Reologia

Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIDefinicinCiencia del flujo que estudia la deformacin de un cuerpo sometido a esfuerzos externos . Su estudio es esencial en muchas industrias, incluyendo las de plsticos, pinturas, alimentacin, tintas de impresin, detergentes o aceites lubricantes, por ejemplo.ReologaSlidos: generalmente se estudia la deformacin elstica del material. Ej: elasticidad del queso Parmesano,Lquidos: interesa conocer los fenmenos fsicos asociados como el escurrimiento (deformain plstica) de los alimentos lquidos. Ej: jugo de fruta concentradoGases: en la industria de alimentos se usan Ar, CO2, CH4, N2, gases de refrigeracin.

Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos II

Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIConsidere: un elemento de volumen de un fluido, con la forma de un cubo y la respuesta del fluido a una fuerza externa aplicada. Existen dos tipos bsicos de tensiones que pueden ser ejercidas sobre cualquier material en ese volumen. Tensiones normales: actan perpendicularmente sobre una cara del cubo.Tensiones de cizallamiento: actan tangencialmente a la cara del cubo. Se desarrolla una fuerza interna, actando a partir de esa rea, que se denomina tensin (yx ). Conceptos fundamentalesTension normalTensin de cizallamientoLos conceptos de tensin de cizallamiento (fuerza aplicada) y tasa de deformacin (gradiente de velocidades) son usados para describir la deformacin o escurrimiento del fluido (flujo).


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIFuerza de cisallamiento v velocidad constante de la placa slida deslizante Flujo de tensin en el lquido ( yx ).rea de accin de la tensinLaminas de diferentes velocidades (Ux). yx = f (dUx /dy)Perfil inicial de velocidades en el lquido: v = 0Deformacin:el perfil de velocidades cambia hasta alcanzar un equlibrio.Placa slida mvilPlaca slida fija Fluido El gradiente de velocidades entre las capas laminares genera un flujo de fuerza mecnica (tensin de cisallamiento).



Conceptos de Reologa

Esfuerzo de cizalla Deformacin Fluido (frente a slido) Cizalla y gradiente de velocidad Velocidad de cizalla Viscosidad Tipos de fluidos

Esfuerzo de cizalla

Esfuerzo: fuerza/superficie(Pa) De cizalla(o cortante): tangente a la superficieEn ingls: shearstress


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIDeformacin

Deformacin: ngulo de cambio de la forma de un fluido o slidoEn ingls: strain

Fluido

Fluido: sustancia que no puede soportar un esfuerzo de cizalla sin deformarse continuamente


Fuerza de Cizalla

Cizalla: cuando existe variacin de la velocidad.Gradiente de velocidad: du/dyEn ingls:shear

Velocidad de cizalla

Velocidad de cizalla: velocidad de variacin de la deformacinTambin se llama velocidad de deformacin(shear rate, strain rate)


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIViscosidad

Propiedad de un fluido que mide su oposicin a fluir (con cizalla)

Ejemplo: la miel fluye peor que el agua Por tanto: la miel es ms viscosa que el agua


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IITipos de viscosidad

Absoluta o dinmica: Unidades: Pa s (cps)

Tipos de fluidos

Puramente viscosos Viscoelsticos

Tipos de fluidos viscosos

Viscosidad constante: newtonianos

Viscosidad variableIndependientes del tiempo Dependientes del tiempoPseudoplsticosDilatantesTixotrpicosReopxicos Cinemtica: Unidades: m2/s (cst)


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IITipos de fluidos viscosos


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIPseudoplsticos

Viscosidad disminuye al aumentar cizalla Otro nombre: fluidificantes En ingls: shear-thinning

Mayor caudalMayor fuerza apretando tuboMs rpido se extiendeMs enrgicamente se mezcla

Dilatantes

Viscosidad aumentaal aumentar cizallaOtro nombre: espesantesEn ingls: shear-thickening

Mayor caudalMayor fuerza apretando tuboMs rpido se extiendeMs enrgicamente se mezclaMENOS CUESTAMSCUESTAPoco frecuentes


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IITixotrpicos

Caracterstico de sustancias sol-gel Al someterlo a cizalla, se produce la transicin:de gel(alta viscosidad)a sol(menor viscosidad)


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIParmetros de la tixotropa

1)Tiempo de destruccin de la estructura2)Viscosidad final del sol 3)Tiempo de recuperacin (volver a gel)

Ejemplo: pintura para paredDestruccin rpida (fcil extensin)Viscosidad baja del sol (fcil extensin)Recuperacin rpida (evitar goteo)

Otro ejemplo: cosmticos, frmacos, pastas alimenticiasDestruccin rpida (fcil mezcla)Viscosidad baja del sol (fcil mezcla)Recuperacin rpida (evitar sedimentacin o segregacin)


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IITixotropa: destruccin estructura


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIReopexia o Anti-tixotropa


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIFuncionamiento de los remetros

Medidas absolutas/relativasAbsolutas:Condiciones del ensayo muy controladas: gradiente de velocidad, flujo laminar, etc.Se miden magnitudes fsicasObtienen viscosidad mediante frmula matemtica sin correlaciones /calibracionesPor tanto: son exactos

Relativas:Condiciones del ensayo no tan controladasSe miden magnitudes fsicasObtienen viscosidad mediante correlaciones/calibracionesLa velocidad de cizalla no es constante- Por tanto, no sirve para obtener curvas de flujo


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IITipos de remetros


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIRemetros rotacionales


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIModos CS y CR


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIEnsayos reolgicosMedir curva de flujo y curva de viscosidadAveriguar el tipo de fluido (pseudoplstico, tixotrpico, etc)Medir punto de flujoTixotrpicosTiempo de destruccinTiempo de recuperacin


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IICurva de flujoParmetros a medir Viscosidad aparente rea encerrada Ajustes con modelos


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIPunto de flujoDefinicin: es el esfuerzo que hay que aplicar para que la sustancia empiece a fluirEn ingls:yield stress(esfuerzo umbral)yield point(punto de flujo)Esperando mucho tiempo, todo fluye (ej. vidrio catedrales: ms fino por arriba)

Importancia del punto de flujoPasta de dientes: hay que apretar para que salgaKetchup: igual

Aumentamos esfuerzo hasta que el sensor empieza a rotarModo CS


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIOtro ensayo: deformacin vs esfuerzoModo CS


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIRotura/recuperacin


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIModelos matemticosPrimero: hacemos las medidasLuego: ajustamos las medidas a un modelo

Utilidad:En control de calidad:Caracterizamos la muestra con unos parmetros (mejor que con una curva)Rangos de validez: por ej.

Modelos ms comunes


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIFluidos viscoelsticosManifestacin de viscoelasticidad


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos II EjemplosSangre (glbulos rojos elsticos + lq. newt.)Polmeros fundidosAdhesivosHarina con agua


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIModelos


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIEnsayos reolgicos1) Esfuerzos normales


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos II2) Expansin al salir del molde


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos II3) Ensayo de fluencia (creep and recovery)


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIVentajas de este ensayoPermite averiguar si el fluido se asemeja a un modeloSlido de HookeFluido NewtonianoModelo de Kelvin-VoigtFluido de MaxwellModelo de BurgerPermite medir su esfuerzo umbral(p.ej. pinturas)(yieldstress, punto de flujo)

PrecaucionesModelos slo vlidos en zona lineal(esfuerzos pequeos)PERO ... En aplicaciones industriales, esfuerzos elevados (p.ej. mezcladores)


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos II4) Ensayo oscilatorio


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIVentajas Oscilaciones pequeas: no se estropea la estructura interna de la muestraInconvenientes Barrido en frecuencias lleva su tiempo


Propiedades Fisico-Qumicas y Funcionales de los Alimentos IIFuentes de error



Calentamiento por friccin a alta cizallaSi la muestra es poco conductora: Aumentar su temperatura (friccin)Por tanto, disminuir su viscosidad

Cambios fsico-qumicos en muestraGelificacin, endurecimiento, ...Prdida de disolvente, sedimentacin

Evaporacin del disolventeDisminuir superficie abiertaPoner exceso de muestraCubrir el sistema de medida (se satura)


Reologia

Documents

Transcript of Reologia