viscosimetro de esfera en caida libre

LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS

Código :FC-L.PIN-01Revisión:Fecha : 2013/10/09Página : 1/1

VISCOSIDAD

INFORME No. 1

VISCOSIDAD

1. Objetivos

1.1. Objetivo General

Medir la viscosidad de distintos fluidos alimenticios para la determinación de su comportamiento como Newtonianos y no Newtonianos, utilizando un viscosímetro.1.2. Objetivos Específicos1.2.1. Analizar como varía la viscosidad del fluido al aumentar la temperatura.1.2.2. Comparar los resultados de viscosidad de los fluidos de la práctica con datos

teóricos.1.2.3. Determinar el comportamiento de los distintos fluidos aplicándole diferentes

velocidades.2. Fundamento Teórico

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 agentesespesantes 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. Los

Elaborado por:

Nombre: Orna M, Navas L, Salguero C, Salguero N, Vargas E.Fecha: 19/04/2023

Revisado por:Nombre: Ing. Paola ArguelloFecha:

Aprobado por:Nombre:Fecha:

http://www.ecured.cu/index.php/Reolog%C3%ADa

http://www.ecured.cu/index.php/Elasticidad

http://www.ecured.cu/index.php/Pol%C3%ADmeros

http://www.ecured.cu/index.php/Viscosidad

http://www.ecured.cu/index.php?title=Gelificantes&action=edit&redlink=1

http://www.ecured.cu/index.php/Espesantes



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sistemas de mezcla y agitación, también requieren de los datos de los parámetros reológicos para los cálculos energéticos y diseños de reactores.

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.

Viscosidad

La viscosidad de un líquido es la oposición que este presenta ante el flujo.Causada por grandes fuerzas intermoleculares que hacen que las moléculase je rzan g randes fuerzas de rozamien to unas sobre o t ras . Ta l como en la tensión superficial la fuerza intermolecular se ven afectadas por la inducciónde energía térmica, sin embargo hay líquidos que escapan a esta regla por lautilización de aditivos o por sus propiedades naturales. Entre más cerca delcentro superficial del líquido se encuentren las moléculas estás fluirán conuna relativamente menor viscosidad (fluirán con mayor facilidad). Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.

Unidades Las unidades de viscoisidad más utilizada son los milipascales por segundo (mPas). Se debe tener en cuenta que:

1000 mPas= 1PasAdemás, el sistema cegesimal aún se sigue usando, siendo la unidad de medida el centiPoise (cP). La conversión de unidades entre los dos sistemas es:

1 cp= 1 mPas1 Poise= 1 g/cm

La tabla siguiente es una aproximación del valor de la viscocidad para sustancias muy conocidas a temperatura y presiones ambientales.

VISCOSIDADES DE LOS FLUÍDOS EN ANÁLISIS

Tabla 1. Viscocidad Aproximada a T y P ambienteFluidos Viscosidad aprox (mPas)

Vidrio 1043

Vidrio Fundido 1015

Betún 1011

Polímeros fundidos 106

Miel líquida 104

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Glicerol 103

Aceite de oliva 84Agua 1Aire 10-2

1 mPas= 1cPoise

FUNDAMENTO DEL 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 esta 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 optima para cualquier medición, dentro de la gama del aparato.

Instrumentos de Medición

Equipo Características UtilidadViscosímetros PCE-RVI 1 Rangos de medición: 10 ... 100.000 mPa.s

Rotores / Husillos: Nº 1 – 4Precisión: ±5 % (con líquido de Newton)Velocidad de rotación: 6 / 12 / 30 / 60 minutos.Dimensiones: 300 x 300 x 450 mm (largo x ancho x alto).Peso: 1,5 kg.Alimentación: 220 ... 240 V, 50 ... 60 Hz

Mide viscosidad de tintas de impresión, lacas, pastas, alimentos

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http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-medida-laboratorio/medidor-viscosidad-pce-rvi1.htm



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Viscosímetro capilar de vidrio ViscoClock

Medidores capilar que determina automáticamente la viscosidad, mide viscosidad absoluta y relativa

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Viscosímetros de cilindros coaxiales

El equipo tiene un motor de torque constante y que para cada situación, equilibra el torque resistente del fluido con el ejercido por el motor. Este valor es trasladado electrónicamente a una escala, donde se leen valores s de escala.

En el eje del motor, se conecta el sensor que va sumergido en una copa que tiene el fluido de prueba, hasta el a nivel recomendado por los fabricantes del equipo

medir el nivel de viscosidad de productos como pinturas, productos alimenticios, suspensiones, entre otros.

VISCOSIMETRO ANALOGICO MODELO 801

en la industria alimenticia, farmacéutica y en la medición de viscosidad de pinturas y grasas

Viscosimetro Rotacional Digital.

Rango medida 1-600000 mPa.s (cp)Velocidad 1-60 rpmPrecisión ±2.0%Husillos nº 1, 2, 3, 4Repetibilidad 0.5%

Mide la viscosidad de diversos tipos de fluidos como aceites comestibles, lubricantes, pinturas, barnices y productos similares.

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3. Marco ReferencialLa practica fue realizada en el Laboratorio de Bromatología de la Facultad de ciencias de

la ESPOCH, Km ½ vía Panamericana Sur. Riobamba – Ecuador.

4. Parte Experimental

4.1. Sustancias y Reactivos

Miel de abeja líquida

Concentrado de papaya

Maicena

Aceite de oliva

4.2. Materiales y Equipos

Viscosímetro Rotacional Husillos Termómetro Reverbero Varilla de agitación 3 Vasos de precipitación de 250 mL Baño maría

5. Procedimiento

Elaborado por:




Para fluidos con distintas densidades que sedimentan, antes de medir se debe agitar con una varilla de vidrio sin introducir burbujas de aire hasta que se vean homogéneos.

Colocar 250mL de producto en un vaso de precipitado, ya que estos tienen el diámetro adecuado para que las paredes no afecten en la

PROTOCOLO PARA LA REALIZACIÓN PRÁCTICA



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6. ResultadosElaborado por:




Para fluidos con distintas densidades que sedimentan, antes de medir se debe agitar con una varilla de vidrio sin introducir burbujas de aire hasta que se vean homogéneos.

Colocar 250mL de producto en un vaso de precipitado, ya que estos tienen el diámetro adecuado para que las paredes no afecten en la



VISCOSIDAD

Tabla 2. Resultados de la medición de viscosidad en miel de abeja a 25,5°C

Miel de abeja(T°= 25.5)Usillo

L3 L4Rpm

10 20 30 50 60Cp % Cp % Cp % Cp% % Cp %

2699.76 28.09 2674.11 42,88 2682.61 63.90 3026.79 25

3054.21 30.22

Tabla 3. Resultados de la medición de viscosidad en miel de abeja a 35°C

Miel de abeja (T°= 35)Usillo L4

Rpm10 20 30 50 60

Cp % Cp % Cp % Cp% % Cp %879.53 1.43 858.42 2.85 856.48 4.25 NA NA

Tabla 4. Resultados de la medición de viscosidad en puré de papaya a 24°C

Puré de papaya (T°= 24)L3

Rpm20 30 50 60 100

Cp % Cp % Cp % Cp% % Cp %1632.90 25.90 1413.10 35.00 1011.70 40.10 882.70 41.20 702.00 54.05

Tabla 5. Resultados de la medición de viscosidad en pure de papaya a 34°C

Pure de papaya (T°= 34)L3

Rpm20 30 50 60 100

Cp % Cp % Cp % Cp% % Cp %

Elaborado por:






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2714,7 43,1 1700.oo 40.90 1196.70 47.50 1091.30 51.70 822.80 65.50

Tabla 6. Resultados de la medición de viscosidad en Aceite de oliva a °C

Aceite de oliva (T°=4)L1

Rpm10 12 30 50 60

Cp % Cp % Cp % Cp% % Cp %18.40 23.08 27.04 46.30 56.30

Tabla 7. Resultados de la medición de los °Bx en las diferentes muestras.

GRADOS BRIXACIETE 0%ALMIDÓN 60% 0%PURÉ DE PAPAYA 9.2%MIEL 78%AGUA 0%

SOLUCIÓN DE ALMIDÓN 60%Al mayor fuerza de cizalla incrementa la resistenciaA menor fuerza de cizalla disminuye la resistencia

GRÁFICOS DE LOS DIFERENTES FLUIDOS:

Elaborado por:






VISCOSIDAD

Elaborado por:




10 20 30 50 602400

2500

2600

2700

2800

2900

3000

3100

Gráfico 1 de la Viscosidad Vs Velocidad rpm de la miel de abeja °T- 25.5°C

cp

VELOCIDAD rpm

vISC

OSI

DAD

10 20 30 50 60840

845

850

855

860

865

870

875

880

885

Gráfico 2 de la Viscosidad) de la miel de abeja °T- 35°C

Cp



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7. Discusión de los Resultados

Elaborado por: Maurio Orna La viscosidad de la miel disminuye rápidamente a medida que aumenta su

temperatura. 1% de humedad es equivalente a aproximadamente 3,5 ° C en su efecto sobre la viscosidad. La viscosidad se puede ajustar para adaptarse a cualquier sistema de suministro de fabricación. (Izquierdo 2006).

A medida que aumenta la temperatura en las fuerzas de cohesión entre sus moléculas se reducen con una disminución correspondiente de la resistencia al movimiento. Como la viscosidad es un indicador de la resistencia al movimiento podemos concluir que la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura en un líquido.

La miel es un fluido muy viscoso de tipo Newtoniano, pues su viscosidad permanece estable mientras no se varíe su temperatura ni la fuerza de cizalla, esto se puede verificar dado que al fluido por un tiempo de aproximadamente 3 minutos en el cual se determinó su viscosidad manteniendo constante la velocidad con la que el husillo gira, se tomaron 20 mediciones, las cuales no variaron significativamente sus valores en cuanto a los Cp, y mucho menos en cuanto al porcentaje determinado.

Elaborado por:




20 30 50 60 1000

200400600800

10001200140016001800

Gráfico 3 de la Rpm f(Viscosidad) del pure de papaya °T-24°C

Cp

10 12 30 50 600

10

20

30

40

50

60

Gráfico 5 de la Rpm f(% del fondo de escala) del aceite de oliva °T-4°C

%

20 30 50 60 1000

500

1000

1500

2000

2500

3000

Gráfico 4 de la Rpm f(Viscosidad) del pure de papaya °T-34°C

cp



VISCOSIDAD

Recordemos también que como fluido Newtoniano es independiente del tiempo por lo tanto se comprobó también que la variación de la viscosidad era mínima y esta se debe a los pequeños cambios de temperatura y a errores instrumentales propios del equipo que provocan cambios pequeños no significativos.

En el gráfico 1 para la muestra de miel a 25.5°C podemos observar que la curva Cp vs rpm crece progresivamente a medida que aumentamos las revoluciones por minuto, entonces al aplicar una mayor velocidad al husillo utilizado podemos afirmar que la viscosidad crece directamente proporcional a la fuerza (rpm) aplicada a la muestra, mientras la temperatura no varíe.

Por otro lado se puede ver una linealidad en relación a las tres primeras rpm aplicadas que tan solo se dan en incrementos de 10 en 10, mostrando un comportamiento típico de fluidos Newtonianos, para el caso de la miel, en este estudio de la reología de alimentos (Riveiro, 2008) , se afirma que varias de las diferentes mieles analizadas muestran un leve comportamiento pseudoplástico hasta un cierto tiempo en el cual se estabilizan, algo semejante se observa en el gráfico 1 por el comportamiento de la miel

Al comparar los gráficos 1 y 2 correspondientes al análisis de viscosidad de la miel, a diferentes temperaturas se puede observar un claro descenso en la viscosidad, es decir la muestra se vuelve más fluida a una temperatura mayor debido a que se reducen las fuerzas de cohesión molecular de la muestra, o en otras palabras la energía cinética supera a las fuerzas de viscosidad, pero no se puede afirmar de manera precisa como influye la aplicación de mayor fuerza(rpm) a la determinación de la viscosidad, pues el porcentaje de fondo de escala que nos da el equipo es menor al 15%, el cual es un porcentaje no recomendable , por lo mismo los valores de viscosidad no son confiables.

El valor de la miel de abeja pura es 10 000 cP pero los valores de viscosidad de la miel determinada prácticamente no superan los 3100 cP, lo cual es de esperar ya que la miel analizada marca “Superba” debe cumplir los requisitos de las normas técnicas y a la misma ves poseer características organolépticas y físicas que agraden al consumidor, de tal manera que las diferentes marcas de miel pueden variar parámetros como el porcentaje de humedad, el cual según el Codex Alimentarius Commission se encuentra hasta un máximo del 20%. En la miel madura, normalmente el contenido en agua oscila del 16% al 18%. Por debajo del 17,1% desaparece prácticamente, el peligro de multiplicación de levaduras osmófilas. Por lo antes mencionado se estima que el contenido de humedad en esta miel es alto y esto influye directamente en la viscosidad, además de que no se conoce el tipo ni el tratamiento al cual fue sometido la miel en la industria alimenticia.

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Los husillos disponibles presentaron cuatro niveles, el más adecuado para la medición de viscosidad de la miel fue el número 4, siendo el de menor superficie de contacto con la muestra, ya que estos son más adecuados que los otros para la medición de fluidos más viscosos por su mayor facilidad de contacto y e interacción con la muestra, pudiendo medir fluidos de una viscosidad de hasta 2000 000 de cP . El husillo 3 es más adecuado para mediciones de muestras con viscosidad media y alta entre 300cP y 100cP. El husillo 2 en cambio es más adecuado para muestras con viscosidad intermedia es decir entre 60 y 20 000 cp., y por último el husillo 1 es más adecuado para muestras más fluidas ya que este posee mayor superficie o área de contacto lo cual es beneficioso para muestras menos viscosas.

El puré de papaya es un fluido que como se puede ver en el gráfico 3 disminuye su viscosidad a medida que se aumenta las rpm aplicadas, todo esto de una manera poco lineal lo que nos da a entender que se trata de un fluido no Newtoniano; de igual manera en el gráfico 4 la viscosidad disminuye notablemente con la temperatura de más 10°C aplicada y sigue disminuyendo a medida que aumenta las rpm, en otras palabras sucede lo contrario a la miel que es un fluido Newtoniano definido.

Al comparar los dos fluidos tanto papaya como la miel podemos diferenciar sus cinéticas en función de las rpm aplicadas, la diferencia más notable es que la miel tiende a aumentar su viscosidad a medida que incrementa su gradiente de velocidad, sucediendo lo contrario con el puré de papaya en el cual su viscosidad disminuye. Al tomar en cuenta la temperatura de más 10°C aplicada a las dos muestra se puede decir que para los dos casos la temperatura no actúa igual ya que para el caso de la miel esta se vuelve más fluida con relación a la medición de la viscosidad a 25.5°C a 10 rpm, por otro lado la papaya incrementa su viscosidad la cual es un(47.84%) mayor a la viscosidad determinada a 20rpm pero a 25.5°C; como ya se indicó anteriormente por la mayor cinética de sus partículas.

El aceite de oliva no pudo ser analizado por el viscosímetro rotacional a pesar de que el porcentaje de fondo de escala es adecuado (>15% en todas las rpm aplicadas ) como podemos observar en la tabla 6, esto puede deberse a que la viscosidad es muy baja (84Cp a 25°C), y la sensibilidad del equipo puede no ser la suficiente para medir esta cantidad, y el husillo más adecuado es el número 1 pues este posee mayor área superficial y es más adecuado para los fluidos de mínima viscosidad, pero este problema podría ser solucionado con un husillo de mayor área superficial el cual sería más sensible a estas bajas cantidades.

8. Conclusiones

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8.1. La viscosidad en el caso de la miel de abeja al aumentar la temperatura disminuye la viscosidad, en el caso el puré de papaya al aumentar la temperatura aumenta la viscosidad; mientras que en el caso del aceite de oliva no se pudo medir la viscosidad.

8.2. Al comparar la viscosidad teórica con la obtenida en la práctica se puede concluir que la viscosidad de la miel de abeja tiene un rango de diferencia muy elevado ya que los datos teóricos se encuentran sobre los 100000 cPois mientras que en la práctica está sobre los 4000 cPois; cabe recalcar que en la teoría el porcentaje del fondo de escala pudo haber sido de un 100 % mientras que en nuestra práctica llegaba máximo hasta el 65 %; en el puré de papaya ……………………. ; en el aceite de oliva no se puede realizar una comparación ya que no se pudo leer la viscosidad en el viscosímetro rotacional.

8.3. Determinar el comportamiento de los distintos fluidos aplicándole diferentes velocidades.

9. Recomendaciones Subir la guía de prácticas con anticipación a la web. Tener conocimiento previo del manejo del equipo viscosímetro rotacional. Preparar la muestra de los fluidos con una agitación controlada, para evitar

interferencias. Asegurarse de que las muestras no posean partículas que puedan deteriorar el

equipo. Informarse acerca de las características físicas y químicas, así como del

comportamiento de los alimentos que se van analizar en laboratorio por las diferentes metodologías

10. Referencias Bibliográficas

LINKOGRAFÍAS:o REOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS: http://www.ecured.cu/index.php/Reolog

%C3%ADa_de_los_alimentoso VISCOSIDAD:

http://es.scribd.com/doc/22045652/VISCOSIDAD-Practicao UNIDADES:

http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Fundamentos%20de%20Reologia.pdfo INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:

Viscosímetros PCE-RVI 1:http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-medida-laboratorio/medidor-viscosidad-pce-rvi1.htm

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http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Fundamentos%20de%20Reologia.pdf

http://es.scribd.com/doc/22045652/VISCOSIDAD-Practica

http://www.ecured.cu/index.php/Reolog%C3%ADa_de_los_alimentos

http://www.ecured.cu/index.php/Reolog%C3%ADa_de_los_alimentos



VISCOSIDAD

Viscosímetro capilar de vidrio ViscoClock

http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-de-medida-laboratorio/viscosimetro-capilar-viscoclock.htm

Viscosímetros de cilindros coaxiales

http://www.quiminet.com/articulos/funcionamiento-y-tipos-de-viscosimetros-2665142.htm

Viscosímetro analogico modelo

http://www.comerciallabor.com/documents/Viscosimetro%20analogico.pdf Viscosímetro Rotacional Digital.

http://www.quirumed.com/es/Catalogo/articulo/22400

11. Anexos

Viscosímetro Miel de abeja

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http://www.comerciallabor.com/documents/Viscosimetro%20analogico.pdf







VISCOSIDAD

Aceite de oliva y el usillo L 4 Maicena al 60 %

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