viscosidad industrias i

INDUSTRIAS I - UNLa

Ing. Diego Garcia

Estudio de la deformación de la materia

• Se ocupa en conocer la estructura de la materia, la relación entre el tamaño de moléculas de las sustancias en la disolución y viscosidad,

• Estudios sobre materias primas, y productos en elaboración, para procesarlos, por ejemplo reología de harinas.

• Ayuda el diseño de máquinas, al conocer mejor los productos que se van a procesar.

• Aceptación de un producto, untuosidad de la manteca o margarina, terneza de la carne.

MÉTODOS SENSORIALES

MÉTODOS FÍSICOS

Es una sustancia que sufre deformaciones cuando se lo somete a un esfuerzo de corte o fuerza de cizalla.

Una fuerza de cizalla es una fuerza tangencial.

a

Fb b’b

Una fuerza de cizalla es una fuerza tangencial.

Si se agita un café con una cuchara, y luego dejamos de hacerlo, se observa que el líquido gira, con una velocidad que va disminuyendo hasta que se detiene.

Existe una fricción interna que hace que esto ocurra, que es la viscosidad.

0

LA VISCOSIDAD ES LA RESISTENCIA DE UN FLUIDO AL MOVIMIENTO, ES LA RESISTENCIA A FLUIDO AL MOVIMIENTO, ES LA RESISTENCIA A FLUIR.

dv/dy = gradiente de velocidad, VELOCIDAD DE CIZALLA

F ∝∝∝∝ dv/dy

F/Aτ = τ = τ = τ = F/A

τ τ τ τ ∝∝∝∝ dv/dy

ττττ = µ . dv/dy

Flujo a través de un tubo

F = 1 N

Velocidad = 1 m/s

µ = 1 poiseuielle (Ns/m²)µ = 1 poiseuielle (Ns/m²)

µ (agua) = 0,1 poise = 1 cp

= 0.001 Pa.s

1 poise = 1 dina . s / cm²

ρµυ =

µ1=φ

LA VISCOSIDAD OBEDECE A LA EXPRESIÓN VISTA ANTERIORMENTE. Y DEPENDE DE LA TEMPERATURA, PRESIÓN Y COMPOSICIÓN DEL FLUIDO

ττττ

dv/dy

µ

dv/dy

SOLUCIONES AZUCARADAS: Principalmente de sacarosa, calibradoras de viscosímetros.calibradoras de viscosímetros.

µ (20ºC), 20% sac = 0.0002 p; 75% sac = 23.4 p

Cuando se calientan para formar caramelo, genera propiedades reológicas particulares que dan lugar a una escala con distintos grados, por ej, a 110 ºC, punto hebra.

LECHE: La leche fluida se acerca a un FN, con una variación al aumentar mucho la cizalladura. Para leches concentradas cambian notablemente las propiedades. Varía con el tenor graso, temperatura

ACEITE: En condiciones ordinarias es un FN, pero a altas fuerzas de cizalla, deja de serlo. A mayor tamaño de molécula, mayor viscosidad.

notablemente las propiedades. Varía con el tenor graso, temperatura tiempo de almacenado.

LA VISCOSIDAD NO OBEDECE A LA EXPRESIÓN VISTA ANTERIORMENTE.

LA VISCOSIDAD DEPENDE DE LA FUERZA DE CIZALLA, Y PARA ESTOS FLUIDOS SE LA LLAMA VISCOSIDAD APARENTE.

ττττ = µaparente . dv/dy

CLASIFICACIÓN

INDEPENDIENTES DEL TIEMPOINDEPENDIENTES DEL TIEMPOINDEPENDIENTES DEL TIEMPOINDEPENDIENTES DEL TIEMPO

PSEUDOPLÁTICOS

Son menos viscosos a mayor velocidad de cizalla.

Ejemplos: Leche condensada, mayonesa, PSEUDOPLÁTICOS

Ejemplos: Leche condensada, mayonesa, mostaza, puré de frutas.

ττττ

dv/dy dv/dy

µ

INDEPENDIENTES DEL TIEMPOINDEPENDIENTES DEL TIEMPOINDEPENDIENTES DEL TIEMPOINDEPENDIENTES DEL TIEMPO

DILATANTESA medida que aumenta la velocidad de deformación, es mayor la viscosidad.

Ejemplos: soluciones harina de maíz, almidón,

ττττ

dv/dy

Ejemplos: soluciones harina de maíz, almidón, arenas movedizas.

dv/dy

µ

DEPENDIENTES DEL TIEMPODEPENDIENTES DEL TIEMPODEPENDIENTES DEL TIEMPODEPENDIENTES DEL TIEMPO

TIXOTRÓPICOS

A una fuerza de cizalla constante, la viscosidad desciende con el tiempo.

Ejemplos: alginatos, sopa de crema de tomate, algunas mieles, yogur.algunas mieles, yogur.

ττττ

dv/dy dv/dy

µ

DEPENDIENTES DEL TIEMPODEPENDIENTES DEL TIEMPODEPENDIENTES DEL TIEMPODEPENDIENTES DEL TIEMPO

REOTRÓPICOSA una fuerza de cizalla constante, la viscosidad asciende con el tiempo.

ττττ

dv/dy dv/dy

µ

ττττ = µaparente . dv/dy; dv/dy = γ

ττττ = K.γn K = índice de consistencia (LMTn-2)

n = índice de comportamiento del fluidoττττ = K.γ

n = índice de comportamiento del fluido

ττττ = µa . γ = K.γn µa = K.γn-1

n=1 FN; n<1 Pseudoplástico; n>1 Dilatante

No son fluidos en sí, mantienen su forma con la gravedad, pero cuando se les aplica una fuerza de cizalla comienzan a fluir.

ττττττττ

dv/dy dv/dy

ττττ = ττττο ο ο ο ++++ Kp.γn ττττ1/21/21/21/2 = ττττοοοο1/21/21/21/2 ++++ Kp.γ1/2

Ej: espumas, margarinas Ej: chocolate fundido

Se puede evaluar la variación de la viscosidad de la temperatura a través de una ecuación similar a la ya conocida

ecuación de Arrhenius, es la ecuación de Carrancio

E−RT

E

ek−

= .µ

Donde E, es una energía molar, necesaria para vencer la fricción interna del fluido (el equivalente a la energía de

activación de Arrhenius)

l

rpQ

..8

.. 4

µπ=

2

1

2

1

2

1

t

t•=ρρ

µµ

l..8 µ

( ) µρρπ VgR s 63

4 2

=−

( )( ) 2

1

2

1

2

1

t

t

s

s

ρρρρ

µµ

−−=Según ley de Stokes

Mµ =iNhR

M28π

µ =

−=

2

0

22

11

8 RRNh

M

iiπµ

Copa Ford

Usado para chocolates

Modelos:

Sólido de Hooke : Ideal, la deformación es proporcional a la fuerza:

Módulo de Young : es la relación entre alargamiento y estado orig inal.

ττττ = k.∆x

Módulo de Young : es la relación entre alargamiento y estado orig inal.

ττττ = E.∆x

Gomaespuma 1 x 10² N/m²

Spaghettis secos 0,3 x 1010 N/m²

Plomo 1,0 x 1010 N/m²

Cemento 25,0 x 1010 N/m²

Modelos:

Módulo de rigidez : expresa la deformación causada por un esfuerzo de corte(similar a la viscosidad en fluidos), es expresado como un ángulo. El módulo de rigidez es la longitud deformad a sobre la altura del cuerpo

ττττ = α . G

Coeficiente de Poisson : es la relación entre compresión lateral y deforma ción longitudinal.

ττττ = E.∆x

Queso Chedar 0,5 Cobre 0,3

Masa de Harina 0,5 Acero 0,3

Gelatina 0,5 Vidrio 0,24

Papas 0,49 Corteza de pan 0

Modelos:

Módulo de compresión o volumen : Es el factor de deformación que ocurre ccuando un cuerpo es sumergido en un líquido. Tau es la presión hidrostática.

ττττ = k . ev ; ev = v/V

Presentan propiedades: viscosas y elásticas simultáneamente.

Diferencia con los fluidos plásticos:A bajos valores de t o presentan propiedades de sólidosA bajos valores de t o presentan propiedades de sólidosA altos valores de t o presentan propiedades viscosas.

Ejemplo: Masas, geles

Deformación

Recuperan el

estado inicial

SÓLI DO IDEAL MAT. VISCOELÁTICO

Cesa fuerza

Deformación

Tiempo

Apl icación carga

Eliminacióncarga

carga

Deformación

TiempoAplicación

carga

Eliminacióncarga

carga

Ejemplo: Alveograma, viscoeláticos.