LA TIXOTROPA: REOLOGA DEPENDIENTE DEL TIEMPO

LA TIXOTROPA: REOLOGA DEPENDIENTE DEL TIEMPOI. ETIMOLOGA Y DEFINICINLa reologa (del griego reos, fluir y logos, estudio) es la ciencia del flujo y la deformacin de la materia, describe la interrelacin entre fuerzas, deformaciones y tiempo. Esta ciencia es aplicable a todos los materiales, desde los gases hasta los slidos y su estudio es esencial en muchas industrias, incluyendo las de plsticos, pinturas, alimentacin, tintas de impresin, detergentes o aceites lubricantes, etc.

II. FLUIDOS NEWTONIANOS

III. FLUJO NO NEWTONIANO

Flujo Dependiente del Tiempo: Cuando algunos fluidos son sometidos a una velocidad de deformacin constante, se vuelven ms delgados (o ms espesos) con el tiempo.Los fluidos que exhiben un descenso del esfuerzo cortante y de la viscosidad aparente con respecto al tiempo a una velocidad de deformacin fijada se denominan fluidos tixotrpicos (adelgazamiento por cizalla en el tiempo). Este fenmeno probablemente es debido a la rotura de la estructura del material a medida que contina el cizallamiento.

LA TIXOTROPADEFINICIN:Los valores de viscosidad encontrados para unos determinados valores de velocidades de cizalla no se mantienen constantes conforme aumenta el tiempo de aplicacin de la deformacin; esto es producido por un cambio de sus estructura interna al aplicar un esfuerzo cortante (estado de cizallamiento). Si la tensin tangencial disminuye con el tiempo, es el caso de un fluido tixotrpicoB. EJEMPLOS

C. CARACTERSTICAS

Figura 01: Comportamiento de un fluido tixotrpico en el tiempo.

Figura 02: Histresis de un fluido pseudoplstico tixotrpico.D. CASO ESPECIAL

Figura 03: Plstico de Bingham tixotrpico verdaderoE. FLUIDOS COMO SISTEMAS DISPERSOS

Figura 04: Fase dispersa tipo Card House o Castillo de cartasFigura 05: Fase dispersa denominada de ArmaduraFigura 06: Fase dispersa denominada de ArmaduraF. Mtodos para determinar el efecto del tiempo en un fluido tixotrpico

Figura 09: Modelo idealizado de los sistemas dispersos floculados en reposo y al ser sometidos a cizallamiento.Figura 09: Ciclos de histresis por materiales tixotrpicos complejos.

Figura 09: Modelo idealizado de los sistemas dispersos floculados en reposo y al ser sometidos a cizallamiento.

Figura 10: Modelo idealizado de los sistemas dispersos floculados, donde se muestra la respuesta macroscpica.

Figura 11: Disminucin del esfuerzo de cizalla con la aplicacin continuada de sucesivas velocidades de cizalla.

Figura 09: Aplicacin de la ley de Casson para la determinacin de la tixotropaFluidos tixotrpicos y modelos matemticosSe han utilizado distintos modelos matemticos para cuantificar la dependencia del tiempo de los alimentos. A continuacin se describen los ms importantes.

La tixotropa como caracterstica reolgica de algunos productos se utiliza en muchos estudios, analizando su relacin y efecto con otros compuestosEsta relacin se aprecia en el trabajo que se presenta a continuacin.

REOLOGA DE LA MIEL26Influencia del tiempo sobre el comportamiento reolgicoSe analiz los mtodos y resultados de un experimento donde las mieles objeto de estudio se someten a un anlisis en relacin con la influencia del tiempo sobre el valor de la viscosidad con el fin de determinar si estas muestras adquieren un comportamiento dependiente o independiente del tiempo.

Para llevar a cabo este estudio se mide la viscosidad aparente de las muestras en el viscosmetro rotacional, de cilindros coaxiales, manteniendo una temperatura constante de a 25 C.

Figura. Viscosmetro rotacional empleado en el presente estudio.

El modo de operacin de este aparato consiste en aplicar un gradiente de velocidad a la muestra haciendo girar el cilindro interno (husillo). De esta manera la pantalla digital ofrece un valor de viscosidad aparente distinto para cada gradiente aplicado (en el caso de fluidos no newtonianos).

Figura . Husillos empleados correspondientes al viscosmetro rotacional.

El procedimiento experimental consiste en la determinacin del esfuerzo cortante y la viscosidad aparente a distintos valores de gradiente de velocidadFigura. Modo de operacinComportamiento correspondiente a las mieles analizadas

Figura 40. Efecto del gradiente de velocidad sobre el esfuerzo. Miel MA. T = 25C.Figura 41. Efecto del gradiente de velocidad sobre la viscosidad. Miel MA. T = 25C.

Se representan los dos caminos (de ascenso y descenso del gradiente de velocidad) realizados y a la vista de los datos experimentales no se puede concluir claramente que exista un comportamiento dependiente del tiempo ya que no se observa la formacin clara de un ciclo de histresis.

Efecto del salvado de trigo en el comportamiento reolgico del yogurt de la leche de bfalaLos Reogramas del yogurt de leche de bfala (Vase figura adjunta) a diferentes concentraciones de salvado de trigo y tiempo de almacenamiento, presentan un rea entre las curvas de ascenso y descenso (histresis), indicando que el yogurt elaborado a partir de leche de bfala presenta propiedades reolgicas dependiente del tiempo y se clasifica como un fluido tixotrpico, debido a que la viscosidad aparente disminuye con el tiempo de aplicacin, al mismo gradiente de deformacin

Reogramas del yogurt de leche de bfala con (a) 0 das; (b) 7 das; (c) 14 das; (d) 21 das de almacenamientoCARACTERIZACIN REOLGICA DE LA MAYONESA FORMULADA CON FIBRA DE TRIGO

Las condiciones de trabajo fueron las siguientes:Se const de un bao termorregulador para controlar las temperaturas de las muestras: 20C 0,1Para los anlisis reolgicos se utiliz un viscosmetro digital rotacional marca Brookfield, modelo LV-I+, equipado con 4 rotores, dos cilndricos y dos tipo disco; del cual solo se utiliz el rotor nmero 4 tipo cilndrico.Cada medicin se realiz para 130g de muestra, se insert el rotor en la muestra hasta la marca del eje de ste y se dej descansar por 10 minutos antes de comenzar con la medicin.Cada medicin se realiz por triplicado.

Rotor nmero 4 tipo cilndrico del viscosmetro digital.Formulacin de la mayonesa

La formulacin de las distintas muestras de mayonesa se realiz a partir de la frmula base (muestra 1)

ANLISIS REOLGICOEn la Figura 3 se muestra el esfuerzo de cizalla versus el tiempo de cizallamiento a velocidad de cizalla constante, ensayo que tom 450 s aproximadamente en llegar a la estabilidad.

Figura 3. Esfuerzo versus tiempo a velocidad de cizalla constante. (1) Frmula base (2) 2.3%FT (3) 3,3%FT (4) 4,4%FT (5) 2,3%FT; 0,02%GG (6) 3,3%FT; 0,03%GG (7) 4,4%FT; 0,04%GG.

En la siguiente tabla se muestran los valores umbral de fluencia promedio extrados de la curva de esfuerzo-tiempo de cizalla de las muestras de mayonesas analizadas a velocidad de cizalla constante.

Del grfico y la tabla se puede observar que las muestras 5 y 6 no presentan diferencias con la muestra 1. Luego la muestra 2 sin goma, pero con el contenido menor de fibra, no difiere significativamente con la muestra 6; las muestras 3, 4 y 7 las que presentan mayores diferencias con el resto de las muestras. Los valores ms altos de esfuerzo de cizalla pueden ser relacionados con el mayor contenido de aceite en la formulacin. Se observa tambin que cada muestra difiere de su anlogo con goma. Esto da un indicio que la goma influye significativamente en las propiedades reolgicas de la mayonesa.

En la figura 4 se muestra la curva de flujo, es decir el esfuerzo de cizalla versus la velocidad de cizalla.

Figura 4. Curva de flujo de cada una de las muestras. (1) Frmula base (2) 2,3%FT (3) 3,3%FT (4) 4,4%FT (5) 2,3%FT; 0,02%GG (6) 3,3%FT; 0,03%GG (7) 4,4%FT; 0,04%GG.

Todas las muestras de mayonesa exhibieron un comportamiento tixotrpico, dentro de todo el rango de velocidad de cizalla estudiado.La curva tixotrpica se obtuvo para cada muestra incrementando y sucesivamente disminuyendo la velocidad de cizalla. El rea entre la curva de flujo superior y la inferior es considerada como una medida de la tixotropa.A continuacin, en la Figura 5, se muestran los valores de tixotropa alcanzados por cada muestra.

Figura 5. Tixotropa (mPa/s) de las muestras de mayonesa. (1) Frmula base (2),3%FT (3) 3,3%FT (4) 4,4%FT (5) 2,3%FT; 0,02%GG (6) 3,3%FT; 0,03%GG (7) 4,4%FT; 0,04%GG.

De ambos ensayos reolgicos se extrae que a mayor contenido de fibra, y por lo tanto de agua, disminuye el esfuerzo de cizalla, tanto en la ausencia como en la presencia de goma.A continuacin, en la Figura 6, se muestran los valores de mdulo de almacenamiento para cada una de las muestras.

Figura 6. Histograma de mdulo de almacenamiento (G) y mdulo de prdida (G). (1) Frmula base (2) 2,3%FT (3) 3,3%FT (4) 4,4%FT (5) 2,3%FT; 0,02%GG (6) 3,3%FT; 0,03%GG (7) 4,4%FT; 0,04%GG. *Superndices distintos entre barras indican diferencias significativas (P0,05) por ANOVA Simple y Test de Tukey para un mismo parmetro.

Este grfico permite caracterizar las propiedades viscoelsticas de las muestras. Si G > G, el material exhibe un comportamiento similar a un slido, sin embargo, si G > G, el material se comporta como un lquido. La determinacin de los mdulos de almacenamiento (G) y de prdida (G) se realiza para caracterizar las propiedades viscoelsticas de la muestras de mayonesa que contienen diferentes concentraciones de fibra de trigo y goma guar. Si G > G, el material exhibe un comportamiento similar a un slido, sin embargo, si G > G, el material se comporta como un lquido. Con esto, se podra sugerir que las mayonesas son geles dbiles.La fibra de trigo acompaada de goma guar aumenta la viscosidad de la fase continua como consecuencia de la formacin de una red de gel que fortalece la estructura y la hace comportarse ms como un slido proveyendo una estructura viscoelstica.

CONCLUSIONESSe pudo observar que la utilizacin de fibra de trigo, en reemplazo de un porcentaje de aceite en la formulacin de muestras de mayonesa, afect las propiedades reolgicas, texturales, sensoriales, microestructurales y la estabilidad de las muestras.La tixotropa fue mayor en las mayonesas con mayor contenido de aceite comparada con las de menor contenido, Todas las muestras exhibieron un comportamiento viscoelstico con un G mayor que G, presentando un comportamiento de geles dbiles.Basado en los resultados anteriores, se propone que la fibra de trigo puede ser utilizada en mayonesas como un sustituto graso.