estudio comparativo de las propiedades reológicas que
TRANSCRIPT
Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería de Alimentos Facultad de Ingeniería
1-1-2006
Estudio comparativo de las propiedades reológicas que presenta Estudio comparativo de las propiedades reológicas que presenta
la levadura cervecera empleada en tanques cilindro - cónicos la levadura cervecera empleada en tanques cilindro - cónicos
versus tanques convencionales en Bavaria S.A versus tanques convencionales en Bavaria S.A
Natalia Margarita Rodríguez Pulido Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_alimentos
Citación recomendada Citación recomendada Rodríguez Pulido, N. M. (2006). Estudio comparativo de las propiedades reológicas que presenta la levadura cervecera empleada en tanques cilindro - cónicos versus tanques convencionales en Bavaria S.A. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_alimentos/122
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería de Alimentos by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
1
ESTUDIO COMPARATIVO DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS QUE PRESENTA LA LEVADURA CERVECERA EMPLEADA EN TANQUES CILINDRO – CONICOS VERSUS TANQUES CONVENCIONALES EN
BAVARIA S.A.
NATALIA MARGARITA RODRÍGUEZ PULIDO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE FACULTAD DE INGENIERIA DE ALIMENTOS
BOGOTA 2006
2
ESTUDIO COMPARATIVO DE LAS PROPIEDADES REOLÓGICAS QUE PRESENTA LA LEVADURA CERVECERA EMPLEADA EN TANQUES CILINDRO – CONICOS VERSUS TANQUES CONVENCIONALES EN
BAVARIA S.A.
NATALIA MARGARITA RODRÍGUEZ PULIDO
Trabajo de Grado para optar al título de Ingeniero de Alimentos Modalidad práctica empresarial
Asesor de la Universidad
HECTOR BAQUERO Ingeniero Químico
Asesor de la Empresa JOSE FABIO QUICENO
Ingeniero Quimico
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERIA DE ALIMENTOS BOGOTA
2006
3
CONTENIDO
Pág. INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS 11
1. MARCO REFERENCIAL 12
1.1 MARCO HISTÓRICO 12
1.2 MARCO CONCEPTUAL 13
1.3 MARCO TEORICO 16
1.3. 1 Elaboración de la cerveza 16
1.3.2 Reología en alimentos 25
2. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 33
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 37
CONCLUSIONES 50
RECOMENDACIONES 53
BIBLIOGRAFIA 54
ANEXOS 56
4
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Proceso cervecero tradicional.
Figura 2. Materias primas.
Figura 3. Fotografías tanques empleados para la fermentación de cerveza.
Figura 4. Inoculación de la levadura al mosto en la Cervecería de Boyacá.
Figura 5. Comportamiento seudoplástico de una suspensión.
5
LISTA DE GRÁFICAS
Gráfico 1. Reogramas de las muestras 1 y 4 de primera y quinta generación a
las temperaturas estudiadas.
Gráfico 2. Reogramas de las muestras estudiadas de segunda y quinta
generación de cada cervecería a 2ºC.
Gráfico 3. Reograma de viscosidad aparente en función de velocidad de
deformación de las muestras 2 y 3.
Gráfico 4. Influencia de la viabilidad en el comportamiento reológico de la
levadura.
6
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Comportamiento de los fluidos no Newtonianos.
Tabla 2. Factores y dominio experimental del diseño estadístico.
Tabla 3. Análisis de varianza de la Cervecería de Boyacá.
Tabla 4. Análisis de varianza de la Cervecería de Bogotá.
Tabla 5. Valores de las constantes de la ley de potencia para las muestras de
levadura de la Cervecería de Boyacá.
Tabla 6. Valores de las constantes de la ley de potencia para las muestras de
levadura de la Cervecería de Bogotá.
Tabla 7. Valores de viscosidad aparente de las levaduras estudiadas de la
Cervecería de Boyacá a diferentes velocidades de deformación, temperatura y
generación.
Tabla 8. Valores de viscosidad aparente de las levaduras estudiadas de la
Cervecería de Boyacá a diferentes velocidades de deformación, temperatura y
generación.
7
LISTA DE ANEXOS
Anexo A. Matriz de experimentos empleada para la evaluación de la influencia
de cada factor sobre la variable respuesta (Viscosidad aparente).
Anexo B. Valores del efecto de cada factor sobre la variable respuesta, valor p
y valor t, con SS residual y SS puro.
Anexo C. Coeficientes de regresión de cada Cervecería con SS residual y error
puro.
Anexo D. Resultados de la aplicación de modelo Herschel Bulkley para las
muestras estudiadas.
Anexo E. Reogramas levaduras de Cervecería de Boyacá y Cervecería de
Bogotá para cada generación a las temperaturas estudiadas.
Anexo F. Reogramas a 2ºC, 4ºC y 6ºC para todas las muestras estudiadas.
Anexo G. Reogramas de viscosidad aparente Vs. Velocidad de deformación de
las muestras estudiadas.
Anexo H. Procedimiento matemático empleado para determinar la velocidad de
deformación y el esfuerzo cortante a partir de cada velocidad de giro aplicada y
su correspondiente lectura del par torsión (%torque).
8
INTRODUCCIÓN
La cerveza es una bebida alcohólica de baja graduación resultante de
fermentar, mediante levadura seleccionada, el mosto procedente de malta de
cebada, sólo o mezclado con otros productos amiláceos transformables en
azúcares por digestión enzimática, cocción y aromatizado con flores de lúpulo.
Los constituyentes de la cerveza provienen de sus cuatro principales materias
primas: malta, lúpulo, agua y levadura. El principal componente de la cerveza
es el agua, que se acompaña de otros compuestos como etanol, ácidos,
compuestos nitrogenados, carbohidratos, sales minerales, vitaminas,
sustancias espumantes, sustancias aromáticas y compuestos fenólicos.
Antiguamente las cervezas eran en su mayoría de fermentación espontánea,
una gran variedad de levaduras salvajes eran las encargadas de producir las
fermentaciones. Los maestros cerveceros de entonces recargaban los tanques
de fermentación de mosto recién cocido sobre los restos de levadura que
quedaban en el fondo del tanque de la fermentación previa (para ellos no era
mas que una masa pastosa que quedaba como resto tras vaciar el tanque del
mosto anterior ya fermentado). La calidad de ésta “masa pastosa” era la
responsable del perfil característico de la cerveza de cada fábrica.1
La función de la levadura no se descubrió hasta la aparición del microscopio.
La levadura es el microorganismo que se nutre de los azúcares fermentables
contenidos en el mosto produciendo como subproductos alcohol etílico y CO2
bajo condiciones de ausencia de oxígeno. El conocimiento de sus
características y funcionamiento en el proceso cervecero han supuesto una
gran preocupación para los cerveceros, siendo uno de los elementos más
1EUFIC. El consejo Europeo de información sobre la alimentación. España. 2004. En:
http://www.eufic.org/sp/food/pag/food31/food312.htm. (Consulta: 5 Marzo, 2005).
9
difíciles de controlar en el proceso de elaboración de la cerveza, ésta
constituye una de las materias primas de mayor incidencia en las propiedades
organolépticas del producto final.
La fermentación y maduración de la cerveza en BAVARIA S.A. se realiza por
medio de dos sistemas, en tanques cilindro – cónicos que permiten la remoción
de levadura que ha sedimentado en el cono sin remoción de la cerveza y es
una practica común en la operación de los sistemas “Unitanque” y, en tanques
convencionales que son horizontales y/o verticales, los cuales requieren ser
desocupados para así retirar la levadura ya sedimentada. Éstos son empleados
de acuerdo al diseño tecnológico propio de cada planta. La Cervecería de
Bogotá, por ser una cervecería de tradición, posee un sistema de
fermentación–maduración en tanques convencionales (horizontales) mientras
que la Cervecería de Boyacá cuenta con tanques cilindros cónicos (verticales)
donde es posible realizar el proceso de fermentación-maduración en un mismo
tanque.
La Cervecería BAVARIA S.A. no cuenta con información que permita conocer
cual es el comportamiento reólogico de la levadura empleada para el proceso
de producción de cerveza (levadura tipo Saccharomyces cerevisiae variedad
uvarum) y tampoco se conocen los posibles efectos que producen las
diferentes geometrías del tanque en las propiedades reológicas de la levadura
empleada. De igual forma, la bibliografía consultada no proporciona
información acerca del comportamiento reológico que presenta la levadura
empleada para la fermentación de la cerveza y específicamente la empleada
en la BAVARIA S.A.
El manejo al cual está sometida la levadura en el proceso cervecero y la
importancia de ésta en las características de la cerveza hacen necesario el
conocimiento de sus propiedades reológicas que aporten a la industria
fundamentos científicos fundamentados y útiles en el desarrollo e
10
implementación de nuevas alternativas tecnológicas que permitan la
optimización de procesos de producción.
El desarrollo del presente investigación ha buscado dar respuesta a la
necesidad que la Empresa tiene de conocer cual es el comportamiento que
como fluido presenta la levadura empleada en dos sistemas de fermentación y
maduración ampliamente usados en la producción de cerveza.
11
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar el comportamiento reológico que presenta la levadura cervecera
empleada en tanques cilindro-cónicos frente a la empleada en tanques
convencionales en BAVARIA S.A.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Determinar mediante un planteamiento factorial completo si las variables
independientes temperatura, generación, viabilidad y pH ejercen algún efecto
sobre la variable respuesta o variable dependiente viscosidad.
Medir la viscosidad aparente de la levadura empleada en la fabricación de la
cerveza producida en BAVARIA S.A. Cervecería de Boyacá.
Medir la viscosidad aparente de la levadura empleada en la fabricación de la
cerveza producida en BAVARIA S.A. Cervecería de Bogotá.
Definir el modelo matemático que mejor se ajusta al comportamiento reológico
de la levadura cervecera.
Evaluar los cambios en el comportamiento reológico de la levadura de acuerdo
con la generación empleada en la fabricación de cerveza.
Evaluar los cambios en el comportamiento reológico que presenta la levadura
cervecera al variar la temperatura de la misma.
Determinar la influencia de la viabilidad de la levadura cervecera en el
comportamiento reológico de la misma.
12
1. MARCO REFERENCIAL
1.1. MARCO HISTORICO
Más de 100 años han pasado desde la llegada a Colombia, en el año 1876, del
Alemán Leo S. Kopp, quien fuera el creador de la sociedad “Kopp’s Deutsche
Brauerel”, el 4 de abril de 1889. Esta fecha considerada como la fundación
oficial de la “CERVECERÍA BAVARIA ALEMANA KOPP” , señala el inicio de la
industria cervecera en Colombia y el nacimiento de la más importante Empresa
Privada del País; una Empresa que con el correr del tiempo fue consolidándose
y que los Colombianos han hecho suya.
En éstos primeros años, la Compañía se abrió paso en medio de grandes
dificultades; como era la consecución de materias primas y mano de obra
calificada, la precariedad de las vías de comunicación y especialmente la lucha
por crear un mercado arraigado históricamente al mercado de bebidas
fermentadas derivadas del maíz. En 1960 cambia la razón social del Consorcio
por el de BAVARIA S.A. La adquisición de la Empresa, por parte del grupo
Santo Domingo, le abre las puertas para consolidarse como la cabeza de un
conglomerado industrial y financiero.
En 1973 se inaugura la moderna Cervecería de Bogotá, obra que coloca a la
compañía a la vanguardia tecnológica a nivel latinoamericano. En 1991 se
pone en funcionamiento la nueva planta de BAVARIA S.A. en la población de
Tibasosa, Departamento de Boyacá, ésta obra fue realizada con la más alta
tecnología cervecera; el proyecto fue dirigido y ejecutado por Ingenieros de
BAVARIA S.A. con una gran participación de tecnología Colombiana. En esta
planta se inició el cambio de proceso tradicional de fermentación y maduración
en cavas, al Uniproceso, es decir, que estas dos fases se realizan en un mismo
tanque exterior.
El conocimiento adquirido por BAVARIA S.A. en tecnología cervecera le
permite organizar periódicamente desde el año 1941 los cursos de formación
13
de Maestros Cerveceros e Ingeniería de Cervecería al cual asisten
profesionales de diferentes países de Latinoamérica y Europa. Todo ello, unido
a las inversiones en el Ecuador, Portugal y España, permite a BAVARIA S.A.
ubicarse mundialmente en el quinto lugar en producción, lo que demuestra el
progreso, los avances, proyección internacional y solidez de esta Empresa.2
1.2. MARCO CONCEPTUAL
Adjuntos. Son azúcares o cereales ricos en almidones transformables en otros
azúcares. Modifican las propiedades del mosto, definen el estilo de la cerveza.
Cerveza. Bebida resultante de un proceso de fermentación controlado, por
medio de levadura cervecera proveniente de un cultivo puro, de un mosto
elaborado con agua potable, cebada malteada sola o mezclada con adjuntos,
adicionado de lúpulo o sus extractos o concentrados3.
Generación. A la cantidad de levadura obtenida en cada fermentación se le
denomina generación de levadura, lo normal es obtener 4 veces la cantidad de
levadura agregada.
Esfuerzo de corte o cizalla. Se define como la fuerza por unidad de área
necesaria para alcanzar una deformación dada. La unidad de esta magnitud en
el sistema internacional es el Pascal (Pa).
Fermentación. La fermentación cervecera es descrita como el proceso en
donde los carbohidratos fermentables son transformados en etanol y
numerosos subproductos; por medio de las interacciones con otros
constituyentes del mosto.
2 BAVARIA S.A. Cervecería de Boyacá. Elaboración de mosto en la sala de cocimientos.
Código 22008004. Colombia. 2004. 3ICONTEC. NTC 3854. Bebidas alcohólicas. Cerveza. Colombia.1999.
14
Fluido Newtoniano. Fluido en el cual la viscosidad es constante
independientemente del esfuerzo de corte al cual es sometido.
Fluido no Newtoniano. Fluido en el cual la viscosidad depende del esfuerzo
de corte aplicado.
Flujo seudoplástico. Fluido en el cual la viscosidad disminuye a medida que
aumenta el esfuerzo de corte sobre el fluido. La viscosidad aparente depende
en ellos de la velocidad de deformación por cizalladura, pero no del tiempo
durante el cual están sometidos a la tensión cizallante.
Grados Plato (ºP). La cantidad en gramos de extracto seco primitivo del mosto
original de la cerveza contenido en 100 gramos de dicho mosto a la
temperatura de 20 ºC.
Levadura. Microorganismo unicelular que se reproduce asexualmente por
gemación; proceso en el cual la célula hija nace de la célula madre por medio
de yemas, su importancia radica en la conversión de azúcares fermentables en
etanol, gas carbónico y otros compuestos químicos que dan características
organolépticas al producto. Levadura de siembra. Levadura recolectada luego de fermentar el mosto en
un unitanque con el fin de utilizarla en otro proceso de fermentación. Debe
cumplir los requisitos especificados de viabilidad y estado microbiológico.
Levadura de descarte. Levadura que por los procesos de presión y muerte
celular normal que ocurre dentro del Unitanque no es apta para ser utilizada de
nuevo en el proceso por su baja viabilidad y vitalidad. También se aplica el
término a la levadura de siembra que ya no se requiere en el proceso, a
levadura con más de cinco generaciones o con contaminación bacterial mayor
al límite permitido.
15
Lúpulo. Planta de color verde (humulus lupulus) que se le añade al mosto bajo
la forma de flor propiamente dicha, pellest o diferentes tipos de extractos para
lograr el sabor amargo, al mismo tiempo tiene propiedades bactericidas y
contribuye a la estabilidad de la espuma en la cerveza.
Reograma. Gráfico que representa el esfuerzo de corte ó viscosidad en función
de la velocidad de corte.
Reología. La reología se define como la ciencia que estudia la deformación y el
flujo de la materia. La Reología estudia principalmente fluidos que tienen
estructura y que se conocen con el nombre genérico de fluidos no
Newtonianos.
Reopexia. Se define como el incremento de viscosidad aparente por la acción
de un esfuerzo a una velocidad de cizallamiento constante, seguido de una
gradual recuperación cuando es retirado el estimulo. El efecto es función del
tiempo.
Tanque Cilindro-cónico (Unitanque). Tanque donde se realiza el uniproceso,
es decir, la fermentación y maduración de la cerveza.
Tanque Convencional. Tanque horizontal y/o vertical empleado
tradicionalmente para realizar la fermentación de la cerveza.
Tixotropía. Se define tixotropía como la disminución de viscosidad aparente
por la acción de un esfuerzo a una velocidad de cizallamiento constante,
seguido de una recuperación gradual cuando se retira el estímulo. El efecto es
función del tiempo.
Viabilidad. Describe un grupo de características o capacidades que posee la
levadura y que están relacionadas con el poder fermentativo, eficiencia
respiratoria, habilidad para tomar oxígeno, actividad metabólica y reproductiva,
entre otras. Es la condición química y fisiológica de la levadura que le permite
16
un comportamiento adecuado durante la fermentación. La viabilidad determina
el contenido de células vivas y con capacidad de reproducción.
Viscosidad. Viscosidad es la medida de la resistencia interna que ofrece un
fluido a su deformación. En el caso de un líquido verdadero, la fuerza aplicada
de modo continuo durante un período de tiempo produce un flujo continuo.
Cuantitativamente es el cociente entre el esfuerzo de cizallamiento y la
velocidad de cizallamiento (o gradiente de velocidad) en flujo estacionario.
Viscosidad aparente. Es la viscosidad de un fluido en unas determinadas
condiciones de temperatura y agitación. No depende de las características del
fluido sino de las condiciones ambientales. Relación entre el esfuerzo cortante
y la velocidad de deformación correspondiente.
1.3. MARCO TEORICO
Desde el nacimiento de la cerveza hasta estos días su proceso de elaboración
ha sido cambiante pasando de ser en sus inicios un proceso espontáneo a ser
en la actualidad toda una industria que cuenta con tecnología de punta y se
extiende a lo largo de todo el mundo.
1.3.1. Elaboración de cerveza. La cerveza es la bebida resultante de
fermentar mediante levaduras seleccionadas el mosto procedente de malta de
cebada (sólo o mezclado con otros productos amiláceos transformables en
azúcares por digestión enzimática) tras su cocción y aromatizado con lúpulo.
La malta se obtiene mediante la germinación, desecación y tostado de la
cebada. En Colombia tendrá una graduación alcohólica del 2.5 al 7%.4 Para
fabricar cerveza son necesarias cinco materias primas: malta, agua, levadura,
lúpulo y en ocasiones adjuntos (en BAVARIA S.A. se utiliza como adjunto el
triturado de arroz).
4 ICONTEC. NTC 3854. Ibíd.
La malta se obtiene a partir de granos de cebada. El proceso de malteado es
imprescindible ya que la cebada no se puede utilizar directamente en la
producción de cerveza, al no tener desarrollado el sistema enzimático
encargado de transformar el almidón en azúcares.
La composición del agua influye fuertemente en la calidad de la cerveza
producida. Resulta imprescindible una estandarización del agua de proceso
para que no se produzcan variaciones en el sabor y características de la
cerveza.
El lúpulo se añade al mosto para contribuir al aroma, proporcionar el amargor
típico de la cerveza e inhibir la actividad microbiológica debido a sus
propiedades antisépticas. En BAVARIA S.A. es añadido en pellets.
La levadura es esencial para el proceso de elaboración de cerveza en donde
la mayor parte de las sustancias presentes en el mosto (azúcares) difunden a
través de la pared hacia el interior de la célula.
Los adjuntos (triturado de arroz) se pueden añadir a la malta para aumentar su
contenido en almidón y, por tanto, el porcentaje de azúcares fermentables.
Las materias primas empleadas para la fabricación de la cerveza son
cuidadosamente seleccionadas a fin de contar con un producto final de
excelentes características. En la figura 1 se pueden apreciar las materias
primas más importantes empleadas en el proceso cervecero.
Figura 1: Materias primas.
Malta Levadura Lúpulo
17
18
Proceso de elaboración del Mosto. En la figura 2 se puede apreciar el
proceso de elaboración anteriormente descrito, es decir, desde la recepción de
la materia prima hasta la llegada de la cerveza al salón de embotellado.
En la Cervecería de Boyacá, el proceso de elaboración del mosto se lleva a
cabo en la sala de cocimientos. Inicialmente la malta y los cereales crudos son
pesados y molidos; los adjuntos como el arroz pasan a la olla de crudos, donde
se proporcionan las condiciones necesarias para la extracción y gelatinización
de los almidones. La harina de malta pasa a la olla de mezclas, en la cual se
recibe la masa de crudos hirviendo, ayudado con vapor si es necesario, para
conseguir al final del bombeo la temperatura de conversión seleccionada para
el descanso de sacarificación, con el fin de obtener el grado de fermentación
especificado. A continuación la masa se bombea a la olla de filtración, aquí por
medio de la bomba del turbio se va devolviendo el filtrado; este proceso se
realiza hasta obtener un mosto brillante y sin partículas en suspensión. En
seguida el mosto pasa a la olla de cocción y se agrega el lúpulo y las sales
correctoras, durante esta operación el movimiento del mosto debe ser muy
fuerte para lograr una buena separación de las proteínas y otros compuestos
presentes en forma coloidal. Posteriormente el mosto pasa al tanque de
sedimentación (Whirlpool), luego pasa a través de un enfriador de placas y se
airea.
La elaboración del mosto tiene una duración aproximada de 4 horas. Cada
cocimiento es de aproximadamente 1000 Hectolitros, es decir, que para llenar
un unitanque el proceso en la sala de cocimientos se debe repetir 4 veces, por
lo tanto el llenado demora en promedio 16 horas5. La adición de la levadura es
realizada en el segundo y tercer cocimiento. La cepa de levadura utilizada es
propia de la Cervecería.
5BAVARIA S.A. Cervecería de Boyacá. Elaboración de mosto en la sala de cocimientos. Código
22008004. Colombia. 2004.
Figura 2: Proceso cervecero tradicional.
19
20
Fermentación – Maduración. La transformación del mosto en cerveza
se realiza mediante la fermentación la cual es descrita como el proceso en
donde los carbohidratos fermentables son transformados en etanol y
numerosos subproductos; por medio de las interacciones con otros
constituyentes del mosto. Es el paso más importante del proceso de
elaboración de la cerveza. Depende de diferentes variables como la
composición del mosto, la temperatura, la presión, la cantidad y tipo de cepa de
levadura que se utilice, la cantidad de oxígeno disuelto en el mosto, el zinc,
calcio y otros metales y minerales contenidos en el mosto, forma y geometría
de los tanques y corrientes que se produzcan en su interior. 6
La fermentación que tiene lugar en BAVARIA S.A. es del tipo lager. Se
emplean cultivos de levadura Saccharomyces cerevisiae variedad uvarum, que
tiene como característica principal que fermenta a temperaturas muy bajas y
produce sabores muy limpios. Es una levadura de fermentación de fondo,
tiende a depositarse en el fondo de los tanques (flocular) en cuanto ha
fermentado parte del mosto.
En la figura 3 se pueden apreciar los dos sistemas empleados para la
fermentación y maduración de la cerveza. Normalmente, la levadura puede ser
utilizada en el proceso varias veces sin comprometer las características del
producto cervecero.
Una vez la cerveza ha madurado, es clarificada, filtrada y llevada a tanques de
contrapresión en donde se le inyecta CO2. Finalmente, se envía al salón de
envase.
6MESONES, B. Manual práctico del cervecero. España. 2004. En: http://
www.cervecería.info/proceso.html. (Consulta: 2 Marzo, 2005).
Figura 3: Fotografías tanques empleados para la fermentación.
TANQUE CILINDRO CÓNICO TANQUE CONVENCIONAL
Proceso de fermentación - maduración en la Cervecería de Boyacá. El
Uniproceso es una etapa en la producción de cerveza que reúne en un
tanque cilindro-cónico (Unitanque) tanto el proceso de fermentación del
mosto como el de maduración de la cerveza.
Para que la levadura se desempeñe consistentemente es importante tener
un fermentador bien diseñado donde la hidrodinámica dentro del mismo
permita la dispersión uniforme de la levadura en el mosto y el mejor control
posible en el intercambio de calor. La geometría de un tanque bien
diseñado promoverá un buen patrón de circulación durante la fermentación
proporcionando una consistencia excelente, actualmente el diseño del
tanque cilindro – cónico es el más popular. Los tanques cilindro - cónicos
son construidos con una parte superior cilíndrica y una parte inferior de
forma cónica. Esta forma se da debido a que la levadura se acumula en el
fondo de esta forma puede ser retirada bien y completamente. Las
dimensiones del tanque son de gran importancia y deben ser
cuidadosamente determinadas ya que según estudios realizados se ha
comprobado que la composición de los subproductos de fermentación es
influenciada por las dimensiones del recipiente en que ésta se realice7. La
forma cilindro-cónica da lugar a un mayor grado de mezcla del mosto,
21
7 KLIMOVITZ Ray. El cervecero en la práctica. Un manual para la industria cervecera. 3 ed. Minnesota: Asociación de Maestros cerveceros de las Américas, 2002, p 275.
22
gracias a la convección interna, que es un movimiento natural producido
dentro del unitanque, por acción de las diferencias de temperatura y
densidad; permitiendo una fermentación uniforme y homogénea en todo el
volumen contenido en el tanque. La presión en los unitanques afecta a la
levadura de tal forma que al aumentar la presión se produce una inhibición
en la reacción de descarboxilación (baja la producción de alcohol y acetil
CoA) disminuyendo el crecimiento de la levadura8.
El uniproceso se inicia con la inyección de la levadura una vez se obtiene el
mosto frío para propiciar las condiciones de fermentación, y termina con la
maduración de la cerveza en temperaturas inferiores a los 0º C. El proceso
de fermentación dura aproximadamente 7 días, tiempo en el cual el mosto
permanece a una temperatura entre 13 y 15 0C. Al final de este proceso de
fermentación la levadura se sedimenta por aplicación de frío y se obtiene un
sobrenadante denominado “Cerveza Verde”. Durante la fermentación, la
actividad metabólica de la levadura genera los subproductos de CO2,
alcohol y lógicamente un exceso de levadura. El CO2 en forma gaseosa se
retira del líquido y es aprovechado posteriormente en los procesos de
filtración y contrapresión. La levadura es igualmente removida pasando a
los tanques colectores de levadura desde donde una parte es utilizada
nuevamente en la fermentación de mostos de otros cocimientos y la otra, es
transportada al filtro prensa para recuperar la cerveza encapsulada en ésta.
Finalmente, en la maduración de la cerveza se da un reposo al líquido que
permite lograr las características organolépticas (físicas y químicas) del
producto terminado. El proceso de maduración, en los unitanques, puede
tardar entre 12 y 20 días a una temperatura entre 0o +/-0.5°C, a cuyo
término se obtiene la cerveza, para iniciar el proceso de filtración y
contrapresión.
8 CASTAÑÉ, F.X. Alimentación equipos y tecnología. Los tanques cilindro – cónicos y el tiempo de guarda de la cerveza. Revista No 5. Mayo 2000, p 81 – 82.
23
En la Cervecería de Boyacá la levadura es empleada hasta 5
generaciones. La inoculación de levadura, la cantidad, el método, la
viabilidad de ésta y su distribución en el mosto tienen un gran impacto en la
fermentación. La Cervecería cuenta con 4 colectores de levadura con
sistema de refrigeración (amoniaco) a fin de mantener la levadura entre 0 y
2°C.
La inoculación de la levadura al mosto se realiza con el colector de levadura
contrapresionado de 2 a 3 bar dando paso a la red de levadura que la
conduce a la bomba de agregación, ésta a su vez la envía a la red de mosto
que viene a una temperatura de 8 a 11°C y que ha sido previamente
aireado de 14 a 16 ppm. Finalmente el mosto, aireado e inoculado, es
dirigido hacia el unitanque a llenar.
La recolección de la levadura se realiza una vez el mosto ha fermentado y
ha alcanzado 4.20 °P (en una temperatura de 13 a 15°C) dando paso al
primer enfriamiento, a una temperatura de 5 a 6°C con el fin de que la
levadura, por acción del frío, se deposite en el cono del Unitanque (proceso
que dura de 24 a 48 horas). Al término de este tiempo, la levadura es
trasegada al colector correspondiente por presión hidrostática. La
temperatura del colector es de 1 a 3 °C y en este permanece de 24 a 36
horas para nuevamente ser empleada. En la figura 4 se puede apreciar el
circuito que recorre la levadura para se inoculada y posteriormente
recolectada para su posterior empleo.
La Cervecería de Boyacá cuenta con 20 Unitanques; 18 Unitanques con
una capacidad de 5000 hl y 2 Unitanques con una capacidad de 1000 hl.
Figura 4: Inoculación de levadura al mosto en la Cervecería de Boyacá.
Proceso de fermentación - maduración en la Cervecería Bogotá. Como
es usual en los procesos convencionales, la fermentación y maduración de
la cerveza, es efectuada en tanques diferentes. Una vez el mosto es
obtenido y enfriado se da paso hacia el tanque donde se llevará a cabo la
fermentación y, tal como se ha expuesto para la Cervecería de Boyacá, la
levadura es inoculada en las condiciones de aireación y temperatura
adecuadas. El patrón de fermentación de la Cervecería de Bogotá es
similar, en cuanto a tiempo y temperatura, al de la Cervecería de Boyacá.
Una vez la cerveza ha alcanzado los 4.2°P (grado plato), la levadura es
retirada mediante la aplicación de bajas temperaturas (1 a 3°C), y la
cerveza verde es trasegada al tanque de maduración correspondiente. Es
importante resaltar que, a diferencia de la Cervecería de Boyacá, la
levadura en la Cervecería de Bogotá, antes de pasar al correspondiente
colector y a su salida para ser inoculada, es enfriada mediante un enfriador
de placas adecuado para tal fin.
24
La levadura es examinada rutinariamente y almacenada en los colectores
que se mantienen a una temperatura de 2 a 3°C, donde permanece hasta
una nueva aplicación. Se emplean de 5 a 6 generaciones de levadura.
25
La Cervecería de Bogotá cuenta con 30 tanques horizontales con una
capacidad de 2700 hl, 12 tanques con una capacidad de 1350 hl y 4
colectores de levadura con una capacidad de 150 hl.
1.3.2. Reología en alimentos. La reología de los alimentos es el estudio de la
deformación y flujo de las materias primas sin procesar, los productos
intermedios o semielaborados, y los productos finales de la industria
alimentaria9. El conocimiento adecuado de las propiedades reológicas de los
alimentos es muy importante por distintas razones, entre las cuales se
destacan las siguientes:
Diseño de procesos y equipos en ingeniería. El conocimiento de las
propiedades de comportamiento al flujo y de deformación de los alimentos son
imprescindibles en el diseño y dimensionado de equipos tales como cintas
transportadoras, tuberías, tanques de almacenamiento y bombas para el
manejo de alimentos. Además, la viscosidad se utiliza para la estimación y
calculo de los fenómenos de transporte de cantidad de movimiento, calor y
energía.
Evaluación sensorial. Los datos reológicos pueden ser muy interesantes para
modificar el proceso de elaboración o la formulación de un producto final de
forma tal que los parámetros de textura del producto final se encuentren dentro
de los requerimientos del consumidor.
Información sobre estructura del alimento. Los estudios reológicos aportan
información que facilita la comprensión de la estructura de los alimentos,
también ayudan a predecir los cambios estructurales durante los procesos a los
cuales son sometidos.
9 WHITE, G.W. Rheology in food research. En: Journal of food technology. Revista No 5. Agosto, 1970, p 1 – 32.
26
Control de calidad. Las medidas de viscosidad continuas son cada vez más
importantes en muchas industrias alimentarias con objeto de controlar el buen
funcionamiento de los procesos productivos, la calidad de las materias primas,
productos intermedios y acabados
Los numerosos estudios reológicos realizados en los alimentos que se
encuentran en la bibliografía confirman la gran diversidad de comportamientos
al flujo que pueden presentar. Todo ello hace necesario el análisis crítico de los
fenómenos subrayados bajo una variedad de condiciones de flujo y establecer
las relaciones entre la estructura y el comportamiento al flujo. 10.
La reología de fluidos estudia la relación que existe entre la fuerza motriz que
provoca el movimiento del fluido (esfuerzo cortante σ) y la velocidad de flujo
que se origina (gradiente del perfil de velocidad γ).
El esfuerzo cortante σ es la fuerza por unidad de área aplicada paralelamente
al desplazamiento (cortante). Tiene unidades de fuerza dividido por superficie,
en el sistema internacional de unidades. se mide en Pa*s. el esfuerzo cortante
es una magnitud microscópica ya que cambia en cada punto del perfil de
velocidades.
El esfuerzo cortante provoca el desplazamiento ordenado de los elementos del
fluido, que alcanzan unas velocidades relativas estacionarias V(x). La velocidad
de corte se define como el gradiente (velocidad espacial de cambio) del perfil
de velocidades γ = dV/dx. La velocidad de corte (gradiente de velocidad) se
mide en tiempo-1 (1/s).
La clasificación de los fluidos alimentarios según su comportamiento reológico
puede establecerse de la siguiente forma:
10CESCA. Tesis doctorales en red. España. 2005. En: http://www.tdx.cesca.es. (Consulta: 20
Marzo, 2005).
27
Fluidos Newtonianos. El fluido Newtoniano no posee propiedades
elásticas, es incompresible, isotrópico y carente de estructura y, como el sólido
de Hooke, no existe en la realidad. Sin embargo, muchos líquidos reales
muestran un comportamiento Newtoniano en un amplio rango de esfuerzos
cortantes. Estos líquidos son a los que los reólogos se refieren como” líquidos
Newtonianos”11.
El comportamiento reológico de los fluidos ideales o Newtonianos puede
describirse mediante la ley de Newton de la viscosidad, que viene expresada
por la ecuación:
σ = ηγ
Que indica que cuando un fluido es sometido a un esfuerzo cortante, σ, existe
una proporcionalidad directa entre la velocidad de deformación o gradiente de
velocidad, γ, que sufre el fluido y dicho esfuerzo cortante. Esta constante de
proporcionalidad, η , es el llamado coeficiente de viscosidad, viscosidad
dinámica o simplemente viscosidad. En este tipo de fluidos la viscosidad sólo
depende de la temperatura y composición, siendo independiente del tiempo, de
la velocidad de deformación y de la historia previa del fluido.
Fluidos no Newtonianos. Son aquellos fluidos que no cumplen la ley de
Newton de la viscosidad, por lo tanto, la relación entre el esfuerzo cortante y la
velocidad de deformación deja de ser lineal. Estos fluidos se caracterizan
porque su viscosidad no permanece constante cuando la temperatura y la
composición permanecen invariables, sino que depende del esfuerzo cortante o
gradiente de velocidad y, a veces, del tiempo de aplicación del esfuerzo y de la
historia previa del producto o muestra. Ello es debido a que la constitución
física varía al someter el producto a los efectos de rozamiento a lo largo del
tiempo. Dado que en este tipo de fluidos la viscosidad no permanece
constante, se define la viscosidad aparente, ηa, como la relación entre el
11 MULLER, H.G. Introducción a la reología de los alimentos. Zaragoza: Acribia, 1973, p14.
28
esfuerzo cortante y la velocidad de deformación correspondiente a una
determinada condición de temperatura y agitación (no normalizada).
ηa = σ / γ ≠ Cte.
Se dan cuatro tipos de comportamientos dentro de los fluidos no Newtonianos,
que se dividen en dependientes o independientes del tiempo como se expone
en la tabla 1.
Tabla 1. Comportamiento fluidos no Newtonianos.
INDEPENDIENTE DEL TIEMPO
(estado estacionario)
DEPENDIENTE DEL TIEMPO
ACLARAMIENTO SEUDOPLASTICIDAD TIXOTROPIA
ESPESAMIENTO DILATANCIA REOPEXIA
Flujo independiente del tiempo. Se presentan dos comportamientos en
los fluidos independientes del tiempo: la seudoplasticidad y la dilatancia.
Los fluidos SEUDOPLÁSTICOS se caracterizan porque su viscosidad
aparente decrece cuando aumenta el gradiente de velocidad de
deformación. Este comportamiento indica una ruptura o reorganización
continua de la estructura, dando como resultado una menor resistencia al
flujo, y es debido a la presencia de sustancias de alto peso molecular así
como a la dispersión de sólidos en la fase líquida.
Para los fluidos seudoplásticos, que en general están formados por
partículas de forma irregular, moléculas de largas cadenas ramificadas o
entrecruzadas o que forman agregados moleculares, se ha brindado la
siguiente explicación a su comportamiento: las partículas componentes
presentan en estado de reposo un movimiento desordenado, siendo alta la
resistencia a fluir; al aplicar una velocidad de deformación creciente, éstas
se orientan en la dirección del flujo, pudiendo llegar a deslizarse mejor unas
respecto a otras, lo cual se traduce en la disminución de la viscosidad. Al
cesar la acción, debido al movimiento browniano recupera su estado
original. No obstante se observa que para valores muy bajos y muy altos de
velocidad de deformación existe una relación lineal entre el esfuerzo
cortante y la velocidad de deformación y por lo tanto un valor constante de
viscosidad. En el primer caso, el movimiento browniano predomina,
manteniendo el orden casual, y en el segundo caso, ya se ha alcanzado la
orientación de las partículas. Los valores de viscosidad asociados se
conocen como viscosidad a gradiente cero y a gradiente infinito. En general,
para velocidades de deformación mayores que 0,1 s-1 se aprecia el efecto
de disminución de viscosidad. 12. El comportamiento anteriormente descrito
puede ser apreciado en la figura 5 que a continuación se presenta.
Figura 5: Comportamiento seudoplástico de una suspensión.
El otro comportamiento que presentan ciertos fluidos independientes del
tiempo es la DILATANCIA cuya principal característica es que al aumentar
la velocidad de deformación aumenta la viscosidad aparente. La dilatancia
es evidencia de una formación o reorganización de la estructura de la
muestra, dando como resultado un aumento en la resistencia al aplicar una
fuerza.
12BREGNI, C. Reología. Argentina. 2003. En:
http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia20I/Reologia/Introduccion_a_la_Reologia.htm. (Consulta: 2
Marzo, 2005).
29
30
Flujo dependiente del tiempo. Se presentan dos comportamientos en
los fluidos dependientes del tiempo, la tixotropía y la Reopexia. La
TIXOTROPÍA es un ablandamiento dependiente del tiempo, mientras que
en la REOPEXIA el comportamiento al flujo es contrario a la tixotropía, es
decir, la viscosidad aparente aumenta con el tiempo en que la muestra es
sometida a un determinado gradiente de velocidad, lo que les confiere una
cierta semejanza con los fluidos dilatantes en el sentido de que la única
diferencia es si el tiempo para la destrucción o formación de estructura es
detectable o no.
La viscosidad se mide utilizando instrumentos denominados reómetros ó
viscosímetros. Hay dos métodos para medir viscosidad. El primero es variar la
deformación (velocidad de corte) y medir la fuerza resultante. Este tipo de
instrumentos se denominan instrumentos de deformación controlada y son los
tipos más comunes de reómetros. El segundo es aplicar una fuerza controlada
a la muestra y medir la deformación resultante.
Los viscosímetros pueden ser divididos en instrumentos de control de calidad y
en instrumentos para investigación y desarrollo. Los instrumentos para control
de calidad son aquellos que no poseen una geometría de corte controlada, lo
cual significa que la velocidad de corte no está definida. Los instrumentos para
investigación y desarrollo poseen una geometría de corte controlada lo cual
significa que la velocidad de corte puede ser controlada y variada para obtener
datos de viscosidad a diferentes velocidades de corte.
El viscosímetro Brookfield es ampliamente utilizado para mediciones a bajas
velocidades de corte. Los fabricantes de Brookfield recomiendan el uso de
muestras grandes (600 centímetros cúbicos) para minimizar el efecto de las
paredes del recipiente donde se aloja el material. El efecto de las paredes será
peor a altas velocidades de rotación (altas velocidades de corte). Esto significa
que a 20 r.p.m. los datos obtenidos serán más sensibles al tamaño de la
muestra que a 100 r.p.m. Por otro lado los factores de conversión utilizados
31
para calcular la viscosidad no contemplan exactamente los efectos de borde de
los diferentes spindles ó agujas.
Modelos reológicos. El comportamiento reológico de un fluido alimentario
puede describirse según distintas ecuaciones que relacionan el esfuerzo
cortante con la velocidad de deformación.
En la literatura se reportan diversas ecuaciones para describir el
comportamiento reológico de los fluidos no newtonianos independientes del
tiempo. Las más comunes son13:
σ = K γ n Ecuación Ley de potencia
σ = τo + K γ n Ecuación de Herschel- Bulkley
σ0,5 = τo0,5 + K1 γ n1 Ecuación de Casson modificada
σ n1 = τon1 + K1 γ n2 Ecuación de Herschel- Bulkley modificada
σ = K1 γ + K2 γ 3 +… Ecuación Serie de potencias
En estas expresiones K, K1, K2, n, n1, n2, τ y τo son constantes características
del sistema. Corresponderá al investigador la selección de una u otra ecuación
en dependencia del ajuste logrado a los resultados experimentales.
13 UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI. Facultad de química de Tarragona. Italia. 2005. En:
http://www.quimica.urv.es/~w3fa/assignat/quimica/feltm/xreol.htm. (Consulta: 10 Marzo, 2005).
32
Las ecuaciones más utilizadas para los fluidos independientes del tiempo son
las de la ley de potencia y la de Herschel – Bulkley, encontrándose con la
primera un buen ajuste para muchos fluidos seudoplásticos y dilatantes. Para
éstos el valor de K recibe el nombre de índice de consistencia y el valor de n
el de índice de comportamiento de flujo (o índice de flujo). En el caso de los
fluidos plásticos τo es el esfuerzo de fluencia, tensión límite a partir de la cual
comienza a fluir el material. El umbral de fluencia puede presentarse como
consecuencia de un entrelazado de moléculas o partículas de gran tamaño,
con ramificaciones o de forma irregular.
K da una idea de la consistencia del producto y n de la desviación del
comportamiento al flujo respecto al newtoniano. Otra relación muy utilizada es
la propuesta por Herschel y Bulkley, cuya expresión supone ampliar la ley de la
potencia con un término correspondiente al umbral de fluencia.
De los modelos utilizados para describir el comportamiento reológico de los
fluidos seudoplásticos, el más conocido y simple de aplicar es el de Ostwald-De
Waale, también conocido como ley de la potencia. Cada ecuación puede
representar, dependiendo de los valores que tomen las constantes,
comportamientos newtonianos, plásticos de Bingham, seudoplásticos y
dilatantes. Para los fluidos dependientes del tiempo y los viscoelásticos se
requieren ecuaciones de mayor complejidad que pueden ser consultadas en
diversas fuentes. El comportamiento seudoplástico es, quizás, el más frecuente
en los fluidos alimentarios. En general, se comportan de esta forma muchos
derivados de frutas y vegetales como algunos zumos y purés de frutas,
derivados del tomate, confituras de fruta; productos lácteos como la nata o la
leche azucarada condensada; algunas sopas y salsas; la clara de huevo; la
yema del huevo, etc.14
14 SATER. Sociedad Argentina de tecnólogos en recubrimientos. Argentina. 1998. En:
http://www.sater.org.ar/Art.%20de%20De%20Notta.htm. (Consulta: 25 Marzo, 2005).
33
2. METODOLOGIA DE LA EXPERIMENTACIÓN
Para el desarrollo del trabajo de grado se planteó una metodología ordenada y
encaminada a alcanzar los objetivos previamente planteados. Para tal fin, a
continuación se describirán los materiales y métodos que se emplearon y que
permitieron caracterizar reológicamente la levadura cervecera empleada en
BAVARIA S.A.
Inicialmente se planteó una hipótesis nula Ho la cual propuso que “la reología
de la levadura empleada en BAVARIA S.A. no se ve afectada por la geometría
del tanque en que se realice la fermentación del mosto” y una hipótesis alterna
Ha la cual propuso que “la reología de la levadura en BAVARIA S.A. se ve
afectada por la geometría del tanque en el cual se realice la fermentación del
mosto”. Por medio del desarrollo de la investigación se pretendió dar respuesta
a dichas hipótesis para así determinar cual de estas es válida.
Para la evaluación estadística de la investigación se empleó un planteamiento
factorial completo mediante el cual se evalúan diferentes factores de proceso
(variables independientes) y su incidencia sobre la variable respuesta (variable
dependiente). En este caso, se evaluaron las variables de proceso específicas
a las cuales la levadura se ve sometida en la producción de cerveza las cuales
son: temperatura, pH, generación y viabilidad de la levadura. Éstas
constituyeron las variables independientes de la evaluación estadística,
mientras que la variable respuesta o variable dependiente fue la viscosidad
aparente resultante al variar y combinar cada una de las variables
independientes. Los factores estudiados y su dominio experimental se
muestran en la tabla 2.
Para conocer el efecto de un factor es suficiente con hacerlo variar entre dos
valores. Los más adecuados son los extremos de su dominio experimental,
34
entre el nivel –1 y el +1. Y además esta variación se debe realizar para cada
posible combinación de los valores de los demás factores. Esto permitirá
descubrir si el efecto depende de qué valor tomen los otros factores.
Tabla 2. Factores y dominio experimental.
FACTOR DOMINIO EXPERIMENTAL
NIVEL (-) NIVEL (+) Punto
central (0)
X1: Temperatura
X2: Generación
X3: Viabilidad
X4: Ph
2°C
1
85%
3.5
6°C
5
95%
5.5
4°C
3
90%
4.5
Se realizó la matriz de experimentos 24 con el punto central incluido en el
planteamiento, con repetición triplicada, lo que resultó en un total de 19
ensayos. La matriz empleada se encuentre en el anexo A del presente trabajo,
en ella se describen las diferentes combinaciones posibles al variar cada factor
en sus niveles establecidos los cuales corresponden a cada ensayo a realizar.
Los análisis se realizaron por separado para cada Cervecería a fin de evitar
errores de interacción por la evaluación de muchos factores en una sola matriz,
lo cual resultó en 38 ensayos, 19 por cada cervecería.
La obtención de los datos se facilitó con el uso del software STATISTICA
versión 5.0, el cual evaluó cada factor y sus respectivas interacciones frente a
la variable respuesta, viscosidad aparente (cP). Se aplicó un análisis de
Varianza (ANOVA), se analizaron los resultados a través del error puro y del
SS residual, respectivamente y con un nivel de confianza del 95% teniendo en
cuenta el desvío patrón, valor p (probabilidad), también llamado nivel de
significancia, y el valor de t (efecto / desvío patrón). Ver anexo B.
35
Para la evaluación de los resultados obtenidos se tuvieron en cuenta las
siguientes consideraciones: cuanto más próximo a cero es el valor del
coeficiente de regresión de cada factor, menor incidencia tiene sobre la variable
respuesta. Del mismo modo, cuanto mayor es el valor del efecto, mayor es la
incidencia que ejerce sobre la variable respuesta y cuanto mayor es el valor t,
mayor la incidencia en la variable respuesta. Además los factores que tienen
incidencia sobre la variable respuesta son aquellos que se encuentran con
valores de p inferiores al nivel de confianza establecido. (Ver anexo C).
Una vez establecida la influencia de cada factor sobre la reología de la
levadura se procedió a hacer un seguimiento puntual de la levadura de cada
cervecería enfatizando en la evaluación de los factores que resultaron
influyentes en la variable dependiente, es decir, la temperatura, la generación
de levadura y la viabilidad.
La materia prima estudiada fue levadura Saccharomyces cerevisiae variedad
uvarum suministrada por BAVARIA S.A. Cervecería de Boyacá y Cervecería de
Bogotá. Para el análisis de viscosidad aparente y viabilidad de la levadura se
emplearon los métodos establecidos por BAVARIA S.A. en su manual de
instrucciones de laboratorio15. A continuación se describe la ejecución de cada
uno de ellos los cuales fueron realizados de igual forma para todas las
muestras analizadas.
Medidas reológicas. Se utilizó un viscosímetro digital Brookfield LVDII+
RV versión 3.0 equipado con sensor de temperatura. Se determinó el spindle o
aguja adecuada para efectuar las medidas reológicas de la levadura. Se
colocaron 600ml de muestra de levadura y una vez atemperada mediante un
baño de hielo se procedió a cizallar la muestra a la máxima velocidad de giro
15BAVARIA S.A. Cervecería de Boyacá. Elaboración de mosto en la sala de cocimientos.
Código 22008004. Colombia. 2004.
36
del rotor, 100 rpm, durante un minuto con el fin de eliminar la posible tixotropía
que pudiera presentar el producto.
Las velocidades de giro del rotor a las cuales se realizaron las lecturas fueron:
0.5, 1, 2, 2.5, 4, 5, 10, 20, 50 y 100 rpm. Para cada velocidad de giro
seleccionado, el aparato devuelve la lectura del par de torsión (%torque
dina/cm) correspondiente. A partir de estos pares valores es posible calcular
los pares valores de velocidad de deformación (γ) y esfuerzo cortante (σ),
según las instrucciones del fabricante el procedimiento matemático para
obtener dichos pares es el siguiente:
La velocidad de giro (dada en revoluciones/minuto) debe llevarse a
velocidad angular (radianes/segundo) para finalmente obtener los
valores de velocidad de deformación γ (1/s).
Para determinar el esfuerzo cortante partiendo del %torque (dina/cm), es
necesario hallar el momento para cada valor teniendo en cuenta la
constante del resorte, el radio y la longitud de la aguja empleada para
hacer las mediciones, dichos datos son proporcionados por el fabricante
en el correspondiente manual del equipo.
En el anexo H se describen cada una de las formulas empleadas para obtener
la velocidad de deformación y el esfuerzo cortante de las muestras estudiadas
de la levadura cervecera.
Cada muestra fue analizada por triplicado, por tanto, el valor final del esfuerzo
cortante para cada una de las velocidades de deformación es un valor medio
resultante de las tres lecturas puntuales. Las condiciones de temperatura,
generación y viabilidad de la levadura a las cuales se realizaron los análisis
fueron los descritos como dominio experimental en la tabla 2.
37
Con los resultados obtenidos de velocidad de deformación y esfuerzo cortante
fue posible determinar la viscosidad aparente expresada por la ecuación
ηa=σ/γ.
Los valores experimentales se ajustaron a los modelos de la ley de potencia
(σ=K γ n) y al de Herschel y Bulkley (σ = τo + K γ n), ya que estos dos
modelos son los más ampliamente citados en la bibliografía para caracterizar
reológicamente fluidos seudoplásticos. De los resultados de los ajustes se
obtuvieron los parámetros reológicos de los índices de consistencia (K) y de los
índices de comportamiento al flujo (n) correspondientes de los modelos
anteriores, así como los respectivos coeficientes de determinación, r2.
Análisis de Viabilidad. Este análisis se realizó para todas las muestras
estudiadas mediante la técnica del Violeta de metileno Citrato en la cual una
muestra de levadura (1ml) es disuelta en agua destilada (50ml) y de esta
dilución se toma una alícuota de 1ml que al ser mezclada con 1ml violeta de
metileno citrato tiñe de violeta las células muertas de la dilución las cuales son
contadas con ayuda de un microscopio y expresadas porcentualmente.
La ejecución de la metodología anteriormente descrita permitió obtener los
resultados necesarios para cumplir con los objetivos planteados para el
presente trabajo de grado.
38
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Mediante la elaboración del planteamiento factorial completo se logró
establecer la incidencia que tienen ciertos factores sobre el comportamiento
reológico de la levadura cervecera. Teniendo en cuenta los resultados
obtenidos se observó que, para ambas Cervecerías, el pH es un factor que NO
influye en la reología de la levadura cervecera al intervalo de valores estudiado
(3.45 – 4.0 – 4.5). Al evaluar y comparar los valores tomados por la viscosidad
aparente (variable dependiente) al variar cada factor, se observa que el pH
toma el valor más cercano a la unidad en comparación con los demás efectos y
las diferencias son considerables, de igual forma el valor t encontrado para
dicho factor es el menor de todos los valores lo cual confirma su baja
incidencia sobre la viscosidad aparente. Así mismo, se logró establecer que el
efecto de cada factor sobre la reología de la levadura no depende de qué valor
tomen los otros factores.
En el caso de la temperatura se obtuvieron valores negativos en el efecto, esto
permite afirmar que con valores de dominio experimental inferiores a los
estudiados (2°, 4° y 6°C), se obtendrá una mayor incidencia sobre la reología
de la levadura cervecera. Una vez validado el modelo (omitiendo los factores
que no tenían incidencia en la variable respuesta) se realizó el análisis de
varianza para cada Cervecería con un 95% de probabilidad, en las tablas 3 y 4
se presentan los resultados obtenidos para cada Cervecería.
BAVARIA S.A. utiliza una nomenclatura particular para cada levadura que entra
en el proceso, ésta permite saber la cepa a la cual pertenece y su “historia” en
la Cervecería, sin embargo, para efectos prácticos las muestras analizadas han
sido numeradas de la siguiente forma: muestra 1 y 2 para las levaduras de la
Cervecería de Boyacá y muestra 3 y 4 para las levaduras de la Cervecería de
Bogotá, en sus cinco generaciones respectivamente.
39
Tabla 3. Cervecería de Boyacá.
Fuente de variación
Suma de cuadrados
Grados de libertad
Cuadrada media F calculado F tabulado
Regresión 21477600,013 3 7159200,004
Residuos 5429515,787 15 361967,719 19,7786 3,29
Falta de
ajuste 5409249,120 6 901541,520
Error puro 20266,667 2 10133,333
88,9679 19,33
TOTAL 26907115,800 18
Tabla 4. Cervecería de Bogotá.
Fuente de variación
Suma de cuadrados
Grados de libertad
Cuadrada media F calculado F tabulado
Regresión 19491274,973 3 6497091,658
Residuos 3978577,627 15 265238,508 24,4953 3,29
Falta de
ajuste 3871910,960 6 645318,493
Error puro 106666,667 2 53333,334
12,0997 19,33
TOTAL 23469852,600 18
Al representar gráficamente los datos experimentales de esfuerzo cortante en
función de la velocidad de deformación obtenidos en la levadura cervecera, se
observa que los reogramas trazados presentan una forma similar a la de los
fluidos seudoplásticos, es decir, el esfuerzo cortante aumenta potencialmente a
medida que se incrementa la velocidad de deformación. A continuación se
presentan a manera de ilustración en el gráfico 1 los reogramas obtenidos para
dos muestras de levadura correspondientes a cada Cervecería. Los reogramas
de cada muestra estudiada para cada generación en función de la temperatura
se encuentran en el anexo E del presente trabajo. Al estudiar los distintos
reogramas, correspondientes cada uno de ellos a una generación de levadura
determinada, se observa claramente cómo, para las distintas temperaturas
ensayadas, los valores que alcanza el esfuerzo cortante se hacen mayores a
medida que aumenta la velocidad de deformación. Del mismo modo, resulta
fácil apreciar que, para una velocidad de deformación fija, el esfuerzo cortante
disminuye, en todos los casos, al aumentar la temperatura.
Gráfico 1. Reogramas de cada Cervecería de primera y quinta generación de levadura a las
temperaturas estudiadas.
MUESTRA 1Quinta generación
0,00,40,81,21,62,02,42,83,23,6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 1Primera generación
0,000
0,400
0,800
1,200
0 5 10 15 20 25 30 35 40Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 4Primera generación
0,000,200,400,600,801,001,20
0 10 20 30 40 50 60 70Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 4Quinta generación
0,000,200,400,600,801,001,201,401,60
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
Al comparar los reogramas de cada generación resulta evidente que, para una
misma temperatura y velocidad de deformación, el esfuerzo cortante toma
valores más altos al aumentar la generación de levadura. Así, por ejemplo,
para una temperatura de 2°C y a una velocidad de deformación de 30 s-1 el
esfuerzo cortante en la muestra 4 de primera generación de la Cervecería de
Bogotá ha sido de 0.8 Pa, mientras que en la tercera generación ha sido de
1.25 Pa y cuando la levadura ha alcanzado la quinta generación el esfuerzo
40
cortante alcanza 1.48 Pa. Un comportamiento similar presenta la levadura de
Boyacá donde, en iguales condiciones de T y velocidad de deformación, la
muestra 1 en la primera, tercera y quinta generación, presenta un esfuerzo
cortante de 1.12 Pa, 1.32 Pa y 2.9 Pa, respectivamente. En los reogramas de
cada generación de levadura, se observa que los valores de esfuerzo cortante
que toma la levadura de la Cervecería de Bogotá son siempre inferiores a los
de la Cervecería de Boyacá a una temperatura fija. Tal comportamiento se
puede apreciar en el gráfico 2.
Gráfico 2. Reogramas de las levaduras estudiadas de segunda y quinta generación.
LEVADURAS GENERACION 2 - 2°C
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
1,600
1,800
0 10 20 30 40 50 60
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
MUESTRA 2 MUESTRA 1MUESTRA 3 MUESTRA 4
LEVADURAS GENERACIÓN 5 - 2°C
0,000
0,500
1,000
1,500
2,000
2,500
3,000
3,500
4,000
0 10 20 30 40 50 60
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
MUESTRA 2 MUESTRA 1MUESTRA 3 MUESTRA 4
41
42
Los reogramas obtenidos de cada generación para cada Cervecería a una
temperatura fija se encuentran en el anexo F del presente trabajo.
Los resultados experimentales del esfuerzo cortante y de la velocidad de
deformación, para las muestras de cada generación y para cada una de las
temperaturas ensayadas, se han ajustado, por el método de mínimos
cuadrados, a la forma no linealizada de ley de la potencia y al modelo de
Herschel Bulkley, ya que estos dos modelos son los más ampliamente citados
en la bibliografía para la caracterización reológica de fluidos independientes del
tiempo:
σ = K γ n Ley de potencia
σ = σo + K γ n Ecuación de Herschel- Bulkley
Una vez aplicados los correspondientes modelos, se obtuvieron los valores r2,
σ0, k y n. Los resultados de los ajustes fueron muy buenos ya que oscilaron
entre 0.95% - 0.98% para ambos modelos. Del análisis de los resultados
obtenidos para el coeficiente de determinación, r2 (todos han resultado
superiores a 0.94% y varios de ellos del orden de 0.99%) el modelo ley de
potencia describe adecuadamente el comportamiento al flujo de la levadura
cervecera, por lo que, desde el punto de vista práctico, el flujo de este producto
puede considerarse como seudoplástico.
Los resultados obtenidos con el modelo de Herschel- Bulkley para todas las
muestras estudiadas se encuentran en el anexo D del presente trabajo.
En la tabla 5 y 6 se relacionan los valores de los parámetros obtenidos con la
ley de potencia para las distintas generaciones y temperaturas
experimentadas para cada Cervecería. En todos los casos, los parámetros
43
índices de consistencia (K) e índice de comportamiento al flujo (n), resultaron
significativos en un nivel de confianza del 95%.
Tabla 5. Valores de las constantes de la ley de potencia (σ = K γ n) para las muestras de la
Cervecería de Boyacá.
Ley de potencia
Levadura Generación Viabilidad T (°C) K (Pa*sn) n r2
1 2 0,29 0,40 0,95
4 0,24 0,47 0,96
93% 6 0,19 0,51 0,97
2 2 0,31 0,42 0,97
4 0,24 0,48 0,96
90% 6 0,21 0,50 0,96
3 2 0,36 0,40 0,96
4 0,28 0,46 0,94
90% 6 0,26 0,48 0,94
4 2 0,49 0,42 0,98
4 0,38 0,44 0,99
87% 6 0,32 0,48 0,99
5 2 0,68 0,43 0,98
4 0,48 0,51 0,97
MUESTRA
1
95% 6 0,35 0,56 0,98
1 2 0,45 0,38 0,97
4 0,36 0,44 0,97
96% 6 0,33 0,45 0,97
2 2 0,34 0,46 0,99
4 0,28 0,50 0,98
93% 6 0,23 0,51 0,97
3 2 0,56 0,40 0,97
4 0,42 0,48 0,97
96% 6 0,33 0,54 0,98
4 2 0,59 0,42 0,98
4 0,45 0,49 0,98
94% 6 0,37 0,53 0,97
5 2 0,63 0,41 0,99
4 0,51 0,46 0,99
MUESTRA
2
94% 6 0,44 0,49 0,99
44
Tabla 6. Valores de las constantes de la ley de potencia (σ = K γ n) para las muestras de la
Cervecería de Bogotá
Ley de potencia
Levadura Generación Viabilidad T (°C) K (Pa*sn) n r2
1 2 0,25 0,38 0,97
4 0,21 0,42 0,98
94% 6 0,15 0,47 0,99
2 2 0,28 0,40 0,98
4 0,22 0,44 0,99
95% 6 0,16 0,47 0,99
3 2 0,35 0,37 0,99
4 0,28 0,42 0,98
95% 6 0,24 0,44 0,98
4 2 0,41 0,38 0,96
4 0,35 0,40 0,97
91% 6 0,29 0,41 0,63
5 2 0,25 0,36 0,98
4 0,19 0,43 0,99
MUESTRA
3
75% 6 0,12 0,37 0,99
1 2 0.32 0,28 0,94
4 0,27 0,28 0,95
93% 6 0,23 0,30 0,95
2 2 0,22 0,34 0,97
4 0,18 0,34 0,97
85% 6 0,14 0,38 0,97
3 2 0,31 0,39 0,98
4 0,26 0,39 0,98
94% 6 0,22 0,43 0,98
4 2 0,36 0,36 0,97
4 0,32 0,39 0,97
90% 6 0,26 0,44 0,97
5 2 0,47 0,33 0,96
4 0,41 0,35 0,96
MUESTRA
4
88% 6 0,34 0,38 0,97
Al analizar los resultados de las tablas 3 y 4 se observa que, en ambas
Cervecerías, para una misma generación de levadura, el incremento de
temperatura da lugar, en todas las muestras, a una disminución del índice de
45
consistencia. Así, para la muestra 1 de primera generación, el índice de
consistencia disminuye desde 0.29 Pa*sn para una temperatura de 2°C, hasta
0.19 Pa*sn a 6°C. Del mismo modo, cuando la levadura ha llegado a su quinta
generación el índice de consistencia disminuye desde 0.68 Pa*sn para 2°C
hasta 0.35 Pa*sn para 6°C. Por otro lado, para una misma temperatura, al
aumentar la generación de levadura existe una tendencia a incrementar el
índice de consistencia. Si se toma como ejemplo la temperatura de 2°C se
aprecia cómo el índice de consistencia de la muestra 1 aumenta de forma
progresiva con la generación de levadura tomando valores de 0.29 Pa*s para la
primera generación hasta alcanzar 0.68 Pa*s en la quinta generación. Es
importante resaltar que el índice de consistencia disminuye cuando la viabilidad
de la levadura decae considerablemente. Tal es el caso de la muestra 3 que
pese a que su índice de consistencia incrementó generación a generación con
perfiles de viabilidad del 91-95%, en la quinta generación su valor decayó
considerablemente a una viabilidad del 75% con valores de índice de
consistencia de 0.41 Pa*s en la cuarta generación a 0.25 en la quinta
generación.
El índice de comportamiento al flujo, para una misma generación, aumenta
ligeramente con el rango de temperatura estudiado. Por ejemplo, para la
muestra 1 de primera generación los valores de n pasan de 0.40 a 0.51 cuando
la temperatura incrementa de 2 a 6°C respectivamente. Sin embargo, para una
misma temperatura, la generación de levadura no presenta una incidencia
significativa sobre el valor de n.
El valor del índice de comportamiento al flujo indica el grado de
seudoplasticidad de un fluido, de forma que cuanto más alejado se encuentra
de la unidad (fluidos newtonianos) mayor seudoplasticidad presenta el
producto. Los valores obtenidos para éste parámetro confirman el carácter
claramente seudoplástico de la levadura cervecera. Además se observa que
los valores de n obtenidos para la Cervecería de Bogotá son ligeramente
menores en todos los casos estudiados lo que permite confirmar que la
46
levadura cervecera empleada en Bogotá presenta mayor seudoplasticidad que
la empleada en Boyacá.
Por ser la levadura cervecera un fluido seudoplástico que sigue la ley de
potencia, la viscosidad variará en función de la velocidad de deformación. Con
el objetivo de analizar el comportamiento de la viscosidad aparente en la
levadura cervecera, se ha calculado ésta para distintas velocidades de
deformación mediante la ecuación:
ηa = Kγ n-1
En las tablas 7 y 8 se presentan los valores de viscosidad aparente obtenidos
para diferentes velocidades de deformación. Se observa que la viscosidad
aparente presenta un comportamiento similar al seguido por el índice de
consistencia, es decir, que para una determinada generación la viscosidad
aparente disminuye al aumentar la temperatura, y para una temperatura fija la
viscosidad aparente aumenta con la generación de las muestras. También, tal y
como era previsible, se aprecia cómo, en todos los casos, la viscosidad
aparente disminuye al aumentar la velocidad de deformación.
En cuanto a los reogramas obtenidos de viscosidad aparente vs. Velocidad de
deformación, en el gráfico 3 se presentan los obtenidos para la muestra 2 y 3
de primera generación respectivamente. Los reogramas restantes se
encuentran en el anexo G del presente trabajo. El comportamiento de la
viscosidad aparente que muestra cada uno de los reogramas construidos,
además de representar el carácter seudoplástico de la levadura cervecera,
permite observar los valores inferiores que la levadura de la Cervecería de
Bogotá presenta frente a los de la Cervecería de Boyacá.
47
Tabla 7. Viscosidad aparente de las muestras estudiadas de la Cervecería de Boyacá.
Viscosidad aparente (Pa*s) a diferentes velocidades de
deformación (s-1)
Muestra/Generación ºC 0,4 0,8 1,2 1,6 2 4 6 10 20 30
Muestra 1 2 0,505 0,334 0,263 0,221 0,194 0,128 0,101 0,074 0,049 0,039
Generación 1 4 0,386 0,268 0,216 0,185 0,165 0,114 0,092 0,070 0,049 0,039
6 0,303 0,215 0,176 0,153 0,137 0,097 0,080 0,062 0,044 0,036
Muestra 1 2 0,527 0,354 0,280 0,237 0,209 0,140 0,111 0,083 0,055 0,044
Generación 2 4 0,389 0,271 0,219 0,188 0,168 0,117 0,094 0,072 0,050 0,041
6 0,326 0,230 0,188 0,163 0,146 0,103 0,084 0,065 0,046 0,038
Muestra 1 2 0,619 0,408 0,320 0,269 0,236 0,156 0,122 0,090 0,059 0,046
Generación 3 4 0,467 0,321 0,258 0,221 0,196 0,135 0,108 0,082 0,057 0,045
6 0,412 0,287 0,233 0,201 0,179 0,125 0,101 0,078 0,054 0,044
Muestra 1 2 0,838 0,558 0,441 0,372 0,327 0,218 0,172 0,127 0,085 0,067
Generación 4 4 0,641 0,436 0,348 0,296 0,262 0,178 0,142 0,107 0,073 0,058
6 0,513 0,357 0,289 0,248 0,221 0,154 0,124 0,095 0,066 0,053
Muestra 1 2 1,144 0,772 0,614 0,521 0,459 0,310 0,247 0,185 0,125 0,099
Generación 5 4 0,751 0,535 0,439 0,381 0,342 0,243 0,200 0,155 0,111 0,091
6 0,526 0,387 0,324 0,285 0,259 0,190 0,159 0,127 0,094 0,078
Muestra 2 2 0,792 0,516 0,402 0,336 0,293 0,191 0,149 0,109 0,071 0,055
Generación 1 4 0,611 0,413 0,329 0,280 0,247 0,167 0,133 0,100 0,067 0,054
6 0,544 0,373 0,299 0,255 0,226 0,155 0,124 0,094 0,064 0,052
Muestra 2 2 0,554 0,380 0,305 0,261 0,231 0,159 0,128 0,097 0,066 0,053
Generación 2 4 0,438 0,309 0,252 0,218 0,195 0,137 0,112 0,087 0,061 0,050
6 0,367 0,260 0,213 0,185 0,166 0,118 0,096 0,075 0,053 0,044
Muestra 2 2 0,963 0,636 0,499 0,420 0,367 0,243 0,190 0,140 0,093 0,073
Generación 3 4 0,678 0,472 0,381 0,328 0,292 0,203 0,164 0,126 0,088 0,071
6 0,508 0,369 0,307 0,269 0,242 0,176 0,146 0,116 0,084 0,070
Muestra 2 2 1,011 0,674 0,532 0,449 0,394 0,263 0,207 0,154 0,103 0,081
Generación 4 4 0,711 0,501 0,408 0,353 0,315 0,222 0,181 0,140 0,099 0,080
6 0,565 0,406 0,335 0,293 0,263 0,189 0,156 0,123 0,088 0,073
Muestra 2 2 1,076 0,714 0,562 0,474 0,416 0,276 0,217 0,161 0,107 0,084
Generación 5 4 0,833 0,573 0,460 0,394 0,349 0,240 0,193 0,146 0,100 0,081
6 0,701 0,494 0,402 0,347 0,310 0,218 0,178 0,137 0,096 0,079
48
Tabla 8. Viscosidad aparente de las muestras estudiadas de la Cervecería de Bogotá.
Viscosidad aparente (Pa*s) a diferentes velocidades de
deformación (s-1)
Muestra/generación
°C 0,4 0,8 1,2 1,6 2 4 6 10 20 30
Muestra 3 2 0,445 0,290 0,226 0,189 0,165 0,108 0,084 0,061 0,040 0,031
Generación 1 4 0,356 0,238 0,188 0,159 0,140 0,093 0,074 0,055 0,037 0,029
6 0,240 0,167 0,134 0,115 0,103 0,071 0,057 0,044 0,030 0,024
Muestra 3 2 0,493 0,326 0,255 0,215 0,188 0,124 0,098 0,072 0,047 0,037
Generación 2 4 0,369 0,249 0,198 0,169 0,149 0,100 0,080 0,060 0,040 0,032
6 0,262 0,181 0,146 0,125 0,111 0,077 0,062 0,047 0,033 0,026
Muestra 3 2 0,615 0,397 0,308 0,257 0,223 0,144 0,111 0,081 0,052 0,040
Generación 3 4 0,479 0,320 0,252 0,213 0,187 0,125 0,099 0,073 0,049 0,039
6 0,394 0,268 0,214 0,182 0,161 0,110 0,087 0,066 0,045 0,036
Muestra 3 2 0,721 0,468 0,363 0,303 0,264 0,171 0,133 0,097 0,063 0,049
Generación 4 4 0,599 0,396 0,311 0,261 0,229 0,151 0,119 0,087 0,058 0,045
6 0,503 0,335 0,264 0,223 0,196 0,130 0,103 0,076 0,051 0,040
Muestra 3 2 0,440 0,283 0,218 0,182 0,158 0,101 0,078 0,057 0,036 0,028
Generación 5 4 0,319 0,214 0,170 0,144 0,127 0,085 0,067 0,050 0,034 0,027
6 0,212 0,137 0,107 0,089 0,077 0,050 0,039 0,028 0,018 0,014
Muestra 4 2 0,613 0,372 0,277 0,225 0,192 0,116 0,087 0,060 0,036 0,027
Generación 1 4 0,522 0,317 0,237 0,192 0,164 0,100 0,074 0,051 0,031 0,023
6 0,446 0,274 0,207 0,169 0,144 0,089 0,067 0,047 0,029 0,022
Muestra 4 2 0,406 0,256 0,196 0,162 0,140 0,088 0,067 0,048 0,030 0,023
Generación 2 4 0,322 0,204 0,156 0,129 0,112 0,071 0,054 0,039 0,025 0,019
6 0,241 0,157 0,122 0,102 0,089 0,058 0,045 0,033 0,021 0,017
Muestra 4 2 0,536 0,352 0,275 0,231 0,202 0,133 0,104 0,076 0,050 0,039
Generación 3 4 0,449 0,294 0,230 0,193 0,168 0,110 0,086 0,063 0,041 0,032
6 0,370 0,249 0,198 0,168 0,148 0,100 0,079 0,059 0,040 0,032
Muestra 4 2 0,653 0,420 0,325 0,271 0,235 0,151 0,117 0,085 0,054 0,042
Generación 4 4 0,567 0,371 0,290 0,243 0,212 0,139 0,108 0,079 0,052 0,041
6 0,437 0,296 0,235 0,200 0,177 0,120 0,095 0,071 0,048 0,038
Muestra 4 2 0,872 0,548 0,417 0,344 0,296 0,186 0,141 0,100 0,063 0,048
Generación 5 4 0,740 0,471 0,361 0,299 0,259 0,164 0,126 0,090 0,057 0,044
6 0,599 0,390 0,303 0,253 0,220 0,143 0,111 0,081 0,053 0,041
Gráfico 3. Reogramas de Viscosidad aparente Vs. Velocidad de deformación.
La levadura en la Cervecería de Bogotá es conducida a través de tuberías con
años de construcción mucho mayores a los de la Cervecería de Boyacá, este
hecho puede tener incidencia sobre la reología de la levadura de cada
cervecería, además, al ser la levadura un fluido en cuya composición se
encuentran células de levadura y cerveza embebida, el modo y eficiencia en
49
50
que la levadura suspendida es retirada del mosto fermentado (cerveza) tendrá
repercusiones en la viscosidad final de la levadura.
Los resultados obtenidos con respecto a la influencia que tiene la viabilidad en
el comportamiento reologico de la levadura para cada Cervecería permiten
confirmar lo establecido por el diseño experimental realizado. Si se establece
una temperatura y generación fijas, para cada Cervecería, y se comparan las
curvas obtenidas de levadura con más baja viabilidad se observa un efecto
directamente proporcional entre la viabilidad y la viscosidad aparente.
51
CONCLUSIONES
El comportamiento reológico de la levadura cervecera empleada en
BAVARIA S.A. (Saccharomyces cerevisiae variedad uvarum) fue estudiado en
el rango de temperatura, generación, viabilidad y pH previamente determinados
de acuerdo a las condiciones normales de proceso, y se logró determinar que
su comportamiento reológico se ajusta claramente al de un fluido
SEUDOPLASTICO de acuerdo a las curvas obtenidas y a los resultados de los
valores tomados por los parámetros reológicos k (índice de consistencia) y n
(índice de comportamiento al flujo).
Al comparar los valores de los parámetros reológicos y los reogramas
obtenidos para la levadura analizada de cada Cervecería se demostró la
influencia que tiene la geometría del tanque en la reología de la levadura
cervecera. Esto confirmó lo planteado en la hipótesis alterna en la cual se
afirma que la geometría del tanque en el cual se realiza la fermentación del
mosto modifica las propiedades reológicas de la levadura cervecera.
Mediante el planteamiento factorial completo se evaluó el efecto de las
variables consideradas (temperatura, generación de levadura, viabilidad y pH)
sobre la viscosidad aparente de la levadura cervecera, por medio de lo cual se
logró confirmar que la temperatura, la generación y la viabilidad ejercen
cambios en el comportamiento reológico de la levadura cervecera mientras que
la variación del pH en el rango de valores estudiados no altera el
comportamiento reológico de la levadura.
Los ajustes obtenidos mediante la aplicación del modelo de la ley de
potencia permiten afirmar que éste describe acertadamente el carácter
seudoplástico de la levadura cervecera empleada en BAVARIA S.A.
El carácter seudoplastico de la levadura cervecera supone que su
comportamiento al flujo se caracteriza por una ruptura o reorganización
52
continua de su estructura dando como resultado una menor resistencia al flujo
tal y como se comporta un fluido de carácter seudoplastico, lo cual puede ser
atribuido a la presencia de sólidos (representados en células de levadura y
componentes sólidos provenientes del mosto) dispersos en la fase líquida
(compuesta por cerveza embebida).
Al variar la temperatura de la levadura cervecera el comportamiento
reológico de la misma se vio afectado en los rangos de temperatura estudiada
(2ºC, 4ºC y 6ºC). Dicho efecto se manifiesta en una relación inversamente
proporcional con la consistencia del fluido, es decir que a medida que
incrementa la temperatura de la levadura disminuye su índice de consistencia.
Los valores obtenidos en el índice de comportamiento al flujo de la
levadura empleada en cada Cervecería denotan una mayor seudoplasticidad
en la levadura cuyo proceso de fermentación es realizado en tanques
horizontales, lo cual confirma que la geometría del tanque si modifica los
valores de los parámetros reológicos del fluido.
Mediante el desarrollo de la presente investigación se logró establecer
que los valores de los parámetros reológicos que describen el comportamiento
de la levadura varían de acuerdo a la generación de ésta, exhibiendo una
relación directamente proporcional entre el índice de consistencia y la
generación de levadura.
La variación de la viabilidad influye en el valor que toman los parámetros
reológicos de la levadura cervecera de tal forma que a menor viabilidad menor
índice de consistencia, esto quiere decir que un mayor contenido de células
muertas de levadura se verá traducido en un fluido menos viscoso con relación
a uno cuya viabilidad es alta.
53
La viscosidad aparente de la levadura empleada en la Cervecería de
Boyacá a 4ºC y 30s-1 oscila entre 0.03 y 0.08 Pa*s, de acuerdo a su
generación.
La viscosidad aparente de la levadura empleada en la Cervecería de
Bogotá a 4ºC y 30s-1 oscila entre 0.02 y 0.04 Pa*s, de acuerdo a su generación.
Los valores de viscosidad aparente hallados para la levadura cervecera
disminuyen a medida que aumenta la temperatura y viabilidad, mientras que
incrementan a medida que asciende su grado de generación.
El desarrollo del presente trabajo de grado aporta a la industria
alimentaria y específicamente a la Cervecería BAVARIA S.A. conocimiento
científico fundamentado y útil para el avance tecnológico en el diseño de
equipos y optimización de procesos que incluyan el trasiego o manipulación
adecuada de la levadura la cual es de suma importancia en las características
finales de la cerveza.
54
RECOMENDACIONES
Se recomienda a la Cervecería BAVARIA S.A. orientar sus futuras
investigaciones hacia el conocimiento del comportamiento reológico de la
cerveza como producto final de su cadena productiva lo cual aportaría a la
industria un mayor conocimiento de sus propiedades que permitan la
optimización de sus procesos y diseño de equipos implicados.
Se invita a los estudiantes de Ingeniería de Alimentos ahondar sus
conocimientos de la reología aplicada a la industria de alimentos ya que es un
ámbito de desarrollo investigativo poco explorado en Colombia y de gran
importancia en el diseño de equipos y procesos encaminados al mejoramiento
continuo de la industria y su servicio a la sociedad.
55
BIBLIOGRAFIA
BAVARIA S.A. Cervecería de Boyacá. Elaboración de mosto en la sala de
cocimientos. Código 22008004. Colombia. 2004.
BREGNI, C. Reología. Argentina. 2003. En:
http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia20I/Reologia/Introduccion_a_la_Reologia.h
tm. (Consulta: 2 Marzo, 2005).
CASTAÑÉ, F.X. Los tanques cilindro – cónicos y el tiempo de guarda de la
cerveza. En: Alimentación, equipos y tecnología. Revista No. 5. Mayo 2000, p.
81 – 82.
CESCA. Tesis doctorales en red. España. 2005. En: http://www.tdx.cesca.es.
(Consulta: 20 Marzo, 2005).
EUFIC. El consejo Europeo de información sobre la alimentación. España.
2004. En: http://www.eufic.org/sp/food/pag/food31/food312.htm. (Consulta: 5
Marzo, 2005).
GRUPO BAVARIA. Bavaria. Colombia. 2005. En:
http://www.bavaria.com.co/index0.htm. (Consulta: 20 Febrero, 2005).
ICONTEC. NTC 3854. Bebidas alcohólicas. Cerveza. Colombia.1999.
KLIMOVITZ, Ray. El cervecero en la práctica: un manual para la industria
cervecera. 3 ed. Minnesota: Asociación de maestros cerveceros de las
Américas, 2002, p. 275.
MESONES, B. Manual práctico del cervecero. España. 2004. En: http://
www.cervecería.info/proceso.html. (Consulta: 2 Marzo, 2005).
56
MULLER, H.G. introducción a la reología de los alimentos. Zaragoza: Acribia,
1973, p. 14.
SATER. Sociedad Argentina de tecnólogos en recubrimientos. Argentina. 1998.
En: http://www.sater.org.ar/Art.%20de%20De%20Notta.htm. (Consulta: 25
Marzo, 2005).
UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI. Facultad de química de Tarragona. Italia.
2005. En: http://www.quimica.urv.es/~w3fa/assignat/quimica/feltm/xreol.htm.
(Consulta: 10 Marzo, 2005).
WHITE, G.W. Reologhy in food research. En: Journal of food technology.
Revista No 5. Agosto 1970, p. 1 -32.
57
ANEXO A
Matriz de experimentos empleada para la evaluación de la influencia de cada factor sobre la variable repuesta (viscosidad aparente).
Ensayo X1:T° X2: Generación X3: Viabilidad X4: Ph
1 - - - -
2 + - - -
3 - + - -
4 + + - -
5 - - + -
6 + - + -
7 - + + -
8 + + + -
9 - - - +
10 + - - +
11 - + - +
12 + + - +
13 - - + +
14 + - + +
15 - + + +
16 + + + +
17 0 0 0 0
18 0 0 0 0
19 0 0 0 0
58
ANEXO B Coeficientes de regresión de la Cervecería de Boyacá con SS residual y con error puro.
Coeficiente. Regresión.
Error estándar. t(8) p
Confianza Limite (-95%)
Confianza Limite (+95)
Mean/Interc. 8322,1053 163,4319 50,9209 0,0000 7945,2307 8698,9798
(1)T° -595,0000 178,0957 -3,3409 0,0102 -1005,6895 -184,3105
(2)GENERACION 785,0000 178,0957 4,4077 0,0023 374,3105 1195,6895
(3)VIABILIDAD 610,0000 178,0957 3,4251 0,0090 199,3105 1020,6895
(4)PH -15,0000 178,0957 -0,0842 0,9349 -425,6895 395,6895
1 by 2 95,0000 178,0957 0,5334 0,6082 -315,6895 505,6895
1 by 3 -80,0000 178,0957 -0,4492 0,6652 -490,6895 330,6895
1 by 4 -55,0000 178,0957 -0,3088 0,7653 -465,6895 355,6895
2 by 3 90,0000 178,0957 0,5053 0,6269 -320,6895 500,6895
2 by 4 -235,0000 178,0957 -1,3195 0,2235 -645,6895 175,6895
3 by 4 -60,0000 178,0957 -0,3369 0,7449 -470,6895 350,6895
Coeficiente Regresión Error puro t(2) p
Confianza Limite (-95%)
Confianza Limite (+95)
Mean/Interc. 8322,1053 23,0940 360,3577 0,0000 8222,7398 8421,4708
(1)T° -595,0000 25,1661 -23,6429 0,0018 -703,2811 -486,7189
(2)GENERACION 785,0000 25,1661 31,1927 0,0010 676,7189 893,2811
(3)VIABILIDAD 610,0000 25,1661 24,2389 0,0017 501,7189 718,2811
(4)PH -15,0000 25,1661 -0,5960 0,6116 -123,2811 93,2811
1 by 2 95,0000 25,1661 3,7749 0,0636 -13,2811 203,2811
1 by 3 -80,0000 25,1661 -3,1789 0,0863 -188,2811 28,2811
1 by 4 -55,0000 25,1661 -2,1855 0,1604 -163,2811 53,2811
2 by 3 90,0000 25,1661 3,5762 0,0701 -18,2811 198,2811
2 by 4 -235,0000 25,1661 -9,3380 0,0113 -343,2811 -126,7189
3 by 4 -60,0000 25,1661 -2,3842 0,1399 -168,2811 48,2811
59
Coeficientes de regresión de la Cervecería de Bogotá con SS residual y error puro.
Coeficiente. Error
estándar t(8) p Confianza Limite
(-95%) Confianza Limite
(+95)
Mean/Interc. 5908,4211 133,5744 44,2332 0,0000 5600,3979 6216,4442
(1)T° -376,2500 145,5593 -2,5849 0,0324 -711,9104 -40,5896
(2)GENERACION 911,2500 145,5593 6,2603 0,0002 575,5896 1246,9104
(3)VIABILIDAD 496,2500 145,5593 3,4093 0,0092 160,5896 831,9104
(4)PH 91,2500 145,5593 0,6269 0,5482 -244,4104 426,9104
1 by 2 -158,7500 145,5593 -1,0906 0,3072 -494,4104 176,9104
1 by 3 16,2500 145,5593 0,1116 0,9139 -319,4104 351,9104
1 by 4 -78,7500 145,5593 -0,5410 0,6032 -414,4104 256,9104
2 by 3 -81,2500 145,5593 -0,5582 0,5920 -416,9104 254,4104
2 by 4 173,7500 145,5593 1,1937 0,2668 -161,9104 509,4104
3 by 4 48,7500 145,5593 0,3349 0,7463 -286,9104 384,4104
Coef. Reg. Error puro t(2) p Cnf.Limt (-95%) Cnf.Limt (+95%)
Mean/Interc. 5908,4211 52,9813 111,5190 0,0001 5680,4609 6136,3812
(1)T° -376,2500 57,7350 -6,5168 0,0227 -624,6638 -127,8362
(2)GENERACION 911,2500 57,7350 15,7833 0,0040 662,8362 1159,6638
(3)VIABILIDAD 496,2500 57,7350 8,5953 0,0133 247,8362 744,6638
(4)PH 91,2500 57,7350 1,5805 0,2548 -157,1638 339,6638
1 by 2 -158,7500 57,7350 -2,7496 0,1107 -407,1638 89,6638
1 by 3 16,2500 57,7350 0,2815 0,8048 -232,1638 264,6638
1 by 4 -78,7500 57,7350 -1,3640 0,3058 -327,1638 169,6638
2 by 3 -81,2500 57,7350 -1,4073 0,2946 -329,6638 167,1638
2 by 4 173,7500 57,7350 3,0094 0,0950 -74,6638 422,1638
3 by 4 48,7500 57,7350 0,8444 0,4874 -199,6638 297,1638
60
ANEXO C Valores del efecto de cada factor sobre la variable respuesta, valor p y valor t, con SS residual y SS puro.
CERVECERIA DE BOYACA Efecto Error estándar t(8) p Mean/Interc. 8322,105263 163,4318583 50,92094865 2,5E-11
(1)T° -1190 356,1914772 -3,340899702 0,01022
(2)GENERACION 1570 356,1914772 4,407741624 0,00226
(3)VIABILIDAD 1220 356,1914772 3,425124064 0,00902
(4)PH -30 356,1914772 -0,084224362 0,93495
CERVECERIA DE BOYACA Efecto Error puro t(2) p Mean/Interc. 8322,105263 23,09401077 360,3577285 7,7E-06
(1)T° -1190 50,33222957 -23,64290257 0,00178
(2)GENERACIÓN 1570 50,33222957 31,19273701 0,00103
(3)VIABILIDAD 1220 50,33222957 24,23894213 0,0017
(4)PH -30 50,33222957 -0,596039561 0,61162
CERVECERIA DE BOGOTA
Efecto Error estándar t(8) p Mean/Interc. 5908,421053 133,5744084 44,23318152 7,5E-11
(1)T° -752,5 291,1186738 -2,584856513 0,03237
(2)GENERACIÓN 1822,5 291,1186738 6,260333548 0,00024
(3)VIABILIDAD 992,5 291,1186738 3,409262577 0,00923
(4)PH 182,5 291,1186738 0,626892111 0,5482
CERVECERIA DE BOGOTA Efecto Error puro t(2) p Mean/Interc. 5908,421053 52,98129428 111,5190018 8E-05
(1)T° -752,5 115,4700538 -6,516841163 0,02275
(2)GENERACIÓN 1822,5 115,4700538 15,78331298 0,00399
(3)VIABILIDAD 992,5 115,4700538 8,595302133 0,01327
(4)PH 182,5 115,4700538 1,580496362 0,25478
61
ANEXO D Aplicación del modelo Herschel – Bulkley para muestras estudiadas.
Herschel Bulkley Levadura Generación Viabilidad
T (°C) K (Pa*sn) n c r2
1 2 1,29 0,15 -1,01 0,97
4 0,77 0,23 -0,55 0,97
93% 6 0,49 0,30 -0,31 0,98
2 2 1,01 0,20 -0,72 0,98
4 0,70 0,25 -0,48 0,98
93% 6 0,54 0,29 -0,35 0,98
3 2 1,40 0,16 -1,06 0,98
4 0,94 0,22 -0,67 0,96
90% 6 0,83 0,24 -0,59 0,96
4 2 1,20 0,24 -0,73 0,99
4 0,82 0,29 -0,46 0,99
87% 6 0,55 0,35 -0,25 0,99
5 2 1,33 0,30 -0,69 0,99
4 1,03 0,34 -0,59 0,98
MUESTRA
1
95% 6 0,61 0,43 -0,30 0,98
1 2 2,05 0,14 -1,62 0,98
4 0,99 0,24 -0,65 0,98
96% 6 0,91 0,25 -0,60 0,98
2 2 0,75 0,29 -0,43 0,99
4 0,56 0,34 -0,30 0,99
95% 6 0,50 0,34 -0,29 0,98
3 2 1,83 0,19 -1,31 0,99
4 0,93 0,31 -0,54 0,98
96% 6 0,62 0,40 -0,32 0,98
4 2 1,32 0,26 -0,76 0,99
4 0,89 0,35 -0,47 0,98
94% 6 0,75 0,36 -0,42 0,98
5 2 1,31 0,27 -0,72 0,99
4 0,93 0,33 -0,45 0,99
MUESTRA
2
94% 6 0,76 0,37 -0,35 0,99
62
Herschel Bulkley Levadura Generación Viabilidad
T (°C) K (Pa*sn) n C r2
1 2 0,71 0,20 -0,47 0,98
4 0,46 0,27 -0,26 0,99
94% 6 0,20 0,41 -0,06 0,99
2 2 0,72 0,23 -0,45 0,99
4 0,40 0,31 -0,20 0,99
95% 6 0,21 0,41 -0,06 0,99
3 2 0,78 0,23 -0,45 0,99
4 0,60 0,27 -0,33 0,87
95% 6 0,54 0,28 -0,32 0,98
4 2 1,43 0,17 -1,05 0,97
4 0,90 0,23 -0,57 0,98
91% 6 0,71 0,25 -0,44 0,97
5 2 0,66 0,19 -0,43 0,99
4 0,37 0,29 -0,19 1,00
MUESTRA
3
75% 6 0,14 0,34 -0,26 0,99
1 2 7,94 0,02 -7,65 0,98
4 5,13 0,03 -4,88 0,98
95% 6 8,90 0,01 -8,68 0,99
2 2 0,73 0,15 -0,52 0,98
4 0,37 0,22 -0,21 0,97
92% 6 0,27 0,25 -0,15 0,97
3 2 0,79 0,22 -0,50 0,99
4 0,59 0,24 -0,35 0,99
94% 6 0,46 0,28 -0,25 0,99
4 2 1,01 0,19 -0,67 0,98
4 0,88 0,21 -0,58 0,98
90% 6 0,58 0,28 -0,34 0,98
5 2 2,71 0,09 -2,28 0,98
4 1,76 0,13 -1,38 0,97
MUESTRA
4
88% 6 0,96 0,20 -0,64 0,98
ANEXO E
Reogramas levaduras de la Cervecería de Boyacá para cada generación a las temperaturas estudiadas.
MUESTRA 1Segunda generación
0,0000,4000,8001,2001,6002,0002,400
0 10 20 30 40 50Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 1Primera generación
0,000
0,400
0,800
1,200
0 5 10 15 20 25 30 35 40Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
63
MUESTRA 1Tercera generación
0,000,400,80
1,201,602,00
0 20 40 60Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 1Cuarta generación
0,000,400,801,201,602,002,40
0 20 40Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C
60
4°C 6°C
MUESTRA 1Quinta generación
0,00,40,81,21,62,02,42,83,23,6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
64
MUESTRA 2Segunda generación
0,000,400,801,201,602,00
0 10 20 30 40
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 2Primera generación
0,00
0,400,80
1,201,60
2,00
0 20 40 60Velocidad de deformación (1/s)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 2Tercera generación
0,000,501,001,502,002,50
0 20 40 60
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 2Cuarta generación
0,00
1,00
2,00
3,00
0 20 40 6Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
co
rtan
te (P
a)
0
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 2Quinta generación
0,000,501,001,502,002,503,00
0 20
d
40 60
Velocida de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
65
eogramas levaduras de la Cervecería de Bogotá para cada generación a s temperaturas estudiadas.
Rla
MUESTRA 4Segunda generación
0,00
0,20
0,40
erzo (P
a 0,60
0,80
1,00
0 20 40 60Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
cor
tant
e )
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 4Cuarta generación
0,000,200,400,600,801,001,201,40
0 10 20 30 40 50 60Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 4Quinta generación
0,000,200,400,600,801,001,201,401,60
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 4 Primera generación
0,801,001,20
0 10 20 30 40 50 60 70Velocidad de deformación (1/s)
ana)
2°C
0,000,200,400,60
Esfu
erzo (P
cor
tte
4°C 6°C
MUESTRA 4Tercera generación
0,000,200,400,600,801,001,201,40
0 10 20 30 40 50
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
66
MUESTRA 3Primera generación
0,00
0,50
1,00
1,50
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)2°C 4°C 6°C
MUESTRA 3Segunda generación
0,000,200,400,600,801,001,201,40
0 20 40 60
Velocidad de def mación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C
MUESTRA 3Cuarta generación
0,000,200,400,600,801,001,201,401,60
0 20 40Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
60
2°C 4°C 6°C
MUESTRA 3Quinta
0,000,200,400,600,801,001,20
0 5 10 15 20
Velocidad
Esfu
erzo
co
rtan
te (P
a)
generación
25 30 35 40 45 50 55 60
de deformación (1/s)
2°C 4°C 6°C
or
4°C 6°C
MUESTRA 3Tercera generación
0,00,20,40,60,81,01,21,4
0 20 40 60Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
2°C 4°C 6°C
67
ANEXO F
Reogramas de las muestras estudiadas para cada generación a 2ºC
Segunda generación 2°C
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,8
0 20 40 6
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)0
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Primera generación 2ºC
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0 20 40 60 80
Velocidad de deformación (1/s)
ante
(Pa)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
cor
ter
zoEs
fu
Tercera generación 2ºC
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 10 20 30 40 50 60Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Cuarta generación 2ºC
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 20 40 60
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Quinta generación 2°C
0,00,51,01,52,02,53,03,54,0
0 10 20 30 40 50 60Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
68
Reogramas de las muestras estudi
adas para cada generación a 4ºC
Primera generación 4ºC
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,8
0 20 40 60 8
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
0
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Segunda generación 4ºC
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
0 10 20 30 40 50 60
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Cuarta generación 4ºC
0,0
0,5
Esfu
er
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 10 20 30 40 50Velocidad de deformación (1/s)
zo c
orta
nte
(Pa)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Tercer neración 4ºC
1,0
1,5
2,0
2,5
Velocidad de deformación (1/s)
r
a ge
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
tant
e (P
a)o
co
0,0
0,5
0 10 20 30 40 50
Esfu
erz
Quinta generación 4ºC
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 10 20 30 40 50 60
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
adas para cada generación a 6ºC Reogramas de las muestras estudi
69
Quinta generación 6ºC
0,0
0,51,0
1,5
2,02,5
3,0
0 10 20 30 40 50 60
Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Primera generación 6ºC
0,00,20,40,60,81,01,21,41,61,8
0 1
Velo
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
0 20 30 40 50 60
cidad de deformación (1/s)
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Segunda generación 6ºC
0,20,40,60,81,01,21,4
0 50 60
ón (1/s)
uerz
o co
rtan
te (P
a)
0,00 10 20 30 4
Velocidad de defomaci
Esf
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Ter
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 10 20 30 40 50Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
erzo
cor
tant
e (P
a)
cera generación 6ºC
Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
Cuarta generación 6ºC
1,0
1,5
2,0
2,5Muestra 2 Muestra 1 Muestra 3 Muestra 4
0,0
0,5
0 10 20 30 40 50Velocidad de deformación (1/s)
Esfu
orta
nte
(Pa)
erzo
c
70 70
ANEXO G
Reogramas de viscosidad aparente vs. Velocidad de deformación de las muestras estudiadas.
71
72
73
74
ANE Procedimiento matemático empleado para determinar ladeformación y el esfuerzo cortante a aplicada y su correspondiente lect
Esfuerzo cortante. La
siguiente:
σ = M / 2
Donde:
se empleó la siguiente ecuación:
M = %torque * Constante del resorte / 100
equipo al variar la velocidad de giro
mientras que la constante del resorte es proporcionada por el fabricante del
equipo en su correspondiente manual de instrucciones.
Velocidad de deformación. A partir de cada velocidad de giro aplicada a
la muestra (dada en revoluciones/minuto) se puede expresar la velocidad
angular (dada en radianes/segundo) mediante la siguiente ecuación:
ω = (2π/60)*N
Donde:
N = revoluciones / minuto
ara determinar la velocidad de deformación es posible emplear la siguiente
lación:
XO H
velocidad de partir de cada velocidad de giro
ura del par torsión (%torque).
ecuación que describe el esfuerzo cortante es la
π*r2*L
M = momento angular (dina/cm).
r = radio de la aguja empleada para las determinaciones.
L = longitud de la aguja empleada para las determinaciones.
Para determinar el momento de giro (M)
El %torque es el valor que devuelve el
P
re
75
onde:
y
aparente) fueron hallados para cada velocidad de giro de las
muestras analizadas.
γ = (ω*2)/n
D
ω = Velocidad angular.
n = pendiente hallada al linealizar la velocidad angular en función del momento
angular.
Los parámetros reológicos (esfuerzo cortante, velocidad de deformación
viscosidad