REOLOGÍA

Es la ciencia de la deformación y el flujo de la materia. Un ejemplo son los alimentos los cuales ingresan a nuestra boca, donde lo masticamos para obtener una pasta fluida que luego se ingiere, la cual, por estar en movimiento, genera deformación y flujo de la materia, a este tipo de reología es la que llamamos natural.Al someter una muestra de material a este estudio de deformación y flujo de la materia se puede obtener información cualitativa y cuantitativa valiosísima.

El tener esa información permite:1. Caracterizar la materia y definir sus parámetros reológicos como viscosidad, consistencia, elasticidad2. Diseñar equipos de procesamiento industrial, 3. Diseñar materiales nuevos con respuestas mecánicas muy específicas y bien definidas

- Por qué se deforman los cuerpos?Porque su energía de cohesión, debida a las interacciones interatómicas e intermoleculares, es finita y puede ser superada al aplicársele un esfuerzo suficientemente grande. Las imperfecciones en los cristales tridimensionales de los átomos proveen mecanismos de deformación basados en la movilidad a nivel molecularl.

Por ejemplo, si se trata de un sólido cristalino, la presencia de imperfecciones y dislocacionestenderá a disminuir la energía requerida para deformar el material por tensión.

En el caso de líquidos y gases, las energías de cohesión son menores y por consiguiente estos cuerpos son mas fácilmente deformables bajo ciertos esfuerzos.

- Planteamiento del problema básicoEl problema de la reología es determinar la relación entre el esfuerzo aplicado y la deformación producida en un material.Esta relación es ya conocida para sólidos elásticos ( Ley de Hooke) y para líquidos sencillos y gases (Ley de Newton de la Viscosidad).Sin embargo, no siempre existe una relación lineal entre esfuerzo y deformación debido a complejidades en la estructura de algunos materiales.

Sólidos Ideales : se deforman elásticamente.Cuando la energía requerida para la deformación se elimina los cuerpos vuelven a su forma original

Fluidos ideales:

se deforman irreversiblemente (fluyen); la energia requerida se disipa como calor y no puede recuperarse.

Cuerpos reales: No se comportan como ideales .

Se deforman irreversiblemente .

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Sólidos: Generalmente se estudia su dformación elástica . Ej.: elasticidad de quesos.

Líquidos: interesa conocer los fenômenos físicos asociados con el escurrimiento (deformación plástica) de alimentos líquidos. Ej.: Jugo de fruta concentrado.

Gases: En la industria de los alimentos se usan Ar, CO2, CH4, N2,

gases de refrigeración

TEXTURA

La primera sensación de textura del consumidor lo lleva a aceptar el alimento y las sensaciones finales al masticarlo lo llevan a ingerirlo, porque el alimento ha respondido a lo que el consumidor esperaba de él.

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Situación Tasa de deformación

(s-1)

Aplicación

Sedimentación de partículas en líquido

10-6-10-3 Medicamientos, tintas, aderezos para ensaladas

Nivelamiento por la tensión superficial

10-2-10-1 Cobertura de tortas, tintas, tintas de impresora

Drenaje por gravedad

10-1-101 Pequenos recipientes de alimentos, tinturas y coberturas

Extrusión 100-103 Snacks, comida de cachorro, dentífricos, masas

Tasas de deformación típicas de procesos

Derramar de uma botella

101-102 Alimentos, cosméticos, artículos de belleza

Cortar alimentos 101-102 Masticar

Recubrimiento por inmersión

101-102 Tintas, confitería

Mezcla y agitación 101-103 Procesamiento general

Escurrimiento em tubos

100-103 Procesamiento de alimentos

Fregar 102-104 Aplicación de cremas

Cepillar 103 -104 Descascarar, raspar

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Situación Tasa de deformación (s-1)

Aplicación

Los niños Down poseen dificultades para masticar y tragar alimentos sólidos, y retrasan el inicio de la alimentación normal.Prefieren comer alimentos en puré hasta los cuatro o cinco años.Se debe insistir en el cambio de textura de los alimentos, para trabajar la hipotonía muscular y que los músculos de la boca se acostumbre al esfuerzo de masticar.No se debe de ofrecer al principio alimentos simultánesos con doble textura, como sopa con fideos o cereales con leche, ya que corre el riesgo de atragantamiento.

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Conceptos fundamentaies

Para la reología interesa conocer el comportamiento y propiedades macroscópicas del fluido y no su comportamiento molecular.

Condiciones de adherencia: todo fluido en contacto con un sólido, adquiere la velocidad de éste.

v fluido = v sólido

El escurrimiento de un fluido fluye hasta alcanzar el equilibrio. En flujo laminar, hay adhesión de las partículas a la parte móvil.

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Consideremos un elemento de volumen de un fluido, con la forma de un cubo, y la respuesta del fluído a una fuerza externa.

Existen dos tipos básicos de tensión :

Tensiones normales: perpendiculares a la cara del cubo.

Tensiones de cizallamiento, tangenciales a las caras del cubo.

Desarrollará una fuerza interna que actúa de esa zona, que se llama tensión ( yx).

Tensión normal Tensión de

cizallamiento

VISCOSIDADLa viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido a ser deformado por un esfuerzo de cizallamiento. La viscosidad es la resistencia interna de un fluido a circular o fluir y una medida del rozamiento o fricción del fluido.Para ciertos líquidos, la viscosidad es constante y solo depende de la temperatura y presión. Este grupo se denominan líquidos Newtonianos

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2. Clasificación de fluídos líquidos

Fluidos líquidos

Independientes del tiempo

Dependientes del tiempo

Otros

Newtonianos

Pseudo-plásticos

Bingham

Herschel-Bulkley

Tixotrópicos

Reopécticos

Viscoelásticos

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= μ . Ỳ

Alimentos (fluidos) newtonianos

= tensión de cizallamiento (Pa) μ = viscosidad newtoniana (Pa.s) Ỳ = tasa de deformación (s-1 )

En este caso, la viscosidad es independiente de la velocidad de deformación que está sometido el fluido.

Un fluido newtoniana tiene un único valor de la viscosidad en cada temperatura.

Ejemplos: Aceites vegetales, agua, soluciones azucaradas.

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La mayoría de los alimentos de interés industrial muestran una relacion más complicada

entre la velocidad de deformación y la tensión de cizallamiento.

No se puede hablar en términos de viscosidad porque esta propiedad podría variar con la velocidad de deformación. Sin embargo, se puede usar la viscosidad aparente (μa).

= μa . Ỳ

Alimentos (fluidos) NO newtonianos

Existen algunos líquidos con comportamientos extraños, debidos a la composición química y estructura de las moléculas o al tipo de interacción de esas moléculas con el solvente,.Veremos uno de esos casos.Pongamos en un vaso algunas cucharadas de almidón de maíz (Maicena) y agreguemos agua como para formar una papilla bastante líquida, revolviendo con una cucharita. Notaremos que no es lo mismo que preparar otras mezclas comunes en la cocina: cuesta bastante mover la cucharita. Es posible revolver lentamente, pero cuando aumentamos la velocidad de agitación, la resistencia al movimiento crece notablemente.

Con un movimiento lento no será dificultoso hundir la cucharita hasta el fondo, pero si intentamos un movimiento brusco, se encontrará nuevamente una gran resistencia.Tomemos el vaso con una mano y hagámoslo mover rápidamente en círculos. Si el líquido fuese agua o leche, ya se habría volcado... Pero eso no ocurre con el líquido blanco que preparamos.Otra prueba que demuestra el comportamiento extraño de este líquido consiste en volcarlo a otro recipiente como chorro fino. Veremos que no tenemos un chorro uniforme y perfectamente vertical como ocurriría con el agua, sino que oscila y se mueve como si estuviera bailando...

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Fluidos tixotrópicos (afinantes): Alimentos con uma estructura que se destruye en función do tiempo y de la tasa de deformación.

Fluidos reopécticos (espesantes): Son los pocos materiales capaces de desarrollar uma estructura cuando se los somete a una tensión de cizallamiento.

Fluidos no-newtonianos y dependientes del tiempo:

La tixotropía se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas tixotrópicas, cuando son amasadas, se convierten en un líquido. Si, a continuación, se las deja en reposo, recuperan la cohesión y el comportamiento sólido.

(Química) Propiedad de algunos geles de hacerse fluidos al agitarlos y de volverse de nuevo gel al dejarlos en reposo.

Ejemplos de tixotropía son el ketchup y la miel.

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Tixotrópico (Afinante)

Reopéctico(espesante)

Ỳ

Estos alimentos poseen una estructura que varía em función del tiempo . Este comportamiento se describe por el modelo de Tiu-Borger:

= o - (o - e ) exp ( - kt )

t1

t2

t2

t1

t2>t1

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Muchos alimentos presentan comportamiento de sólido (elasticidad) y de líquido (plasticidad).

La determinación del comportamiento viscoelástico exige equipamientos caros que se usan en los laboratorios de desarrollo de productos.

Fluídos viscoelásticos

Ejemplos: Masa de pan o de bizcocho

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Propiedades reológicas: dependencia de temperatura y presión

:

ln µ = A – Ea/RT

La viscosidad depende de la temperatura. Esa correlación se representa por una ecuación de tipo Arrhenius:

A = parâmetro de ajuste

Ea = energia de activación para la viscosidad

(J / kg.mol K)

R = constante universal de los gases

(1,987 cal / g.mol K)

T = temperatura absoluta (K)

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En algunos procesamientos, los alimentos son sometidos a altas presiones ,como em la extrusión. La viscosidad se relaciona com la presión de la siguiente manera:

µ0 = viscosidad a una presión de referência a = parámetro de ajuste

µ = µ0 . eaP

El proceso comienza con el calentamiento del material. Éste se carga posteriormente dentro del contenedor de la prensa. Se coloca un bloque en la prensa de forma que sea empujado, haciéndolo pasar por el troquel.