ENERGIA DE ACTIVACIÓN ACTIVACIÓN DE LOS FLUIDOS.  

I.

OBJETIVOS. 1.1. Objetivo general. 

Determinar el comportamiento del fluido de la fécula de papa (mandioca).

1.2.

Objetivos específicos. 

Estudiar el comportamiento del fluido de la fécula de papa en función de la velocidad, masa, Tiempo y temperatura.



Determinar la energía de activación de la fécula de de papa.

II.

MARCO TEORICO. 2.1.

FLUIDO (Salvador, 2012) reporta que es una sustancia incapaz de resistir a fuerzas o esfuerzos de corte, sin deformarse, por pequeño que sea este esfuerzo (capaz de fluir). Un Fluido se define como cualquier sustancia que se deforma en forma continua cuando se ejerce sobre ella un esfuerzo de corte o cizalle, independiente de la magnitud del esfuerzo (Brito, 2006).

2.2.

VISCOSIDAD DE UN FLUIDO.

La viscosidad de un fluido es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido (Ranald et al, 2003).

Se define como la propiedad de un fluido que ofrece resistencia al movimiento relativo de sus moléculas (Mott, 2006)

La viscosidad de un fluido es aquella propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes. La viscosidad se debe primordialmente a las interacciones entre las moléculas del fluido (Ranald et al, 2003).

2.3.

Viscosidad en fluidos newtonianos

(Castellano, 2014) señala que según la ley de Newton de la viscosidad, los fluidos se pueden clasificar en: Fluidos newtonianos: Son aquellos cuya viscosidad dinámica depende del tipo de fluido y no del estado de movimiento. Fluidos no newtonianos: Aquellos cuya viscosidad no solo depende del tipo de fluido sino también de su movimiento

2.4.

TENSION SUPERFICIAL

Una molécula en el interior de un líquido está sometida a la acción de fuerzas atractivas en todas las direcciones, siendo la resultante nula. Pero si la molécula está en la superficie del líquido, sufre la acción de un conjunto de fuerzas de cohesión, cuya resultante es perpendicular a la superficie. De aquí que sea necesario consumir cierto trabajo para mover las moléculas hacia la superficie venciendo la resistencia de estas fuerzas, por lo que las moléculas superficiales tienen más energía que las interiores (Ranald et al, 2003).

2.5.

FLUIDOS Y EL CONTINUO

Un fluido se define como una sustancia que cambia su forma continuamente siempre que esté sometida a un esfuerzo cortante, sin importar qué tan pequeño sea. En contraste un sólido experimenta

un

desplazamiento

definido

(o

se

rompe

completamente) cuando se somete a un esfuerzo cortante. Por ejemplo, el bloque sólido que se muestra a la izquierda en la figura 1.1 cambia su forma de una manera caracterizada convenientemente por el ángulo a cuando se somete a un esfuerzo cortante r. Si éste fuera un elemento de fluido (como se muestra a la derecha en la figura 1.1) no existiría un  Aa fijo ni aun para un esfuerzo cortante infinitesimal (Shames, 1995).

2.6.

REOLOGIA.

En 1678 Robert Hooke fue el primero que hablo de la reologia en su libro “verdadero teoría de la elasticidad”. Dicha teoría se resumia en lo siguiente: “si se dobla (aumenta) la tensión, se dobla la deformación”.

La clasificación de los fluidos alimentarios según su comportamiento reologico puede establecerse de la siguiente forma:



Fluidos newtonianos



Fluidos no newtonianos



Independientes del tiempo



Plásticos de Bingham

  Pseudoplasticos



  Dilatantes





Independientes del tiempo



Fluidos tixotrópicos



Fluidos reopécticos



Fluidos viscoelásticos

2.7.

ALMIDON (MANDIOCA). El almidón es una materia prima con un amplio campo de aplicaciones que van desde la impartición de textura y consistencia en alimentos hasta la manufactura de papel, adhesivos y empaques biodegradables (ZHAO; WHISTLER, 1994). Debido a que el almidón es el polisacárido más utilizado como ingrediente funcional (espesante, estabilizante y gelificante) en la industria alimentaria, es necesario buscar nuevas fuentes de extracción, ya que con una producción mundial de 48,5millones de ton/año (FAOSTAT, 2001)

3. MATERIALES Y METODOS. 3.1.

MATERIALES E INSUMOS. 3.1.1. Materia prima e insumos: 

Se usara 500g de Fécula de papa. (mandioca) el cual será adquirido en tiendas locales.



Agua de 600ml con temperatura de 50, 60, 70°C.

3.1.2. Materiales.

3.2.



Vaso precipitado de 500ml.



Cronometro(se usara cronómetros de los celulares)



Cilindro graduado de 500ml.



Esfera de cristal u otro material



Termómetro de mercurio (0-100°C).



Balanza analítica para pesar el almidón.

Métodos. Experimental

3.3.

Metodología. 1. se debe prepara la muestra en un vaso precipitado de 500ml tomando en consideración la temperatura, se disuelve el almidón en 600ml de agua.

2. Segunda etapa: una vez preparado la muestra colocar en una probeta de 600 ml hasta rebosar, se coloca la esfera en la probeta.

3. Tercera etapa: al momento de que la esfera cae por las líneas de medida se activa el cronometro para tomar el tiempo que demora en llegar al fondo del cilindro graduado.

4. Cuarta etapa: registrar el tiempo. 5. Lavar el cilindro para la próxima muestra utilizando un colador para retener le esfera.

6. Realizar la misma prueba para las otras concentraciones (30, 40, 50 en cada 600ml de agua).

7. Realizar repeticiones para reducir los errores que se pueden presentar.

8. Se va realizar el procedimiento para las temperaturas de 50, 60 y 70°C para las mismas concentraciones.

4. RESULTADOS Y DISCUSIONES. 4.1.

Resultados.

Tabla 01: el peso, tiempo calculado en el fluido de la mandioca, y la velocidad Temperatura

50°C

Masa 2

60°C

70°C

Tiempo

Velocidad

Tiempo

Velocidad

Tiempo

Velocida d

m/s 0.22348484 8 0.16857142 9 0.11478599 2

s

m/s

S

m/s

g

Kg

s

30

0.03

1.32

40

0.04

1.75

50

0.05

2.57

Fuente: elaboración propia (2017).

0.86

0.343023

4.96

0.059476

1.58

0.186709

9.9

0.029798

30.67

0.009619

25

0.0118

Figura 1: pendiente en relación con la velocidad y masa a Temperatura 50°C, 60°C y 70°C. 0.4 0.35 0.3     )    s     / 0.25    m     (     d    a 0.2     d    i    c    o 0.15     l    e    v

y = -16.67x + 0.8466 R² = 0.9987

Series1 y = -2.3838x + 0.129 R² = 0.9804

Series2 Series3

y = -5.4349x + 0.3863 R² = 1

Linear (Series1)

0.1

Linear (Series2)

0.05

Linear (Series3)

0 0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

masa

Fuente: elaboración propia (2017). En la figura 1 se puede observar masa vs velocidad (m/s)



Tabla 2: la viscosidad para las diferentes temperaturas.

T(°C)

K

50 °c

60 °c

70 °c

27.7558039 9.049134017 63.28207876 Pa.s

Fuente: elaboración propia (2017). 

La viscosidad a diferentes temperaturas claramente se puede mostrar en la

tabla 2, Se observó un efecto del contenido de amilosa en la temperatura de gelatinización, que se ve reflejado en un menor cambio en la viscosidad del material cuando la temperatura de proceso aumenta.

Tabla 3: intersección coeficientes y pendiente 50°C A

20 °C

30 °C

M

0.386345136 0.846593018 0.129042875 -5.43494281 -16.6702368 2.383790323

R2

0.999964106 0.980386537 0.980386537

Fuente: elaboración propia (2017).

Tabla 3: variables que determinan la pendiente pendiente T

323.15

333.15

343.15

1/T

0.003094538 0.003001651 0.002914177

K

27.7558039 9.049134017 63.28207876

Ln

3.323444968 2.202669064 4.147602173

Fuente: elaboración propia (2017).

Tabla 4: Valor de energía de activación (Ea). Intersección ln K

16.4340824

Expo

Ko

13716120.76

Pendiente

M

-4398.10422

coeficiente

R²

0.165113162

Ea

-36565.8385 j/mol*k

Ea

-36.5658385 kj/mol*k

Ea (agua)

14.9

Fuente: Elaboración propia (2017). 

Fórmula para la energía de activación



Ea = m*R Ea = -4398.10422*8.3143 Ea =-36.5658385 kj/mol*k

4.2.

discusiones. La viscosidad de los fluidos disminuían de acuerdo a como subía la temperatura, por lo que lo indicado por Ramírez, se pudo demostrar y que su presión no fue tomada en cuenta por ser mínima. Lo indicado por Mott, se comprobó que a cambios de temperatura, que origino una variación de la viscosidad. Según lo indicado

se pudo demostrar mediante el cronometrado del tiempo

durante el paso por el capilar.

5. CONCLUSIONES. 

Se estudió

el comportamiento del fluido de la fécula de papa en

función de la velocidad, masa, Tiempo y temperatura. Como se observa en la figura 1. 

Por otra parte, los valores de energía libre de activación variaron ampliamente, lo cual indica una mayor disminución en la viscosidad de los materiales cuando se incrementa la temperatura de trabajo. Este comportamiento puede estar relacionado con la temperatura de gelatinización, Al presentar una menor temperatura de gelatinización, el gránulo de almidón se gelatiniza e hincha fácilmente, lo que permite una mayor degradación de las macromoléculas; de igual forma, también se presenta la fusión de los cristales de amilo pectina.

Se determinó la energía de activación con un valor negativo de -

36.5658385 kj/mol*k.

6. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS. Bourne, Malcolm C. 1982. Food texture and viscosity. Editoral.  Academic Press, Estados Unidos de Norte América.

Irving H. shames., mecánica de fluidos: propiedades de los fluidos. I’rintetl in Colombia. 3 ra edición,Colombia. 3 p. Rana ld, V., Jack, B, y Cheng, Liu. (2003). Mecanica de fluidos e hidráulica: propiedades de los fluidos. Tercera edición. España, edigrafos, s.a. 4 p. Robert L. Moutt. (2006). Applied Fluid Mechanics. 6ª ed. Editorial Pearson, 640p. Martínez, C. R. (2012). Determinación de las propiedades físicas del aceite vegetal. Salvador, H. J. (2012). Mecánica de fluidos en ingeniería. Barcelona: Universitat Politècnica de Catalunya.