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• Favio Espinoza Portocarrero

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INFORME LABORATORIO N°1

“CARACTERISTICAS REOLOGICAS DE LA SALSA DE TOMATES” 



 

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 Grafico 7: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 8º Brix. .......................15 Grafico 8: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 4º Brix. .......................15 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” de tomate “San R emo”

Sals a



   

  

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  

Determinación de los modelos Velocidad angular

2 * * N

ω=

60

     

Grafico ȶv/s  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   











   

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 0,5 2,5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100

Viscosidad aparente (Ns/m 2) a 16ºC Salsa de tomate Pomarola Concentración º Brix 15º 10º 5º 59,5050 19,5142 2,3873 17,5955 6,9607 0,6545 10,4112 4,4697 0,4157 6,0598 2,8644 0,2521 4,4828 2,1494 0,1976 3,6231 1,7695 0,1703 3,0693 1,4336 0,1363 2,6368 1,2246 0,1135 2,1081 0,9859 0,0962 1,7340 0,8067 0,0858 1,4687 0,7022 0,0715 1,3267 0,6212 0,0676 1,2024 0,5379 0,0647 1,1373 0,4981 0,0575 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.

Tension de cizalla (Ns/m^2)

Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación 13 12 11 10 9 8 7 6 5

4

3

2 1

0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 13

Gradiente de deformación (1/s)

    

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

 

Tensión de cizalla (Ns/m^2)

Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación 6 5 4 3 2 1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12 13

Gradinte de deformación (1/s)

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

Tensión de cizalla (Ns/m^2)

Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Gradiente de deformación (1/s) 

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 



Concentración º Brix 12º Brix 8º Brix 63,9384 19,2341 23,3980 6,7280 14,5842 4,2962 8,3159 2,7837 5,8232 2,1100 4,6466 1,7096 3,8662 1,4524 3,3769 1,3092 2,7072 1,0667 2,3147 0,9296 2,0142 0,8382 1,8063 0,7366 1,6154 0,6922 1,3894 0,6294 1,3202 0,5834

0,5 2,5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100

2º Brix 1,4445 0,4591 0,2296 0,1573 0,1333 0,0999 0,0970 0,0808 0,0713 0,0570 0,0546 0,0468 0,0463 0,0411 0,0413

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

viscosidad aparente (Ns/m^2)

Viscosidad aparente (Ns/m^2) v/s velocidad de giro (rpm) 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

12º Brix 8º Brix 4º Brix

0

20

40

60 80 Velocidad de giro (rpm)

100

120

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





Grafico 7: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 8º Brix.

Grafico 8: Tensión de cizalla v/s Gradiente de deformación a 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.

15º Brix 10º Brix 5º Brix 12º Brix 8º Brix 4º Brix

Salsa Pomarola y 6,7988x0,2301

y 3,019x0,2314 y 0,308x2969 Salsa San Remo y 8,8089x0,2486 y 3,2162x0,3395 y 0,2061x0,3352

R2 0,9972 R2 0,9695 R2 0,9869 R2 0,9759 R2 0,9992 R2 0,9755

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. n

 dv 

Al comparar las ecuaciones con b

0





(quecorresponde



 dy 

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

 0 0

a

,

la

b 0

y 1 n 0 , las cuales son las condiciones para que un fluido se comporte como nonewtoniano 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.

Viscosidad aparente (Ns/m ²)

Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s Concentración (°Brix) 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

2

4

6

8

10

12

14

16

Concentración (°Brix)

 

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

Viscosidad aparente (Ns/m ²)

Viscosidad aparente (Ns/m²) v/s Concentración (°Brix) 10 8 6 4 2 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Concentración (°Brix)

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 tambiénLeyconocidodelaPotencia”. como “



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. 

 



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), “FenómenosndEdition,EditorialdeReverté,transpor  S.A., de C.V. México, D.F., México, Págs. 1-10, 1-11, 1-12. 



“Comportamiento Reológico del jugo de to 

  

Gabriel Jiménez. 

  



J, Ramírez, (2006), “Introducción a la Reologí  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 RPM (N) 0,5 2,5 5 10 15 20 25 30 40

15º BRIX 10º BRIX % TORQUE(L) % TORQUE(L) 6,2 2,1 9,2 3,8 10,9 4,9 12,7 6,3 14,1 7,1 15,2 7,8 16,1 7,9 16,6 8,1 17,7 8,7

5º BRIX % TORQUE(L) 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,7 0,7 0,8 



50 60 70 80 90 100

18,2 18,5 19,5 20,2 21,5 21,4

8,9 9,3 9,6 9,5 9,9 10,2

0,9 0,9 1 1,1 1,1 1,2

Radio spindle (Rcu) Radio camisa (Rce) Altura efectiva (H)

0.0025 metros 0.008 metros 0.03 metros

Calculo velocidad angular



2 ** N 60

N 0,5 2,5 5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 100



2 ** 0.5 60

0.05236 Se realiza lo mismo para los demás N

ω 0,0524 0,2618 0,5236 1,0472 1,5708 2,0944 2,6180 3,1416 4,1888 5,2360 6,2832 7,3304 8,3776 9,4248 10,4720

Calculo del torque corregido (M)

M 6.5 *10

7

* L 4.532 *108 M 6.5 *107 * 6.2 4.532 *10 8 M 4.075 *10 6

Se realiza los mismo para lo demás %torque M (15ºBrix) 4,07532E-06 6,02532E-06 7,13032E-06 8,30032E-06 9,21032E-06 9,92532E-06 1,05103E-05 1,08353E-05 1,15503E-05

M(10ºBrix) 1,41032E-06 2,51532E-06 3,23032E-06 4,14032E-06 4,66032E-06 5,11532E-06 5,18032E-06 5,31032E-06 5,70032E-06

M(5ºBrix) 1,7532E-07 2,4032E-07 3,0532E-07 3,7032E-07 4,3532E-07 5,0032E-07 5,0032E-07 5,0032E-07 5,6532E-07 



1,18753E-05 1,20703E-05 1,27203E-05 1,31753E-05 1,40203E-05 1,39553E-05

5,83032E-06 6,09032E-06 6,28532E-06 6,22032E-06 6,48032E-06 6,67532E-06

6,3032E-07 6,3032E-07 6,9532E-07 7,6032E-07 7,6032E-07 8,2532E-07

Calculo de tensión de cizalla



M

2 ** h * R

2



4.07532 *106 3.459321 Ns Se realiza lo mismo para los 2 ** h * 0.0025 2 m2 cu

cu

demás M t 3,4592 5,1144 6,0524 7,0455 7,8179 8,4249 8,9214 9,1973 9,8042 10,0801 10,2456 10,7973 11,1835 11,9008 11,8456

ln(w) -2,949612338 -1,340174426 -0,647027245 0,046119936 0,451585044 0,739267116 0,962410667 1,144732224 1,432414297 1,655557848 1,837879405 1,992030085 2,125561477

t 1,1971 2,1351 2,7420 3,5144 3,9558 4,3420 4,3972 4,5075 4,8386 4,9489 5,1696 5,3351 5,2800 5,5007 5,6662

t 0,1488 0,2040 0,2592 0,3143 0,3695 0,4247 0,4247 0,4247 0,4799 0,5350 0,5350 0,5902 0,6454 0,6454 0,7006

ln(t) 1,2410463 1,63206762 1,80045314 1,9523911 2,05642162 2,1311861 2,18845466 2,2189082 2,28281017 2,31055933 2,32684658 2,37929774 2,41444241 



2,243344513 2,348705029

2,47660473 2,47195783

Calculo de n ln(t) v/s ln(w) 3 2,5

y = 0,2301x + 1,9408 R² = 0,9972

ln(t )

2 1,5 1 0,5 0

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

ln(w)

N(15ºBrix) N(10ºBrix) N(5ºBrix)

0.2301 0.2814 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.



