Fluidos Dilatantes 5r1p29

FLUIDOS DILATANTES Los fluidos  dilatantes son suspensiones en las que se produce un aumento de la viscosidad con la velocidad de deformación, es decir, un aumento del esfuerzo cortante ( con dicha velocidad. Se presenta cuando al aumentar la velocidad de cizalla se aumenta la viscosidad del fluido. Ejemplos de este tipo de fluidos son: la harina de

FLUIDO CON ESFUERZO DE UMBRAL Fluidos Plásticos Este tipo de fluidos se comportan como un sólido hasta que sobrepasa un esfuerzo cortante mínimo (esfuerzo de umbral) y a partir valor se comporta como un líquido. Algunos ejemplos de comportamiento plástico son el chocolate, la arcilla, la mantequilla, la mayonesa, la pasta de dientes, las emulsiones, las espumas, etc.

FLUIDOS DEPENDIENTES DEL TIEMPO Este tipo de fluidos se clasifican en dos tipos: Fluidos tixotrópicos: En los que su viscosidad disminuye al aumentar el tiempo de aplicación del esfuerzo cortante, recuperando su estado inicial después de un reposo prolongado.

Fluidos reopécticos: En los cuales su viscosidad aumenta con el tiempo de aplicación de la fuerza y vuelven a su estado anterior tras un tiempo de reposo.

VISCOELÁSTICOS (se comportan como líquidos y sólidos, presentando propiedades de ambos)

Se caracterizan por presentar a la vez tanto propiedades viscosas como elásticas. Esta mezcla de propiedades pueda ser debida a la existencia en el líquido de moléculas muy largas y flexibles o también a la presencia de partículas liquidas o solidad dispersos. Ejemplos de fluidos viscoelásticos son la nata, la gelatina, los helados.

REÓMETRIA La reometría es la ciencia que describe tanto los métodos de medida como los instrumentos que permiten obtener datos reológicos de un material. Determina las relaciones cuantitativas y cualitativas entre la deformación y la tensión mecánica y sus derivadas. Una aplicación típica de la reometría sería la medida de la viscosidad.

Reómetro: Permite conocer el comportamiento de las suspensiones en rangos de esfuerzo y velocidad mucho más amplios así como las condiciones estacionarias. Existen numerosos tipos de reómetros con mecanismos de funcionamiento muy diversos y que miden distintas variables en rangos de deformación o velocidad de cizalla muy diferentes.

Viscosímetros: Es un caso especial de reómetro, que mide únicamente la función de cizallamiento estacionario de la viscosidad Viscosímetros capilares y tubo: Los viscosímetros de tubo son muy útiles en la toma de datos reológicos, y estos instrumentos se suelen dividir en tres categorías:

Los viscosímetros capilares, denominados comúnmente tubo en U. Los capilares de alta presión. Los viscosímetros de tubo. En todos los casos, este tipo de

Viscosímetros de cilindros concéntricos y cono-placa: Los viscosímetros más adecuados para efectuar determinaciones con los líquidos no newtonianos son los de cilindros concéntricos y los de cono-placa. En éstos, la velocidad de deformación es idéntica en toda la muestra, siempre y cuando se minimicen todos los efectos de extremo; permiten modificar, de modo controlado, la velocidad de deformación tangencial variando la velocidad de giro y el tiempo que a cada una de ellas se está operando. El proceder experimental es crítico. El ajuste de velocidad (ascenso o descenso) y la lectura de los valores correspondientes deben efectuarse sin detener la rotación.

Viscosímetro de caída de bola: Este tipo de reómetros se basa en la caída libre de una esfera a través de un fluido en estado de reposo. Sobre la esfera actúan dos fuerzas de sentido opuesto: la fuerza gravitatoria que hace que la bola descienda, la resistencia viscosa del fluido, que se opone al movimiento y viene dada por la ley de Stokes. Los viscosímetros de bola descendente no se pueden usar con líquidos no newtonianos si se pretende obtener resultados expresables en unidades fundamentales, porque aún no se han resuelto los problemas matemáticos implicados.

MODELOS DE AJUSTE PARA COMPORTAMIENTOS REOLÓGICOS DE ALIMENTOS: Numerosos factores influencian la selección del modelo reológico usado para describir el flujo de partículas. Muchos modelos se han utilizado para representar la conducta de flujo de fluidos no Newtonianos, además de la ley de potencia, plástico de Bingham y modelo de Herschel-Bulkley. A continuación se describen los modelos básicos:

de Ostwald de Waele o Ley •Modelo   de la potencia:

Donde se conoce comúnmente como coeficiente de consistencia con unidades y se conoce como índice de comportamiento de flujo, que carece de unidades. El fluido newtoniano es un caso particular de este modelo, donde y es la viscosidad dinámica. Si , el fluido es pseudoplástico, si es dilatante.

de Sisko: •Modelos  

El modelo desarrollado por Sisko adopta una expresión como la que se muestra en la ecuación:

Siendo, igual que en casos anteriores, la viscosidad aparente, el gradiente de velocidad aplicada, el índice de consistencia,, el índice de comportamiento y, la viscosidad a gradiente infinito. Este modelo puede ser aplicado en operaciones como el bombeo de alimentos líquidos y los procesos de mezcla que implican altos gradientes de velocidad.

de Bingham: •Modelo   Es un modelo aplicable a fluidos con esfuerzo umbral. La siguiente ecuación muestra la expresión que adopta: El material no fluye hasta que no se aplica un esfuerzo superior al umbral . El parámetro se denomina viscosidad plástica y está relacionada con la viscosidad aparente.

de Herschel-Bulkley: •Modelo   Donde es el esfuerzo mínimo de cedencia, en este modelo, es un índice de consistencia y es el índice de comportamiento. Con , representa un comportamiento plástico dilatante, mientras que para representa un comportamiento plástico pseudoplástico. , el modelo es equivalente al modelo de Bingham con

•Modelo   de Casson: La curva de esfuerzo cortante contra velocidad de corte puede transformarse en una línea recta elaborando una gráfica de la raíz cuadrada del esfuerzo cortante contra la raíz cuadrada de la velocidad de corte. La oficina internacional de cacao y el chocolate.

El •  ajuste de los datos experimentales de esfuerzo de corte (σ) y velocidad de corte ( ) al modelo resultó muy apropiado ( > 0,90). Los valores del coeficiente de consistencia (k) e índice de comportamiento de flujo (n) de la mayonesa difirieron de los reportados por otros autores (3, 4), indicándose valores para k de 100,13 Pa.s-n y n de 0,131 (1). La disminución en la viscosidad aparente de la mayonesa con el aumento de la velocidad de corte probablemente es debido a la floculación-desfloculación de las gotas de aceite, y al rompimiento estructural de los componentes mezclados en la emulsión (7), debido a las fuerzas hidrodinámicas generadas y al incremento en las alineaciones de las moléculas constituyentes, como los polisacáridos, las proteínas y las microgotas de aceite (8).

Tanto la mayonesa como la salsa rosada presentaron comportamiento tixotrópico en las seis velocidades de corte analizadas, como se puede observar a velocidades de corte de 15 y 17,5 s -1 (figura 1). Los valores más bajos de viscosidad aparente se obtuvieron a altas velocidades de corte. Figura 1. Variación de la viscosidad con respecto al tiempo para la salsa rosada y la mayonesa, analizadas a velocidades de corte de 15 y 17,5 s-1 (SR: Salsa Rosada, MY: Mayonesa).

Los parámetros del modelo estructural (a1 y k1) se presentan en la tabla 2. El parámetro a1 aumentó en forma lineal con la velocidad de corte, mientras que los valores de k1 cambiaron según el tipo de salsa analizada y la velocidad empleada. Al presentar la salsa rosada los valores más altos de k1, se puede ver que ésta es más susceptible a un rompimiento estructural, situación que puede deberse a una diferencia en su composición con respecto a la mayonesa, ya que ésta contiene fragmentos de la pared celular de tomate presentes en el concentrado de tomate que hace parte de su formulación.

CONCLUSIÓN En la industria se efectúan con frecuencia medidas reológicas sobre las materias primas y los productos en elaboración, que son de gran utilidad para el control de los procesos; como ejemplo, cabe citar el control reológico de la masa durante la fabricación del pan. También la reología presta una valiosa ayuda al diseño de las máquinas; es preciso que tolvas, tuberías y bombas se adecúen a las características de los productos con los que van a ser utilizadas. Cuanto mejor se conozca la reología del producto a mover más eficaces serán las tolvas y las bombas. Finalmente, sus características reológicas influyen de un modo considerable en la aceptación de un producto. Se pueden citar como ejemplos, la extensibilidad de la margarina, la viscosidad de los batidos y la dureza de la carne.

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