viscosidad de alimentos

DETERMINACION DE VISCOSIDAD

I.

OBJETIVOS 

Determinar la viscosidad de la leche, yogurt por comparación del tiempo de escurrimiento entre dos fluidos



Observar y medir la variación de la viscosidad con el cambio de la temperatura.



Obtener una correlación que representa la variación de la viscosidad con respecto a la temperatura.

II.

FUNDAMENTO TEORICO 1. GENERALIDADES Fluido, sustancia que cede inmediatamente a cualquier fuerza tendente a alterar su forma, con lo que fluye y se adapta a la forma del recipiente. Los fluidos pueden ser líquidos o gases. Las partículas que componen un líquido no están rígidamente adheridas entre sí, pero están más unidas que las de un gas. El volumen de un líquido contenido en un recipiente hermético permanece constante, y el líquido tiene una superficie límite definida. En contraste, un gas no tiene límite natural, y se expande y difunde en el aire disminuyendo su densidad. A veces resulta difícil distinguir entre sólidos y fluidos, porque los sólidos pueden fluir muy lentamente cuando están sometidos a presión, como ocurre por ejemplo en los glaciares. 2. VISCOSIDAD. Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad, que se mide con un recipiente (viscosímetro) que tiene un orificio de tamaño conocido en el fondo. La velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una medida de su viscosidad. La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento

hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy útiles como lubricantes cuando una máquina está sometida a grandes cambios de temperatura. En general, se definen dos tipos de viscosidad : La viscosidad dinámica se define como

donde es la tensión tangencial (se opone al movimiento) y al movimiento.

es la dirección normal

La unidad fundamental en el sistema c.g.s. es al poise, definido como

En la práctica, se utiliza en centipoise, que es la centésima parte de un poise. La viscosidad cinemática se define como

donde

es la densidad del fluido.

La unidad fundamental es el stoke

aunque en la practica se utiliza el cetistoke (cSt).

3. PRINCIPIO DE ARQUIMEDES

Al sumergirse parcial o totalmente en un fluido, un objeto es sometido a una fuerza hacia arriba, o empuje. El empuje es igual al peso del fluido desplazado. Esta ley se denomina principio de Arquímedes, por el científico griego que la descubrió en el siglo III antes de nuestra era. Aquí se ilustra el principio en el caso de un bloque de aluminio y uno de madera. (1) El peso aparente de un bloque de aluminio sumergido en agua se ve reducido en una cantidad igual al peso del agua desplazada. (2) Si un bloque de madera está completamente sumergido en agua, el empuje es mayor que el peso de la madera (esto se debe a que la madera es menos densa que el agua, por lo que el peso de la madera es menor que el peso del mismo volumen de agua). Por tanto, el bloque asciende y emerge del agua parcialmente — desplazando así menos agua— hasta que el empuje iguala exactamente el peso del bloque. 4. DENSIDAD En física, la densidad, simbolizada habitualmente por la letra griega y denominada en ocasiones masa específica, es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de espuma.

Densidad absoluta La densidad absoluta o densidad normal (también llamada densidad real) expresa la masa por unidad de volumen. Cuando no se hace ninguna aclaración al respecto, el término «densidad» suele entenderse en el sentido de densidad absoluta. La densidad es una magnitud intensiva.

donde ρ es la densidad absoluta, m es la masa y V es el volumen. Aunque la unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm3. Densidad relativa La densidad relativa o aparente expresa la relación entre la densidad de una sustancia y una densidad de referencia, resultando una magnitud adimensional y, por tanto, sin unidades.

donde ρr es la densidad relativa, ρ es la densidad absoluta y ρ0 es la densidad de referencia. La densidad de referencia habitualmente es la densidad del agua líquida cuando la presión es de 1 atm y la temperatura es de 4 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua es de 1000 kg/m3, es decir, 1 kg/l. En gases suele usarse como gramo por decímetro cúbico (g/dm³) (usado así para poder simplificar con la constante universal de los gases ideales 

) kilogramo por litro (kg/l). El agua generalmente tiene una densidad alrededor de 1 kg/l, haciendo de esta una unidad conveniente.  

gramo por mililitro (g/ml), que equivale a (g/cm³).

También hay equivalencias numéricas de kg/l (1 kg/l = 1 g/cm³ = 1 g/ml). Densidad media y puntual Para un material homogéneo, la fórmula masa/volumen puede aplicarse en cualquier zona del material obteniendo siempre el mismo resultado. Sin embargo, un material heterogéneo no presenta la misma densidad en partes diferentes. En este caso, se puede medir la "densidad media", dividiendo la masa del objeto por su volumen; o la "densidad puntual" que será distinta en cada punto (o división infinitesimal) del objeto. Por ejemplo, un vaso con agua es un conjunto formado por dos partes: el agua y el propio vaso. La densidad puntual en cada punto es distinta para el agua y para el

vidrio. La densidad media, en cambio, es una sola para todo el objeto, y resultará intermedia entre la densidad del agua y la del vidrio. Densidad aparente y densidad real La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia normalmente más ligera, de forma que la densidad total del cuerpo es menor que la densidad del material poroso. En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación.

5.

MATERIALES Y REACTIVOS

MATERIALES: -viscosímetro rotacional -viscosímetro de Otswald -termómetro -balanza analitica -baño maria -pignometro -vaso precitpitado MUESTRAS BIOLOGICAS: -

Agua

-

Yogurt

-

leche

: H2O

6. PROCEDIMIENTO 

METODO DEL PICNOMETRO: Pesar el pignometro vacio, luego llenarlo con agua y pesar a diferentes temperaturas ( a temperatura ambiental , 30 y 40 C) y el mismo procedimiento para la leche.



METODO DE ARQUIMEDES: Pesar el lastre en el aire , luego el peso del lastre mas agua a temperaturas ( a temperatura ambiental , 30 y 40 C) y el mismo procedimiento para la leche.



METODO DE OSTWALD : Poner al viscosímetro agua a diferentes temperaturas de temperatura ambiental 30 y 40ºC y medir el tiempo igualmente con la leche.



METODO DE VISCOSIMETRO ROTACIONAL : Colocar el yogurt en el vaso precipitado aproximadamente 600 ml y colocarlo en el viscosímetro rotacional brook field hasta el menisco.

CUADRO Nº1 DATOS OBTENIDOS EXPERIMENTALMENTE EN EL LABORATORIO Temper atura 20

Tiempo Glicerina

Tiempo Agua

8,42’00”

8.34’00”

2.39

2.43

8,34’46”

8,33’00”

2.37

2.42

2.40

2.41

W lastre

W lastre

W lastre

Aire (g)

Agua (g)

Glicerina (g)

5.3866

4.3914

4.1335

25

6,07’57”

6,06’64”

2.35

2.36

5.3866

4.3930

4.1353

30

4,47’35”

4,48’55”

2.33

2.36

5.3866

4.3938

4.1378

35

4,11’87”

4,15’32”

2.23

2.20

5.3866

4.3946

4.1385

40

3,27’64”

3,28’36”

2.14

2.10

5.3866

4.3956

4.1418

50

1,44’56”

1,44’23”

1.94

2.01

5.3866

4.3980

4.1432

2.00 Fuente: Elaboración Propia

7. CALCULOS 1. Utilizando la ecuación (5) determinar la viscosidad de la solución de glicerina a diferentes temperaturas. Los resultados obtenidos deberá ser resumidos en una tabla en la que se indique T (ºC), t (s), u (Cp), 1/T (K-1) Antes de realizar los cálculos para obtener la viscosidad de la glicerina, se tuvieron que operar los datos obtenidos en el laboratorio, dentro de ello se procedió convertir a segundos, sacar el promedio de los tiempos de escurrimiento (glicerina y agua), transformar los grados centígrados a kelvin, obtener los datos de la densidad del agua a diferentes temperaturas de tabla, determinar la densidad de la glicerina. Todo estas operaciones se resumen en el siguiente cuadro. TºK 293.15

1/TºK 3.411x10

-3

 agua

 glicerina

(g/ml) 0.99823

(g/ml) 1.2591

Tiempo (s) agua 2.40

 agua Tiempo (s) gliceri (Cp)x 10-3 518.09 1.005

 glicerina (Cp) 0.27366

298.15

3.354x10-3

0.99708

1.2594

2.355

367.11

0.8937

0.17596

303.15

3.298x10-3

0.99568

1.2579

2.345

287.95

0.8007

0.12421

308.15

3.245x10-3

0.99395

1.2582

2.215

253.6

0.7228

0.10475

313.15

3.193x10-3

0.99225

1.2561

2.12

208

0.6560

0.08147

1.2577

1.983

104.9

0.5494

0.0368

323.15 3.095x10-3 0.98807 Fuente: Elaboración Propia

 Los datos de la densidad y viscosidad fueron obtenidos del libro: Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, por Christie J. Geankoplis.

 Para determinar la densidad de la glicerina se utilizó la siguiente ecuación:  glicerina 

W lastre aire  W lastre glicerina W lastre aire  W lastre agua

 Para determina la viscosidad se utilizó la ecuación Nº 5 2. Graficar en un papel milimetrado la viscosidad promedio frente a 1/T y valide sus resultados con los datos de la literatura (4) Datos de viscosidad Obtenidos de Bibliografia: 293ºK = 1.069 Cp (Geankoplis)

3. Graficar en un papel logarítmico y determinar las constantes A y B de la ecuación de Andrade.   A exp( B / T )

Para poder realizar esta gráfica se procede a tomar el logaritmo neperiano, el cual no da como resultado:  1   T

ln   ln A  B

Para poder determinar las constantes A y B se graficara lnu vs. 1/T en papel semilogaritmico, bajo el siguiente cuadro

CUADRO Nº2 Datos Para poder determinar las constantes de Andrade ln u -1.2959

1/T 3.4112

-1.7375

3.354

-2.0859

3.298

-2.2562

3.245

-2.5074

3.193

-3.3017

3.09

 De la gráfica y haciendo la corrección lineal, se obtiene los siguientes resultados: LnA = -21.69679 A = exp –21.69679 A = 3.777x10-10 B = 5970.10899

 Después de haber obtenido las constantes de Andrade, se puede corregir las viscosidades mediante la ecuación 5 (Andrade)

 glicerina(Cp)

 glicerina (Cp)

Determinada 0.27366

Corregida 0.26357

0.17596

0.18732

0.12421

0.1346

0.10475

0.0978

0.08147

0.0717

0.0368

0.0397

8. DISCUSIONES

 De los resultados obtenidos con respecto a la viscosidad de la glicerina

y

comparar con los de la bibliografía, se puede observar que existe una extensa diferencia, lo que nos indica que los datos obtenidos en la práctica no se realizaron con sumo cuidado.

 Esto se pudo observa desde un inicio, ya que en el viscosimetro existían burbujas que probablemente hacia variar el tiempo de escurrimiento, además de que la termostatización de la solución de glicerina era muy complicada.

9. CONCLUSIONES 

Se puedo determinar experimentalmente por comparación la viscosidad de la glicerina, aunque los resultados no fueron los deseados,

debido a muchos

factores como por ejemplo, el inadecuado manejo de la glicerina en le viscosimetro de Cannon, la termostatización de la glicerina, entre otros factores. 

También dentro de esta práctica se pudo observar la variación de la viscosidad con respecto a la temperatura, se observo que cuando existe un incremento de temperatura, la glicerina comienza a fluir más rápido, estos se observa cuando se compara los tiempos escurrimiento a diferentes temperatura (mayor tiempo menor fluidez, y menor tiempo mayor fluidez)

10. RECOMENDACIONES 

Instalar adecuadamente los equipos de medición, verificar que el termostato este en una escala mayor de temperatura con respecto a la que se va a medir.



Leer adecuadamente los datos obtenidos.

11. BIBLIOGRAFIA  CHRISTIE GEANKOPLIS

:”Procesos de transporte y Operaciones Unitarias” Edit. Continental S.A . México. 1999

 R. BYRON BIRD

:”Fenómenos deTransporte” Edit. Reverte. S.A. México 1995

 ENCICLOPEDIA MULTIMEDIA : “ Encartas 98”

12. CUESTIONARIO 1. ¿Explique porque la viscosidad del fluido disminuye a un incremento de la temperatura? La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy útiles como lubricantes cuando una máquina está sometida a grandes cambios de temperatura 2. Señale los factores que modifican la viscosidad del fluido Los factores que modifican la viscosidad de lo líquidos son los siguientes: -

Temperatura

-

Pureza de la solución

-

El grado de deformación con respecto a un esfuerzo cortante

-

La resistencia del fluido ante el esfuerzo de corte

-

Presión

3. A que se llama viscosidad cinemática y viscosidad dinámica del fluido

 Viscosidad Dinámica (  ): Es la constante de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y gradiente de velocidad 

 12  N / m2 N  s Kg     Pa  s  dVz dV m/s m m s  dy dy m

 Viscosidad Cinemáitca: (  ): Muchos problemas en mecánica de fluidos implica el empleo de viscosidad cinemática y se define como el cociente entre al viscosidad dinámica y la densidad del fluido

  / 

 ( Kg / m.s)  m2 / s  ( Kg / m3 )

Esta propiedad representa la dificultad que opone el fluido a escurrir sometido a los esfuerzos internos que provoca su propio peso

4. Que relación existe entre la viscosidad dinámica y la cinemática   / 

 ( Kg / m.s)  m2 / s 3  ( Kg / m )