UNIVERSIDAD DE CÓRDOBAINFORME DE REOLOGÍA (KETCHUP) OPERACIONES UNITARIAS I HÉCTOR HERNÁNDEZ, VANESSA NÁRVAEZ, ALDEMAR VERBEL, CESAR PEÑATE, NADYS NISPERUZA 2012 ̇ Un ejemplo claro podrían ser los alimentos los cuales ingresan a nuestra boca. la cual. consistencia. Diseñar materiales nuevos con respuestas mecánicas muy específicas y bien definidas. donde los masticamos para obtener una pasta fluida que luego se ingiere. a este tipo de reología es la que llamamos natural. que en estudios previos ha sido considerado constante.INTRODUCCIÓN La Reología es la ciencia que estudia y analiza los fenómenos de flujo y deformación y las propiedades mecánicas de los gases. Por esto se presenta la necesidad de estimar adecuadamente ciertos parámetros como lo es el factor humectante. 5. 3. Al someter la muestra de material a este estudio de deformación y flujo de la materia se puede obtener información cualitativa y cuantitativa valiosísima. 4. Consecuentemente se puede decir que el campo de la Reología se extiende desde la Mecánica de los Fluidos Newtonianos hasta la elasticidad de Hooke. líquidos. 1994). Para esto se comparan las funciones materiales o propiedades reológicas (Macosko. El factor humectante conforme a la definición. genera deformación y flujo de la materia. propiedades elásticas. Caracterizar la materia y definir sus parámetros reológicos como viscosidad. 2. entre muchas otras acciones. Hasta ahora se han propuesto modelos generalizados para la predicción de viscosidad. . Corresponde a todos los materiales pastosos y a las suspensiones. Predecir el comportamiento macroscópico del fluido bajo condiciones de proceso para lo cual se hace uso de las relaciones constitutivas y de las funciones materiales. plásticos y comprende el estudio de las substancias que "fluyen" pero que su comportamiento no está regido por la ecuación (1). Estudiar de manera indirecta la microestructura del fluido y evaluar el efecto de varios factores sobre dicha microestructura. conociendo previamente la caracterización de la materia a procesar. C. por estar en movimiento. La región comprendida entre ellas. Diseñar equipos sofisticados de procesamiento industrial. pero el problema se presenta cuando muchos de estos son basados en ciertas consideraciones que deriven en errores al realizar dicha predicción. El tener esa información permite: 1. cuanto más se someta el fluido a esfuerzos de cizalla (esfuerzo cortante). (D. con variaciones para flui dos newtonianos y no newtonianos (Urdaneta L. La tixotropía indica una continua ruptura o reorganización de la estructura dando como resultado una disminución de la resistencia al flujo. de manera que inicialmente su viscosidad es grande y no fluyen pero cuando se agitan la viscosidad disminuye y fluyen. los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo. Se consideran fluidos tixotrópicos a todos aquellos que al aplicarles una velocidad de deformación constante. Por lo común. Teniendo el siguiente comportamiento: . es decir. Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero. pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo. muestran una disminución del esfuerzo cortante y de la viscosidad aparente con el tiempo. y por tanto su viscosidad inicial. Pueden representarse de manera adecuada para muchas aplicaciones de la ingeniería mediante un modelo de la ley de potencia. el cual se convierte para un flujo unidimensional en: Dónde: El exponente n se llama índice de comportamiento del flujo K el índice de consistencia La tixotropía es la propiedad de algunos fluidos no newtonianos y pseudoplásticos que muestran un cambio dependiente del tiempo en su viscosidad. que puede ser en cualquier caso reversible o irreversible. Hay que destacar que aunque la viscosidad disminuye con el tiempo en este tipo de materiales este efecto es reversible. Un ejemplo de este tipo de fluidos lo tenemos en el kétchup y otros alimentos que se formulan para que sean tixotrópicos. A nivel estructural. 2000). la tixotropía refleja la rotura de la estructura cuando el fluido se somete a un esfuerzo. Si después de ser sometido a un esfuerzo dejamos el fluido en reposo durante varias horas este recupera su estructura.describe la diferencia de la superficie libre del fluido en rotación respecto a la posición estática. FLUIDOS NO NEWTONIANOS. Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos. Della Valle. más disminuye su viscosidad. Un gran número de ecuaciones empíricas se han propuesto para modelar las relaciones observadas entre tyx y du/dy para fluidos independientes del tiempo. Esto es debido al cambio continúo de la estructura del material. 2008). a un motor de velocidad variable.. ( Brookfield Dial Viscometer.5 rpm). Esta deformación se indica en un visor digital y es proporcional a la viscosidad del fluido. por medio de un resorte calibrado. M/85-150-N898). Viscosímetro Brookfield Es un viscosímetro rotacional. Cuando el rotor gira la deformación del resorte es proporcional al par necesario para vencer la resistencia viscosa del fluido al movimiento.Para evaluar el grado de tixotropía del fluido. Para un fluido de determinada viscosidad. El rotor se sumerge en el fluido en estudio y va acoplado. 2000). provisto de dos tipos de rotores: cilíndricos y en forma de disco. el rango máximo de viscosidades se medirá con el rotor más pequeño a la velocidad mínima (0. Fig. el rango mínimo de viscosidades se medirá con el rotor más grande girando a la máxima velocidad (100 rpm). la resistencia al movimiento será mayor a mayor velocidad o mayor tamaño de rotor. Manual No. 2 Viscosímetro de Brookfield . Las medidas hechas con un mismo rotor a distintas velocidades permiten obtener las características reológicas del fluido. e inversamente. se calculó el área relativa tixotrópica (AR) (Ecuación 4) (Dolz et al. Por lo tanto. se repitió lo anterior con velocidades3. 5 10. 6. Posteriormente a la lectura que le correspondiente a 100 rpm. 10. 30. 60. 50. Se Registraron la medidas de viscosidad aparente. es decir. luego se verificó que el laboratorio estuviera en buenas condiciones de ventilación. con el objetivo de evaluar la tixotropía del alimento. y se tomó lecturas para cada velocidad después de 2minutos. 60. 80. . y se tomó lecturas para cada velocidad después de 2 minutos. 5. 3. 20. En primer lugar o se calibró el viscosímetro Brookfield. después de que la velocidad fue constante se tomó la lectura de la escala. 20.MATERIALES Y EQUIPO Viscosímetro Brookfield Cronometro Muestra 100 mL (Salsa de Tomate Kétchup) Termómetro PROCEDIMIENTO 1. con temperaturas entre (25 y 28 °)C. para esto se movía el recipiente en un plano horizontal hasta que alcanzó dicho punto. con el objetivo de que el rotor quedara bien sumergido. se disminuyó la velocidad a 90. lo cual se logró en unos 2 minutos aproximadamente. el cual debía estar entre el 20% y 90%. la cual debía ser aproximadamente en el centro del recipiente. Seguidamente se procedió de la siguiente forma para llevar a cabo el procedimiento: 2. En este método se utilizó un rotor número 2. en este caso kétchup a un recipiente de 100ml. 90 y 100 rpm. Luego se calibró el viscosímetro y se inició el proceso con una velocidad de 2 rpm y se esperó hasta que este uniformizara la velocidad.. 40. 70. 3 y 2 rpm. Al haber realizado lo anterior se ajustó el rotor introduciéndolo despacio y con cuidado en el recipiente hasta que este quedara sumergido a la profundidad indicada. 30. hasta que la velocidad fue constante. 70. por lo que tuvimos que llevar la muestra de prueba. 40. % de torque y temperatura que se presenta a las diferentes revoluciones mencionadas anteriormente. en el cual se adicionó un volumen de kétchup casi igual a la capacidad máxima del recipiente. teniendo en cuenta que el porcentaje de torque se encontró dentro del rango recomendado por el manual. 5. 80. 4. 50. 3 675 1180 2300 3667 5100 Temperatura°C 25.5 483.5 25.5 352 300 261.2 26.4 240 222 205 Temperatura (°C) 26.4 64.2 26 26 26 26.7 Tabla 2.6 25.3 73.5 25.7 68.6 55.2 26.1 62.3 24.1 74.4 51 46 38. .9 25 24.9 26.2 24.5 250 285 324 382.6 232.2 26 26.2 59.5 26.9 57.2 76.7 69.5 24. Velocidadɤ(rpm) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 3 2 Viscosidad μ(ml*Pa/s) 201 215.2 26.2 24.2 72.7 48.2 25.2 55.2 27 27. Datos cuando disminuye la velocidad de deformación.2 25 % Torque 77.5 23.2 %torque 23.1 Tabla 1.6 44.7 70.9 68.Los datos obtenidos se registraron en las siguientes tablas: Velocidad ɤ(rpm) 2 3 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Viscosidad μ(mlPa/s) 5100 3833 2520 1390 745 536.7 422.3 51.8 66.2 65 62. Datos cuando aumenta la velocidad de deformación. CALCULOS PARA ANALISIS REOLOGICO Los cálculos para evaluar el análisis reológico de la kétchup. se obtuvo la siguiente gráfica. 6000 5000 4000 µ (mPa/s) 3000 2000 1000 0 0 0. teniendo en cuenta que solo se evaluaron los métodos. cuando ascendía la velocidad.80190421 0. tabla Nº1.5 2 Figura Nº2.18470743 0. que se iba deformando el fluido.4725324 148. contra la velocidad de deformación (ɤ) cuando esta aumenta.588278 Tabla Nº3. Los resultados obtenidos por medio de iteraciones en Excel mediante solver se muestran en la tabla Nº3. por lo cual se asumió que el fluido no se regeneraba con el tiempo.resultados de los modelos cuando aumenta la velocidad de deformación (Ascenso) Al graficar los datos de viscosidad aparente (µ).99614177 323.Comportamiento reológico de la Kétchup Otra forma de observar el comportamiento reológico de la kétchup es graficando el esfuerzo cortante (τ) de esta contra la velocidad de deformación (ɤ) como se muestra en la siguiente gráfica. Hershell-Bulkleg y Casson.629781 144. Vs µ 1 Vel Rot. R K n t0 2 LEY P H-B CASSON 0. .939742 6.99902544 0. donde se evaluaron varios métodos como el de la ley de la potencia. se realizaron en una hoja de Excel. es decir.99552224 0. (rps) 1.5 Vel Rot.972352 142. 060206 108. para lo cual se trabajó en una hoja de Excel. ya que esta explica el 99.99947532 0.5 2 Figura Nº3. Al observar la tabla Nº3.145347 149. Comportamiento reológico de la kétchup.5 1 V de roatcion (rps) 1.18142868 115.12906937 0. fue necesario.812048 Tabla Nº4. Seguidamente realizado lo anterior se comparó este con el hallado al momento de deformarse. se puede notar que el modelo que mejor explica el comportamiento reológico del fluido cuando este se deforma es la ley de la potencia. determinar el modelo al cual se ajustaban los datos de la tabla Nº2. y Casson.902544 % de la variabilidad en los datos. Hershell-Bulkleg. y de esta manera evaluar la tixotropía de la kétchup. CALCULOS PARA EL ANALISIS TIXOTROPICO Para evaluar el análisis tixotrópico de la kétchup. donde se evaluaron varios métodos como el de la ley de la potencia.99790344 0.V rot Vs Tao 400 350 300 Tao (mPa) 250 200 150 100 50 0 0 0. R^2 K n t0 LEY P H-B CASSON 0.94337054 0.resultados de los modelos cuando disminuye la velocidad de deformación (Descenso) . Los resultados obtenidos por medio de iteraciones en Excel mediante solver se muestran en la tabla Nº4. en primer lugar.99918389 265.496536 4. 5 2 Ascenso Descenso Figura Nº5.5 2 Ascenso Descenso Figura Nº4. .5 1 Vel Rot (rps) 1. se obtuvo la siguiente gráfica: Ascenso y Descenso 6000 5000 4000 µ(mPa/s) 3000 2000 1000 0 0 0.5 1 Vel rot. cuando esta aumenta y disminuye. como se muestra en la siguiente gráfica: Ascenso y Descenso 400 350 300 Tao (mPa) 250 200 150 100 50 0 0 0. contra la velocidad de deformación (ɤ).Al graficar los datos de viscosidad aparente (µ). Otra forma de observar el comportamiento tixotrópico de la kétchup es graficando el esfuerzo cortante (τ) de esta contra la velocidad de deformación (ɤ). cuando esta aumenta y disminuye.Comportamiento tixotrópico de la Kétchup.comportamiento tixotrópico de la kétchup. (rps) 1. podemos decir que el modelo que mejor representa el comportamiento reológico de la kétchup. ya que este explicaba el 99. y el otro método representaba menor porcentaje. (Ver anexo 1).614177%. Según los anteriores resultados se determinó el índice de tixotropía mediante la ecuación (2): Dónde: ∫ ( ̇ ) ̇ ∫ ̇ ̇ ∫ ( ̇ ) ̇ ∫ ̇ ̇ Los valores de estas integrales se calcularon en el programa online wolfram alpha. ya que el 99. mientras que el de Casson representaba el 99. de esta manera: ANALISIS DE RESULTADOS Después de analizar los resultados obtenidos en la tabla Nº3.Al comparar los resultados obtenidos en la tabla Nº4. se puede ver que el modelo de la ley de la potencia correspondía ya que si miramos el esfuerzo cortante este está en mPa y el esfuerzo cortante inicial aproximado seria de 0. podemos observar que el modelo mejor explica el comportamiento del fluido cuando se regenera es la ley de la potencia. cuando se deforma es la ley de la potencia. Aunque la diferencia era poca entre ley de la potencia y Casson.1 Pa. . si se observa la figura Nº3.902544 % de las variables que se expresan en este modelo explican el comportamiento reológico de la misma. se opto por el de ley de la potencia por ser un poco mayor.947532% del comportamiento reológico de la mostaza mientras se regeneraba. el cual seria un valor insignificante para un esfuerzo umbral. responsable de la disminución de la viscosidad aparente. que se logro demostrar el comportamiento tixotrópico de la mostaza. y cuando la diferencia es positiva se denomina tixotropía. Por otro lado se determinó que el modelo que mejor explicaba la variabilidad de los datos del comportamiento reológico de la mostaza cuando esta se regeneraba era el de Hershell-Bulkleg.9564647%.136 el cual no está muy alejado del que se obtuvo en esta práctica. ya que este represento el 99. como se observa en los resultados. mientras que los otros métodos representaron menores porcentajes que estos.por tanto este fluido obedece el modelo de la potencia en su totalidad. en un estudio realizado en la universidad nacional San luis Gonzaga evaluaron el comportamiento reológico de la kétchup a 20 ºC y obtuvieron un valor del índice de flujo de 0. se puede decir que el de la ley de la potencia no correspondía por razones anteriormente explicadas. y esto a su vez provoca que se afecte el grado de interacción entre las moléculas. y el de Casson represento el 99. que el modelo WLF no correspondía por la poca variabilidad de la temperatura obtenida. que se puede omitir el efecto de la temperatura sobre la viscosidad. lo cual hace que se aumente el espacio intermolecular. Ahora al demostrar que la mayonesa posee un comportamiento tixotrópico. debido al cambio continúo de la estructura del material. .18470743 lo cual significa que el fluido se aleja bastante del comportamiento Newtoniano (n=1) y además se caracteriza por ser un fluido pseudoplastico (n<1). lo cual hizo que el efecto de la temperatura sobre la viscosidad cuando se regeneraba el fluido fuera muy pequeño. seguramente las pequeñas diferencias se deben a las diferentes temperaturas de evaluación de la muestras una a 20º y la realizada en este estudio a 26 ºC aproximadamente. Observando los parámetros reológicos de este modelo se puede notar que el índice de flujo (n) dio un valor de 0. debido a que entre mayor sean las revoluciones. Al observar la figura Nº5. disminuye la viscosidad aparente (µap) como se observa en las figuras 2 y 4. se puede decir que la esta es un fluido pseudoplastico que presenta un cambio en su viscosidad según el tiempo. es decir. cuando la diferencia es negativa se denomina reópexia. por lo que la diferencia de las áreas de estas es positiva. debido a que la curva de deformación se mantuvo por encima de la curva de regeneración. que puede ser en cualquier caso reversible o irreversible. y que no se escogió el modelo de Casson por tener menor porcentaje de representación sobre los datos. Otro análisis que se puede obtener de los resultados obtenidos es que a medida que aumenta la velocidad de deformación (ɤ).9993352%. mayor será la turbulencia. Para finalizar se puede decir.