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Propiedades Fsicas de los
AlimentosReologa y Textura
Nstor H. Sanabria R
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Propiedades Fsicas de los Alimentos
Desde el punto vista de la Ingeniera, para el diseo y procesode los alimentos y desde el punto de vista de la preferenciadel consumidor se deben considerar las siguientespropiedades fsicas de los alimentos y materiales:
Trmicas: Calor especfico, conductividad trmica y difusindel calor pticas: Color, Brillo y Transparencia Elctrico: Conductividad Mecnicas:
Estructurales y Geomtricas: Densidad, tamao de partcula,forma, porosidad, rugosidad
Reolgicas y Texturales: Dureza, deformabilidad, Otras: Tensin superficial, difusividad, permeabilidad,
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Propiedades Fsicas de los Alimentos
Desde el punto vista de la Ingeniera, para el diseoy proceso de los alimentos y desde el punto de vistade la preferencia del consumidor se debenconsiderar las propiedades fsicas:
Trmicas: Calor especfico, conductividad trmicay difusin del calor
pticas: Color, Brillo y Transparencia Elctricas: Conductividad
Mecnicas: Estructurales, Geomtricas yreolgicas
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Propiedades Fsicas de los Alimentos
Trmicas: Calor especfico,conductividad trmica y difusin delcalor
pticas: Color, Brillo y Transparencia Elctricas: Conductividad
Mecnicas: Estructurales y Geomtricas: Densidad,
tamao de partcula, forma, porosidad,rugosidad
Reolgicas y Texturales: Dureza,deformabilidad,
Otras: Tensin superficial, difusividad,permeabilidad,
Tratamietos trmicos,Pasterizacin, coccin yenfriamiento, Refrigeraciny Congelacin
Tratamientos con camposelctricos pulsados,calentamiento ohmico, por
induccin o radio frecuencia
Percepcin, aceptacin,Uniformidad
Percepcin y consumo,Aceptabilidad.Maquinabilidad y Facilidadde procesos
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REOLOGIA
Reologa es la ciencia que estudia ladeformacin y el flujo de materiales
bajo fuerzas externas en tiempos ycondiciones definidas.
Flujo es un caso especial de deformacin Deformacin es caso especial de flujo
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Porque Medir la Textura?
La Textura es un atributo que afecta elprocesamiento y manejo, influye en los
hbitos y aceptabilidad por el consumidor y
que puede afectar la vida til del producto Ejemplos imitativos
En anlisis cientifico de Textura Analysis provee informacin cuantificable, repetible y exacta de laspropiedades de alimentos, cosmticos, productos qumicos y farmaceticos.Es hoy en da un procedimiento establecido para la investigacin y una herramienta valiosa en labusqueda de mtodos de control y mejora de la calidad.Con mediciones de las propiedades fundamentales o caracterizacin emprica de los materiales o
productos, con un amplio rango de pruebas imitativas, de gran utilidad para predecir y medir elcomportamiento.
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Por qu Reologa?Cual es el Origen de la Textura?
Estructura MolecularInteraccin MolecularAgua, gomas e hidrocoloides, grasas, protenas, aireConfiguracin de las partculasEfecto externo
Fuerzas externas, deformacin, temperatura
Proceso y DesempeoProcessability & Product Performance
Como se manifiesta?
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Origen de las propiedades ReolgicasEscala Entes Involucrados Ejemplos
Molecular
Tamao y tipos de molculasMolculas Moleculas polimricas
Interacciones entre grupos funcionales Entrelazamiento Qumico
Configuracin espacial Puentes de Hidrgeno
Extructura 1,2,3,4, protenas
UltraestructuralMacromolculas
Cambios moleculares porrompimiento (enzimas, Fotolisis,Oxidacin)
Interacciones naturales
Asociaciones e Interaccionescomplejas (polmeros, protenas)
Microestructural
Gotas, Burbujas y cristales
Coloides Fases agregadas y segregadasConformaciones de proceso Fibras y Filamentos
Pelculas
MacroestructuralEstructuras mayores Ensambles y enlaces
Fases Puentes partcula partcula
Clulas, Tejidos, Extructuras
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Usos de las propiedades reolgicas enproceso y manejo
Diseo de tuberas y seleccin de bombas
Diseo y anlisis de equipos de extrusin Seleccin y operacin de equipos de mezclado
Diseo y operacin de cambiadores de calor
Procesos en los que se realizan recubrimientos Seleccin de envases y equipos de envase
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Propiedades ReologicasExtremos Clsicos
Solido Ideal -- [Fuerza Externa] -- Fluido IdealACERO AGUA
Estructura Fuerte Estructura Debil
Rigidez Fluidez
Deformacin Flujo
Retienen/recuperan forma Pierden FormaEnerga Almacenada Energa Disipada
(Elstico puro R. Hooke, 1678) [Energa] (Viscoso puro I. Newton, 1687)
ELASTICIDAD VISCOSIDAD
Modulo de Almacenamiento Modulo de Perdida
Comportamiento REAL
Slido Aparente [Energa + tiempo] Fluido Aparente
- materiales viscoelsticos -
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Comportamientos Reolgicos
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Deformacin y Flujo de Corte
=F
A
y0
x(t)
Strain, =x(t)
y0
d x(t)
d tStrain Rate =
.
V
y0
Modulo de Corte G =
V
y
x
A
z
Deformacin de Corte
Viscosidad =
.
.
=
t
Esfuerzo Deformacin
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Modos de Deformacin
DobladoCompresin
TorsionRectangular
Tensin
Lineal
Rotational
TorsionalShear
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Deformacin por compresin
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Fluidos
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Comportamiento Reolgico de losfluidos: Viscosidad vs Esfuerzo
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Viscosidad vs Esfuerzo
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Viscosidad Vs Tiempo
Cambio de la Viscosidad con etiempo:
Incrementa con el tiempo sedenominan reopcticos,
Los que se hacen ms fluidos sedenominan tixotrpicos.
Estos fenmenos se explican por laaparicin o rotura de nuevos enlaceso interacciones intermoleculares porla accin de la agitacin, como en elcaso de los almidones, la masa delpan o en la formacin de emulsiones
como la mayonesa. La variacin de las propiedades
reolgicas puede ser reversible ono. La tixotropa irreversible, =Reomalaxis o Reodestruccin.
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Comportamiento reolgico de losSlidos Elsticos
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Slidos y Fluidos Viscoelasticos
La deformacin cambia con el tiempo / La energa para mantener una
deformacin constante es variable - Relajacin
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Textura de acuerdo a la definicin de The
International Organization of Standardization(Standard 5492, 1992):todos los atributos mecnicos (geomtricos y
superficiales) de los alimentos, percibidos atravs de los receptores mecnicos y tctiles ydonde existan a travs de receptores acsticos yvisuales
TEXTURA
Todos esos atributos mecnicos pueden hoy ser medidos cualiy cuantitativamente, analizados numrica y grficamente
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Mtodos instrumentales de anlisis de Textura
Expresin numrica de una caracterstica del
producto, relacionada con las propiedades delos materiales.
Mtodos validables, reproducibles,
universales
Cmo medir la Textura?
Mtodos sensoriales,
Percepcin y Descripcin de la sensacin
Paneles entrenados, expertos
Mediciones subjetivas
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Para qu medir la Textura?
Desde el punto de vista del Fabricante:Medir funcionalidad de equipos, procesos,
ingredientes y materiales en el proceso
productivo y su efecto en el producto final
Desde el perspectiva del Consumidor:
Predecir o anticipar las caractersticas
sensoriales y/o funcionales de un producto,
al emplear un equipo, proceso o ingrediente
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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ReologaPruebas de
MaterialesElasticidad
Plasticidad
Modulus
TexturaAnlisis
Viscoelasticidad
Viscosidad
Origen del Anlisis
Instrumental de Textura ?
Masticabilidad
Gomosidad
Fracturabilidad
Dureza & Suavidad
Adhesividad
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Como se mideViscosidad
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Como se mideTextura
Sensorial
Panel entrenado, Experto
Instrumental
Texturmetro
http://www.stablemicrosystems.com/contents.htm7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Fuerza / EsfuerzoDeformacin
Deformacin elstica o reversible el cuerpo recupera suforma original al retirar la fuerza que la provoca ladeformacin. En este tipo de deformacin el slido al variar suestado tensional y aumentar su energa interna en forma deenerga potencial elstica solo pasa por cambios
termodinmicos reversibles. Deformacin (visco)plstica o irreversible. Modo de
deformacin en que el material no regresa a su forma originaldespus de retirar la carga aplicada. Esto sucede porque ladeformacin plstica el material experimenta cambios
termodinmicos irreversibles y al adquirir mayor energapotencial elstico. La deformacin plstica es lo contrario a ladeformacin reversible.
http://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)http://es.wikipedia.org/wiki/Plasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)http://es.wikipedia.org/wiki/Plasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)http://es.wikipedia.org/wiki/Elasticidad_(mec%C3%A1nica_de_s%C3%B3lidos)7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Lmite elstico
, siendoLey de Hooke
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Traction_conventionnal_curve.png7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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TEXTURA
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TA.Xtplus
STABLE MICROSYSTEMS (UK)
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Probe begins to move from
start point towards sample
at pre-test speed When the probe registers a
force equal to the trigger
force the speed changes to
the test speed and thesystem starts to collect data
Probe
Sample
Basic principleReturn to Start (Trigger)
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Probe continues to move
into the sample at the test
speed until the test iscomplete
Probe
Sample
Basic principleReturn to Start (Trigger)
F
T
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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When test is finished,
probe begins to move away
from sample at post-testspeed
Probe
Sample
Basic principleReturn to Start (Trigger)
F
T
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Principles of Texture Analysis
Compression Puncture & Penetration
Cutting and Shearing Fracture & Bending Extrusion (Forward & Backward) Tension Adhesion
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Compresin
La muestra tiene unrea superficial igual o
menor que la eldimetro de la sondautilizada
Se utilizan dimetros
de 10mm a 100mm
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Compresin El espesor de la muestra es H (puede
medirse automticamente)
La muestra es comprimida por lasonda hasta una altura h
La distancia de compresin es H - h,puede darse en milmetros o en % dedeformacin (% strain - requierecalibracin de sonda).
Para deformaciones pequeas,podra ser utilizado para calculas enmodulo de elasticidad de Young
FORCE
H
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Would you like to determine..
The optimum
shelf life ofyour product
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Es la medicin mas simple en el anlisis Instrumental de textura, La
muestra se deforma y se miden la deformacin y la resistencia delmaterial a la deformacin
Deformaciones mayores porcompresin Uniaxial
Causan Fracturas, Ruptura,Dispersin, Texture Profile
Se mide fracturabilidad,Crocancia, Cohesividad,Espersibilidad y muchas otras
caractersticas del producto. Anlisis de perfil de textura
(TPA test).
Deformaciones Pequeas porcompresin Uni-axial
Utilizadas para determinar
MODULOS ELASTICIDAD DEYOUNG M. Youngs: E/D
Esfuerzo E= F/ADeformacin D = L/L
RESILENCIA: Energa acumuladadurante la compresin
Representados por la pendiente yel rea bajo la curva ESFUERZODEFORMACIN antes del LmiteElstico
PRUEBAS DE PENETRACIN
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You could be disappointed if...
Your breakfast
cereal isntCRISPY
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Propiedades fsicas de empaques
Fuerza de selle
Fuerza de apertura Friccin
Resistencia de carga
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Propiedades fsicas y mecanicas de
equipos, piesas
Friccin
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Otras pruebas de compresin
Stress Relaxation Test (Prueba de relajacin detensin)
Creep Test (Prueba de arratre o recuperacin)
Dinamic Test (Pruebas dinmicas) TPA
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PUNCTURE and PENETRATION
Assumes the sample being tested is of largersurface area than the contact area of the probebeing used
Usually involves...
small cylinder probes (up to 10mm diameter) needle probes
conical probes
Causes irreversible changes in the sample
Involves both compressive and shear forces
Typical Measurement Result
F
t
ApplesPears
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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PUNCIN Y PENETRACION
Medir fuerza necesaria para introducir lasonda una distancia fija o un tiempo definido= PUNCIN
Medir la distancia que penetra una sonda conuna fuerza constante = PENETRACION
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Can you guarantee consistent..
Hardness?
Gel Strength?
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You could be disappointed if...
Your crisps
have noCRUNCH
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You may wish to assess the effects ofprocessing parameters on texture, e.g.
Optimum cookingtime of French fries
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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PUNCIN Y PENETRACIN
Conical probe is used forsituations where the stress mayvary during the use of theproduct, e.g. spreading
Typical Measurement Result
F
t
MargarineButter
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Do your customers expect
consistent... Spreadability (e.g. butter) Fruit Ripeness
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Indentation
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Cutting and ShearingKnife/Guillotine Blade
Force required to cutor slice through asample
Meat products
Cheese
Vegetable
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Cutting and ShearingWarner-Bratzler Blade
Uses a notched bladeinstead of a flat endedblade
Gives more of acutting action duringtest
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Do your customers expect
consistent... Tenderness (e.g. fish) Pasta Firmness
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Cutting and ShearingVolodkevich Bite Jaws
Simulate teeth whenbiting
Final force and forceat yield indicatetoughness
Toughness of meat
Fibrousness of e.g.vegetables
Sample
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
56/107
Do your customers expect
consistent... Tenderness (e.g. meat)
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Cutting and ShearingWire Cutter
Constant contact areawith sample
Cutting is done by finewire
Firmness andspreadability of butter
Consistency of cheese
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You can quantify your products
eating quality, e.g. Fruit Ripeness
Pasta Firmness
Yoghurt Consistency Margarine hardness
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Cutting and ShearingKramer Shear Cell
5 or 10 blade option
Shearand compression of mainlymulti-particle products, e.g..
Cereals
Pickles in sauces Fruit
Peas
Beans
or products with variable texturethroughout the sample requiringaverage shearing measurement
Sample
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You could be disappointed if...
Your breakfastcereal isntCRISPY
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Fracture and BendingThree Point Bend Rig
Measure fracture andbreak strength of......
Biscuits
Chocolate
Bread sticks
Measure freshnessof......
Vegetables
Force
Biscuit
Chewy cereal bar
Time
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Fracture and BendingCrisp Fracture Support Rig
Measure fractureproperties of......
Crisps (chips)
Snack food
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You could be disappointed if...
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Extrusion (Forward)
Viscous liquids
Gels
Pastes
Processed fruit and vegetables
Creams
Toothpaste
Sample is forced through
orifice in bottom of pot
Can simulate many real-life
situations
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Extrusion (Backward)
Sample is placed in a pot
Piston is forced through sample
Product extrudes around the disc
Gels Viscous liquids and sauces
Pastes
Processed fruit and vegetables
Typical Measurement Result
F
t
YoghurtCream
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You may wish to assess variousingredient effects on texture, e.g.
Effect of starchaddition onextrudability orconsistency ofmayonnaise, ketchup,
chocolate sauce, meatpaste etc.
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You may wish to assess variousingredient effects on texture, e.g.
Effect of sugar typeand content onstickiness ofconfectionery
products
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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You can quantify your products
eating quality, e.g. Yoghurt Consistency
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Measures the tensile
strength of
Spaghetti
Noodles
Human Hair
Thread
Sample
Tension - Spaghetti Rig
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Used for delicate or strange shapedsamples where necking at thegrip point can be a problem
Maintains constant grip force on
sample Easy to load
Tension - Roller Grips
Can be used to measure
Sausages Packaging seals
Adhesive tapes
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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An increasingly popular method
of measuring
Pasta
Goma de mascar Pegamentos
Arroz
Adhesion
Sample
Target forceF
t
Adhesive tape
Confectionery
Typical Measurement Result
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Measure...Extensibility
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Would you like to quantify...
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ANALISIS DE PERFIL DE TEXTURA
TEXTURE PROFILE ANALYSIS
APT / TPA
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TPA
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1.Fracturability: Fracturabilidad, La facilidad con que el material romper.2.Hardness: Dureza, La fuerza necesaria para comprimir el material en unacantidad definida.3.Cohesiveness: Cohesividad, La fuerza de los puentes internos
4.Adhesiveness: La energa necesaria para romper la fuerza de atraccinentre la muestra y una superficie de contacto
5.Springiness: "Resortabilidad", La recuperacin elstica que ocurre cuando lafuerza de compresin es retirada.6.Gumminess : Gomosidad, La energa decesaria para romper el alimentosemi-slido antes de degluirlo7.Chewiness : Masticabilidad, La energa necesaria para masticar una comidaslida antes de tragar.
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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An Innovation
in PowderFlow Analysis
New Fixtures for
TA-XTplus
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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POWDER FLOW ANALYSER
The Stable Micro Systems
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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MEASURING COMPONENT TERMINOLOGY
Shaft
Rotor
Blade
Vessel
Vessel Attachment Ring
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Acoustic and video accesories FRICTION RIG
Definicin de Pruebas
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Definicin de PruebasPreparacin de ensayos
Planeacin Objetivo de las pruebas
Desarrollo, control de proceso, control de calidad,
anlisis de la competencia Caractersticas del producto y la muestra
Verificacin Calibracin
Validacin de mtodos Evaluacin y anlisis de resultados
Definicin de Pruebas
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Definicin de PruebasPreparacin de ensayos (ISO 17025)
Fase Pre-Analtica Planeacin
Tipo y Objetivo del anlisis (Simulacin vs Propiedades del material)
Seleccin del mtodo Experiencias previas (Rev. Literatura) Gua de aplicaciones
Preparacin y manejo de las muestras
Fase Analtica Verificacin calibraciones Replicas, promedios, celdas mltiples (incertidumbre, exactitud y
precisin del mtodo)
Control de parmetros Anlisis de resultados
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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APLICACIONES
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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S t fit
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Soporte confites
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Caractersticas a medir
7/31/2019 Textura Icta 2010 Nhs
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Caractersticas a medir
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101/107
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103/107
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104/107
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105/107
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