Grasas y Aceites Vol. 50. Fase. 5 (1999), 359-368

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Estudio de la densidad y de la viscosidad de algunos cidos grasos purosPor Fidel Osear Cedeo Gonzlez * \ M.^ Manuela Prieto Gonzlez ^, Juan Carlos Bada Gancedo y Rafael Alonso Surez ^ Departamento de Explotacin Industrial, Facultad de Mecnica. Universidad de Cienfuegos. Ctra. 4 Caminos, s/n. Cienfuegos, Cuba. ^ Departamento de Energa, E.T.S. de Ingenieros Industriales de Gijn. Universidad de Oviedo. Edificio de Energa. Campus de Viesques. Ctra. Villaviciosa, s/n. 33204 Gijn. Asturias, Espaa. ^ Instituto de Productos Lcteos de Asturias. C.S.I.C. Carretera de Infiesto, s/n. 33300 Villaviciosa, Asturias, Espaa. ^ Departamento de Energa, E.T.S.I.M.O. Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Minas de Oviedo. Universidad de Oviedo. C/. Independencia, 13. 33004 Oviedo, Asturias, Espaa. ^

RESUMEN Estudio de la densidad y de la viscosidad de algunos cidos grasos puros. En este trabajo se realiza un estudio experimental de acuerdo con los mtodos de anlisis de la ASTM de las propiedades fsicas, densidad y viscosidad en los cidos grasos palmtico, esterico y oleico; compuestos que estn presentes en los efluentes de la desodorizacin de aceites comestibles, con vistas a la caracterizacin fsico qumica necesaria en el diseo de condensadores y congeladores de superficie que pueden aplicarse a la recuperacin de estos efluentes. Las medidas se realizan de 5 en 5 C entre temperaturas muy prximas a las de solidificacin en cada compuesto, de gran inters en nuestro estudio, y los 100 C. Se contrastan los valores de estas propiedades, con los que aparecen en la literatura y se correlacionan las medidas experimentales. Tambin se obtienen valores de la densidad aplicando la ecuacin de Rackett y de la viscosidad dinmica utilizando la ecuacin de Andrade, que se comparan con medidas experimentales. Se presentan, adems, datos experimentales de la viscosidad dinmica del cido oleico a baja temperatura (entre O y 24 C), por ser de inters para el diseo de los equipos anteriormente mencionados. PALABRAS-CLAVE: Acido esterico - Acido oleico - Acido palmtico - Densidad - Viscosidad.

of dynamic viscosity using Andrade's equation, and then compared with experimental measures. Experimental data of the dynamic viscosity for oleic acid at low temperatures (between 0 and 24 C) are also presented, because of their interest in the design of the previously mentioned equipment. KEY-WORDS: Density - Oleic acid - Palmitic acid - Stearic acid - Viscosity.

1. INTRODUCCIN En el proceso de desodorizacin de aceites comestibles se obtiene un gas formado esencialmente por una mezcla de diversos cidos grasos y un gas que puede ser vapor de agua o nitrgeno, utilizado para el arrastre de los destilados. Para la industria, es interesante recuperar los cidos grasos y otros subproductos de la destilacin con la mayor pureza y la menor degradacin posibles. Un procedimiento para la recuperacin, consiste en condensar los cidos grasos en cambiadores de superficie de carcasa y tubos. Para disear estos equipos, es necesario conocer las propiedades fsicas densidad y viscosidad en los cidos grasos mayoritarios en los destilados. Los cidos grasos mayoritarios para los aceites y los destilados de aceites de oliva, girasol y soja son: palmtico, esterico, oleico, y linolico. (Ghosh et al., 1996) y (Ruiz, 1993). En el presente trabajo se realiza un estudio experimental de acuerdo con los mtodos de anlisis de la ASTM de las propiedades fsicas, densidad y viscosidad en los cidos grasos palmtico, esterico y oleico; estos compuestos estn presentes en los efluentes de la desodorizacin de aceites comestibles, con vistas a la caracterizacin fsico qumica necesaria en el diseo de condensadores y congeladores de superficie que se convierten en los recuperadores de estos efluentes. Las medidas se realizan de 5 en 5 C entre temperaturas muy prximas a las de solidifica-

SUMMARY Study of the density and viscosity of some pure fatty acids. An experimental study is carried out according to ASTM analysis methods of two physical properties, density and viscosity, of palmitic, stearic and oleic fatty acids; compounds which are present in the deodorization effluents of edible oils, with a view to their physics chemical characterisation needed for the design of surface condensers and freezers that could be employed in the recovery of these effluents. The measures are carried out every 5 C, from temperatures close to those of solidification in each compound, of great interest in our study, to 100 C. The values of these properties are contrasted with those that appear in the literature, and the experimental measures are correlated. Values of the density are also obtained applying Rackett's equation and those

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cin de cada compuesto, de muy interesante en nuestro estudio, y los 100 C. Se contrastan los valores de estas propiedades, con los que ap'arecen en la literatura y se correlacionan las medidas experimentales. Tambin se obtienen valores de la densidad aplicando la ecuacin de Rackett y de la viscosidad dinmica utilizando la ecuacin de Andrade, que se comparan con medidas experimentales. Se presentan, adems, datos experimentales de la viscosidad dinmica del cido oleico a baja temperatura (entre O y 24 C), por ser de inters para el diseo de los equipos anteriormente mencionados.

Tabla I Tabla resumen de los parmetros caractersticos de los cidos grasos, segn (Halvorsen et al., 1993)Parmetro Palmtico 526,74 14,08 0,2267 Esterico 545,85 12,25 0,2205 Oleico 546,26 12,76 0,2230

Te, COPc, (bar)

Zra

Estimacin de Viscosidades de Lquidos Estimacin de Densidades de Lquidos. Para estimar las densidades de cidos grasos puede aplicarse la ecuacin modificada de Rackett citada en (Reid et al., 1987) y en (Perry et al., 1992). Esta ecuacin fue desarrollada para evaluar volmenes molares de li'quidos saturados por Rackett, y ms tarde fue modificada por Spencer y Danner. La ecuacin tiene la forma siguiente: RTcVs[1+(1-T,)7]

Casi siempre se asume con una buena aproximacin, un comportamiento lineal del logaritmo neperiano de la viscosidad con el inverso de la temperatura absoluta. Una ecuacin que refleja este comportamiento, es la llamada ecuacin de Vogel, la cual ofrece buenos resultados para lquidos orgnicos. Esta ecuacin tiene la siguiente forma: BIn ^L = y4 +

(2) T+C

(1)

donde:A, B, y C T parmetros obtenidos segn el tipo de sustancia. temperatura, (K).

donde:Vs Zra Te Pe R Tr es el volumen molar; (cm^/mol). es una constante de cada componente, (adimensional). es la temperatura crtica, (K). es la presin crtica, (bar). es la constante universal de los gases, (bar.cm'^/mol.K). es la temperatura reducida, (T/Tc).

La ecuacin (1) ha sido empleada en (Noureddini et al., 1992, a), para estimar la densidad de aceites vegetales y de cidos grasos en funcin de la temperatura. En el mencionado trabajo se ofrecen adems, datos correspondientes a medidas de densidades de cidos grasos, realizadas cada 11,1 C y en algn caso cada 16,7 C, en los intervalos de temperatura siguientes: para el cido palmtico de 71,1 a 110 C, para el cido esterico de 82,2 a 121,1 C y para el cido oleico de 23,9 a 110 C. Estos valores, unidos a los valores de densidad que se publican en (Markley, 1947), (Pryde, 1979), (Weast, 1988), (Riddick et al., 1986) y (Eckey, 1954), se toman como base de comparacin en el presente trabajo, para analizar los resultados experimentales que se obtendrn para cada cido graso, en diferentes intervalos de temperatura. Para la aplicacin de la ecuacin de Rackett se han utilizado los parmetros crticos que se citan en (Halvorsen et al., 1993), y se resumen en la Tabla I.

En (Reid et al., 1987), (Riddick et al., 1986) y (Weast, 1988), se han publicado valores de los parmetros A, B y C, aunque para la mayora de las sustancias, el valor de la constante C se desprecia, siendo entonces conocida como ecuacin de Andrade, ecuacin citada por (Reid et al., 1987) y (Perry et al., 1992). Dicha expresin tiene la forma: B \nii = A + (3)

Los parmetros A y B en el caso de los cidos grasos estudiados, se citan en (Reid et al., 1987), y se muestran en la Tabla II. Tabla II Parmetros de la ecuacin de Andrade para determinar la viscosidad de lquidosNombre B Rango ("0) Tl.(cP) (T^C)) 7.8(70) 7.7(80) 29.4(25)

Ac. Palmtico Ac. Esterico Ac.Oleico

-6.103 -7.415 -5.907

2.785e + 03 3.338e + 03 2.760e + 03

70 a 100 70 a 110 20 a 200

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Para valores de viscosidad a temperaturas que se encuentren fuera del rango que se da en la Tabla II, se utiliza la grfica de aproximacin de LewisSquires, citada en (Reid et al., 1987), la cual refleja el hecho emprico de que la viscosidad a una cierta temperatura, puede obtenerse tomando como referencia la viscosidad a la temperatura extremo del intervalo ms prxima. Esta grfica puede ser expresada, en forma de ecuacin como se muestra en (4):T-Toc

cesidad de adaptar el sistema de medida, mediante la utilizacin de ciertos accesorios que permitan que el capilar del picnmetro est completamente sumergido y no en contacto con el ambiente. Se evita as el enfriamiento del capilar y la solidificacin de la sustancia al estar en contacto con el aire. La solidificacin del cido graso en el capilar imposibilitara la expulsin del lquido, y como consecuencia se tendra un volumen incorrecto de sustancia en el picnmetro. La adaptacin del sistema de medida no es necesaria para el cido oleico, cuya temperatura de solidificacin se encuentra alrededor de los 15 C.

-0.261

-0.2661 conocida

(4) 233 Viscosidad Se trabaja con dos viscosmetros de tubo capilar Ostwaid y un viscosmetro rotatorio. Los viscosmetros capilares son del tipo CanonFenske para lquidos transparentes segn las normas ASTM D 445 y ASTM D 2515; uno de 75 y otro de 200, en funcin del tipo de cido graso y la gama de temperatura de trabajo, obtenindose como medida la viscosidad cinemtica, expresada en centistokes. En el procedimiento experimental, se realizan varias medidas del tiempo que tarda el lquido en pasar de una rama a otra del viscosmetro Ostwaid y se determina el valor promedio (T) de estos tiempos a las temperaturas previstas. Conocindose el valor de las constantes (c) de los dos viscosmetros Ostwaid utilizados, se puede determinar la viscosidad cinemtica (v), por la expresin siguiente:c. T

donde:T \i. temperatura, (K). ,^