catacteristicas reologicas de la salsa de tomate

Universidad del Bio-Bío Departamento de Ingeniería en Alimentos Facultad de Ciencias de la Salud y de los Alimentos Escuela de Ingeniería en Alimentos

INFORME

LABORATORIO N°1

FENÓMENOS DE TRANSPORTES I

“CARACTERISTICAS REOLOGICAS DE LA SALSA DE TOMATES”

Integrantes: Diego Henríquez Omar Pichún Victoria Bravo Nicol Torres Leonardo González Carolina Meriño Estefanía Contreras Profesor: Guillermo Badillo Muñoz Fecha de Entrega: 16 de mayo de 2013

INDICE

INTRODUCCION ............................................................................................................... 3

MARCO TEÓRICO ............................................................................................................ 5

OBJETIVOS ...................................................................................................................... 7

General: ...................................................................................................................... 7

Específicos: ................................................................................................................. 7

MATERIALES Y EQUIPO .................................................................................................. 8

METODOLOGÍA ................................................................................................................ 9

METODOLOGÍA .............................................................................................................. 10

RESULTADOS Y DISCUSIÓN ........................................................................................ 11

Resultados para la salsa de tomate Pomarola:.......................................................... 11

Grafico 1: Viscosidad aparente (N s/m^2) en función rpm para las distintas concentraciones ........................................................................................................ 12

Grafico 2: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 15º Brix. ..................... 12

Grafico 3: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 10º Brix. ..................... 12

Grafico 4: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 5º Brix. ....................... 13

Resultados para la salsa de tomate San Remo: ........................................................ 13

Grafico 5: Viscosidad aparente (Ns/m2) en función rpm para las distintas concentraciones. ....................................................................................................... 14

Grafico 6: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 12º. ............................ 14



Gráfico 9: Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s Concentración (°Brix) para salsa Pomarola. .................................................................................................................. 17

Gráfico 10: Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s Concentración (°Brix) para salsa San Remo. ....................................................................................................................... 18

CONCLUSIONES ............................................................................................................ 18

BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................ 19

ANEXO ............................................................................................................................ 20

INTRODUCCION

Los productos alimenticios, cualquiera sea el estado en que se encuentren,

están formados por una serie de componentes ordenados en una determinada

estructura y presentan, además un conjunto de propiedades y características

físicas y químicas que los identifican y diferencian entre si. Varios de estos

alimentos se comportan como fluidos, por ende es de relevancia estudiar el

comportamiento reológico que presenten.

La reología es una rama de la física que estudia la deformación y el flujo de

la materia, un fluido es capaz de fluir debido a las fuerzas de cohesión en sus

moléculas y suele deformarse continuamente cuando se somete a una fuerza

cortante. La viscosidad corresponde a la resistencia que ofrecen los fluidos a ser

deformados cuando son sometidos a un esfuerzo.

El conocimiento adecuado de las propiedades reológicas de los alimentos

es muy importante por numerosas razones, entre las que destacan las

aplicaciones que se detallan a continuación (J. Ramírez, 2006):

Diseño de procesos y equipos en ingeniería.

- La viscosidad se utiliza para la estimación y cálculo de los fenómenos de

transporte de cantidad de movimiento, calor y energía.

- Los datos reológicos pueden ser muy interesantes para modificar el proceso de

elaboración o la formulación de un producto final de forma que los parámetros de

textura del alimento se encuentren dentro del rango considerado deseable por

los consumidores.

- Los estudios reológicos pueden aportarnos información que facilite una mejor

comprensión de la estructura o de la distribución de los componentes

moleculares de los alimentos, especialmente de los componentes

macromoleculares, así como para predecir los cambios estructurales durante los

procesos de acondicionamiento y elaboración a los que son sometidos.

- Las medidas de la viscosidad en continuo son cada vez más importantes en

muchas industrias alimentarias con objeto de controlar el buen funcionamiento

del proceso productivo, así como la calidad de las materias primas, productos

intermedios y acabados.

Dada las diferentes características reologícas de un fluido estos pueden

clasificarse, mediante la utilización de un viscosímetro, en: fluidos newtonianos y

fluidos no-newtonianos.

La salsa de tomate, material de investigación del presente informe,

corresponde a un Fluido No-Newtoniano. Estos tipos de fluidos no presentan una

viscosidad constante ya que esta dependerá de la fuerza de corte que se le aplica.

Existen tres tipos de viscosidad; dinámica, aparente y cinemática. Para el

estudio de la viscosidad de la salsa de tomate es necesario comprender el término

de viscosidad aparente que se define como cociente entre el esfuerzo cortante y la

velocidad de deformación. Se habla de viscosidad aparente cuando se trabaja con

fluidos no-newtonianos como en el caso de la salsa de tomate

MARCO TEÓRICO

La reología se define como la disciplina científica que se dedica al estudio

de la deformación y flujo de la materia (Bird, R., 1997) referidas a la respuesta

que manifiesta el alimento ante la acción de una fuerza o sistema de fuerzas de

cizalla (Benzi, A., Jiménez, G. 1984).

Una de estas características reológicas es la viscosidad, siendo la

propiedad del flujo que determina la relación entre el esfuerzo y la deformación de

un fluido. Se debe principalmente a las interacciones entre las moléculas del

fluido. Una condición que influye en la viscosidad es la concentración del fluido

pues a mayor concentración mayor será la viscosidad. Mientras que la

temperatura, al aumentar produce un descenso de la resistencia a fluir, es decir,

disminuye su viscosidad.

Existen alimentos en los que su comportamiento depende del tiempo de

actuación del esfuerzo realizado sobre ellos y otro grupo de alimentos que se

comportan como fluidos viscosos y sólidos elásticos a la vez, son los fluidos

viscoelásticos.

Así, la clasificación de los fluidos alimentarios según su comportamiento

reológico puede establecerse de la siguiente forma (Bird, R., 1997):

1. Fluidos newtonianos: Son aquellos que se rigen por la Ley de Newton,

teniendo una relación lineal entre la tensión de cizalla y gradiente de deformación.

2. Fluidos no newtonianos: No poseen una viscosidad constante, pues esta

depende de la velocidad de corte que se le aplique.

2.1 Independientes del tiempo:

- Plásticos de Bingham: Necesitan una fuerza mínima (umbral) para

su deformación.

- Pseudoplástico: Su viscosidad dismuye a la vez que se aumenta la

velocidad de giro.

- Dilatantes: Su viscosidad aumenta al aumentar la velocidad de giro.

2.2 Dependientes del tiempo

- Fluidos Tixotrópicos: Su viscosidad dismuye al aumentar el tiempo

de aplicación de fuerza cortante. Su condición es reversible al dejar el fluido

en reposo.

- Fluidos Reopécticos: Su viscosidad aumenta a medida que

aumenta el tiempo de aplicación de fuerza de corte.

2.3 Fluidos viscoelásticos.

OBJETIVOS

General:

- Analizar las características reológicas de salsa de tomate a diferentes

concentraciones.

Específicos:

- Determinar experimentalmente el modelo de comportamiento reológico que

mejor representa a la salsa de tomate (tipo de modelo y constantes

involucradas).

- Aprender a utilizar correctamente las herramientas experimentales

destinadas a la determinación de las características reológicas de algunos

productos alimenticios.

MATERIALES Y EQUIPO

- Viscosímetro Rotacional Brookfield RVDV-II - Refractómetro

- Agua destilada

- Vasos precipitados

- Vagueta

- Concentrado de tomate: Salsa de tomate “Pomarola”

Salsa de tomate “San Remo”

METODOLOGÍA

Corroborar correcta calibración del equipo.

Medir con pie de metro el diámetro y altura de spindle y diámetro interno de

camisa.

Montaje del equipo.

Determinar con refractómetro concentración inicial de cada muestra y

dilución de cada una para llevarlas a distintas concentraciones.

Depositar cantidad adecuada de muestra en camisa.

Introducir el spindle de modo que quede en el centro de la camisa nivelado

adecuadamente.

Registrar el porcentaje de torque a distintos valores de rpm.

Repetir procedimiento para las distintas muestras y sus respectivas

concentraciones.

De acuerdo a las fórmulas del diagrama de flujo antes visto calcular torque

corregido, fuerza aplicada (tensión de cizalla) y el gradiente de

deformación.

Graficar fuerza aplicada vs deformación del fluido.

METODOLOGÍA Salsa de tomate: N = rpm L = lectura Rcu = radio spindle Rce = radio camisa H = altura efectiva

Velocidad angular

ω = 60

**2 N

Torque corregido (M) L = torque medido

M = 6.5*10-7 * L + 4.532*10-8

Tensión de cizalla

ȶ

[]

Gradiente de deformación Método de Krieger

Grafico ȶ v/s Donde n = pendiente Fig 1.

S = 1/n

ω/s

Grafico ȶ v/s

Determinación de los modelos

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Resultados para la salsa de tomate Pomarola:

Tabla 1: Muestra la viscosidad aparente de la salsa de tomate a diferentes

velocidades de giro y a distintas concentraciones.

rpm

Viscosidad aparente (Ns/m2) a 16ºC

Salsa de tomate Pomarola

Concentración º Brix

15º 10º 5º

0,5 59,5050 19,5142 2,3873

2,5 17,5955 6,9607 0,6545

5 10,4112 4,4697 0,4157

10 6,0598 2,8644 0,2521

15 4,4828 2,1494 0,1976

20 3,6231 1,7695 0,1703

25 3,0693 1,4336 0,1363

30 2,6368 1,2246 0,1135

40 2,1081 0,9859 0,0962

50 1,7340 0,8067 0,0858

60 1,4687 0,7022 0,0715

70 1,3267 0,6212 0,0676

80 1,2024 0,5379 0,0647

90 1,1373 0,4981 0,0575

100 1,0188 0,4618 0,0562

Grafico 1: Viscosidad aparente (N s/m^2) en función rpm para las distintas concentraciones

Grafico 2: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 15º Brix.


0123456789

10111213

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Ten

sio

n d

e c

iza

lla (

Ns/

m^2

)

Gradiente de deformación (1/s)

Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación


Resultados para la salsa de tomate San Remo: Tabla 2: Muestra la viscosidad aparente de la salsa de tomate a diferentes

velocidades de giro y a distintas concentraciones.

rpm

Viscosidad aparente (Ns/m^2) a 16ºC

Salsa de tomate San Remo

0

1

2

3

4

5

6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Ten

sió

n d

e ci

zalla

(N

s/m

^2)

Gradinte de deformación (1/s)


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 2 4 6 8 10 12 14

Ten

sió

n d

e ci

zalla

(N

s/m

^2)

Gradiente de deformación (1/s)


Concentración º Brix

12º Brix 8º Brix 2º Brix

0,5 63,9384 19,2341 1,4445

2,5 23,3980 6,7280 0,4591

5 14,5842 4,2962 0,2296

10 8,3159 2,7837 0,1573

15 5,8232 2,1100 0,1333

20 4,6466 1,7096 0,0999

25 3,8662 1,4524 0,0970

30 3,3769 1,3092 0,0808

40 2,7072 1,0667 0,0713

50 2,3147 0,9296 0,0570

60 2,0142 0,8382 0,0546

70 1,8063 0,7366 0,0468

80 1,6154 0,6922 0,0463

90 1,3894 0,6294 0,0411

100 1,3202 0,5834 0,0413

Grafico 5: Viscosidad aparente (Ns/m2) en función rpm para las distintas concentraciones.

Grafico 6: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 12º.

05

10152025303540455055606570

0 20 40 60 80 100 120

vis

cosid

ad a

pare

nte

(N

s/m

^2)

Velocidad de giro (rpm)

Viscosidad aparente (Ns/m^2) v/s velocidad de giro (rpm)

12º Brix

8º Brix

4º Brix

En los gráficos 1 y 5 se observa que la viscosidad aparente disminuye a medida

que se aumentó la velocidad de giro, esto ocurrió de igual modo en las tres

distintas concentraciones. Con esto se confirma que la salsa de tomate

corresponde a un fluido no-newtoniano de tipo Pseudoplástico, tal como lo

realizado por Benzi y Jiménez en el jugo de tomate chileno.

Tabla 3: Ecuaciones obtenidas de los gráficos 2, 3, 4, 6, 7 y 8 con su respectivo r²

al ajustar la curva a una línea de tendencia potencial.

Salsa Pomarola

15º Brix 2301,07988,6 xy 9972,02 R

10º Brix 2314,0019,3 xy 9695,02 R

5º Brix 2969308,0 xy 9869,02 R

Salsa San Remo

12º Brix 2486,08089,8 xy 9759,02 R

8º Brix 3395,02162,3 xy 9992,02 R

4º Brix 3352,02061,0 xy 9755,02 R

Al observar las ecuaciones de los gráficos tensión de cizalla v/s Gradiente de

deformación de las dos salsas de tomates a las distintas concentraciones, en

donde se ajustó la curva a una línea de tendencia más confiable, que en este caso

fue la potencial, ya que presenta los R2 más cercamos a 1.

Al comparar las ecuaciones con (que corresponde a la

ecuación del modelo de la potencia) en todo los casos se cumple que ,

y , las cuales son las condiciones para que un fluido se comporte como

no-newtoniano Pseudoplástico (Bird, R., 1997).

El valor que acompaña a las x corresponde a las viscosidad aparente y la potencia

de la x corresponde al índice de comportamiento del fluido.

Gráfico 9: Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s Concentración (°Brix) para salsa Pomarola.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 2 4 6 8 10 12 14 16Vis

cosi

dad

ap

are

nte

(N

s/m

²)

Concentración (°Brix)

Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s


n

dy

dvb

0

00 0b

01 n

Gráfico 10: Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s Concentración (°Brix) para salsa San Remo.

Con los gráficos 9 y 10 podemos observar que la viscosidad aparente en relación

a la concentración se comporta como una función de tipo exponencial, es decir, a

medida que aumenta la concentración aumenta la viscosidad aparente, y al

disminuir la concentración, la viscosidad aparente tiende a acercarse al cero.

CONCLUSIONES

Con los datos obtenidos podemos concluir que la salsa de tomate Pomarola

y San Remo se comportan como fluidos no-newtonianos, de tipo

Pseudoplástico, ya que al aumentar la velocidad de giro se produce una

disminución en la viscosidad aparente.

El modelo que mejor se ajusta a este comportamiento corresponde al

Modelo de Ostwald-de Waele también conocido como “Ley de la Potencia”.

En ambas salsas de tomate se apreció una relación potencial entre la

concentración y la viscosidad aparente, por lo tanto, a mayor concentración

mayor viscosidad.

0

2

4

6

8

10

0 2 4 6 8 10 12 14Vis

cosi

dad

ap

are

nte

(N

s/m

²)


Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s


Debido a que las concentraciones iniciales de ambas salsas no fueron las

mismas, (siendo la Pomarola la más concentrada que la San Remo) no se

puede establecer cual es más viscosa.

Finalmente, podemos decir, que todo dato obtenido fue gracias al correcto

aprendizaje de la utilización de algunas herramientas experimentales como

son el refractómetro y el viscosímetro.

BIBLIOGRAFÍA

Bird, R., (1997), “Fenómenos de transporte”, 4nd Edition, Editorial Reverté,

S.A., de C.V. México, D.F., México, Págs. 1-10, 1-11, 1-12.

“Comportamiento Reológico del jugo de tomate chileno”, Angélica Benzi &

Gabriel Jiménez.

J, Ramírez, (2006), “Introducción a la Reología en Alimentos”, Vol. 6,

Editorial ReCiTelA, Universidad del Valle Cali-Colombia, Pág. 6.

ANEXO A modo de ejemplo cálculos realizados para salsa de tomate Pomarola

% torque para distintas velocidades de giro 15º BRIX 10º BRIX 5º BRIX

RPM (N) %

TORQUE(L) % TORQUE(L) %

TORQUE(L)

0,5 6,2 2,1 0,2

2,5 9,2 3,8 0,3

5 10,9 4,9 0,4

10 12,7 6,3 0,5

15 14,1 7,1 0,6

20 15,2 7,8 0,7

25 16,1 7,9 0,7

30 16,6 8,1 0,7

40 17,7 8,7 0,8

50 18,2 8,9 0,9

60 18,5 9,3 0,9

70 19,5 9,6 1

80 20,2 9,5 1,1

90 21,5 9,9 1,1

100 21,4 10,2 1,2

Radio spindle (Rcu) 0.0025 metros

Radio camisa (Rce) 0.008 metros

Altura efectiva (H) 0.03 metros

Calculo velocidad angular

60

**2 N

60

5.0**2 05236.0 Se realiza lo mismo para los demás N

N ω

0,5 0,0524

2,5 0,2618

5 0,5236

10 1,0472

15 1,5708

20 2,0944

25 2,6180

30 3,1416

40 4,1888

50 5,2360

60 6,2832

70 7,3304

80 8,3776

90 9,4248

100 10,4720

Calculo del torque corregido (M)

87 10*532.4*10*5.6 LM 87 10*532.42.6*10*5.6 M 610*075.4 M Se realiza los mismo para lo demás %torque M (15ºBrix) M(10ºBrix) M(5ºBrix)

4,07532E-06 1,41032E-06 1,7532E-07

6,02532E-06 2,51532E-06 2,4032E-07

7,13032E-06 3,23032E-06 3,0532E-07

8,30032E-06 4,14032E-06 3,7032E-07

9,21032E-06 4,66032E-06 4,3532E-07

9,92532E-06 5,11532E-06 5,0032E-07

1,05103E-05 5,18032E-06 5,0032E-07

1,08353E-05 5,31032E-06 5,0032E-07

1,15503E-05 5,70032E-06 5,6532E-07

1,18753E-05 5,83032E-06 6,3032E-07

1,20703E-05 6,09032E-06 6,3032E-07

1,27203E-05 6,28532E-06 6,9532E-07

1,31753E-05 6,22032E-06 7,6032E-07

1,40203E-05 6,48032E-06 7,6032E-07

1,39553E-05 6,67532E-06 8,2532E-07

Calculo de tensión de cizalla

2***2 cuRh

M

2

6

0025.0***2

10*07532.4

cuh

2

459321.3m

Ns Se realiza lo mismo para los

demás M t t t

3,4592 1,1971 0,1488

5,1144 2,1351 0,2040

6,0524 2,7420 0,2592

7,0455 3,5144 0,3143

7,8179 3,9558 0,3695

8,4249 4,3420 0,4247

8,9214 4,3972 0,4247

9,1973 4,5075 0,4247

9,8042 4,8386 0,4799

10,0801 4,9489 0,5350

10,2456 5,1696 0,5350

10,7973 5,3351 0,5902

11,1835 5,2800 0,6454

11,9008 5,5007 0,6454

11,8456 5,6662 0,7006

ln(w) ln(t)

-2,949612338 1,2410463

-1,340174426 1,63206762

-0,647027245 1,80045314

0,046119936 1,9523911

0,451585044 2,05642162

0,739267116 2,1311861

0,962410667 2,18845466

1,144732224 2,2189082

1,432414297 2,28281017

1,655557848 2,31055933

1,837879405 2,32684658

1,992030085 2,37929774

2,125561477 2,41444241

Calculo de n ln(t) v/s ln(w)

N(15ºBrix) 0.2301

N(10ºBrix) 0.2814

N(5ºBrix) 0.2969

Cálculo de Gradiente de deformación: Método de Krieger

Grafico ȶ v/s

Donde n = pendiente Fig 1. S = 1/n

ω/s

Se realizan todos los cálculos para cada muestra y para cada una de las distintas concentraciones.

y = 0,2301x + 1,9408R² = 0,9972

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3

ln(t

)ln(w)

2,243344513 2,47660473

2,348705029 2,47195783

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