Ley de newton y la viscosidad

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OBJETIVOS
· Diferenciar los distintos métodos para determinar la viscosidad en los distintos tipos de alimentos.
· Identificar como se modifican las características sensoriales de los alimentos al diluirlos.
· Analizar, la relación que hay entre las características fisicoquímicas y las características sensoriales de los alimentos. 
INTRODUCCIÓN 
“Las fuerzas de atracción que mantienen las moléculas a distancias ínfimas dando a los líquidos suficiente cohesión determinan que éstos al fluir a través de un tubo produzcan fricción. La resistencia que el líquido ofrece al flujo se denomina viscosidad. Los líquidos tienen coeficientes de viscosidad invariablemente más altos que los gases. Como quedó establecido, la viscosidad de los gases aumenta con la temperatura y es independiente de la presión. En cambio, la viscosidad de los líquidos disminuye a medida que aumenta la temperatura y decrece la presión”. (Romo S.,A. 1972)
En el análisis del fenómeno se establece que la velocidad con la que las capas de un líquido fluyen aumente a medida que cercen las distancias de las capas del líquido en dirección normal a las paredes del conducto.
Cuando una capa infinitesimal (∆z) del líquido fluye con velocidad uniforme en relación a una capa adyacente, se origina una fuerza tangencial F que es proporcional al área A de la capa y a la gradiente (, medida en dirección normal a la del flujo del líquido. En tal caso, 
Donde es un coeficiente de proporcionalidad que se denomina viscosidad.
Transponiendo términos, se tiene:
La viscosidad se mide en unidades cegesimales, gramos (que se denominan poises. Un líquido tiene una viscosidad de una unidad poise una fuerza tangencial de 1 dina mantiene en dos capas de líquido separadas por 1 cm una diferencia de velocidad de 1cm.
La ley de Newton y la viscosidad 
Cuando un fluido fluye a través de un canal cerrado, esto es, una tubería o entre dos placas planas, se presentan dos tipos de flujo, dependiendo de la velocidad de dicho fluido. A velocidades bajas, el fluido tiende a fluir sin mezclado lateral y las capas adyacentes se resbalan unas sobre las otras como los naipes de una baraja. En este caso no hay corrientes cruzadas perpendiculares a la dirección del flujo, ni tampoco remolinos de fluido. A este régimen o tipo de flujo se le llama flujo laminar. A velocidades más altas se forman remolinos, lo que conduce a un mezclado lateral. Esto se llama flujo turbulento.
Con respecto a la viscosidad, un fluido puede diferenciarse de un sólido por su comportamiento cuando se somete a un esfuerzo (fuerza por unidad de área) o fuerza aplicada. Un sólido elástico se deforma en una magnitud proporcional similar al esfuerzo aplicado. Sin embargo, cuando un fluido se somete a un esfuerzo aplicado similar continúa deformándose, esto es, fluye a una velocidad que aumenta con el esfuerzo creciente. Un fluido flexible exhibe resistencia a este esfuerzo. La viscosidad es la propiedad de un fluido que da lugar a fuerzas que se oponen al movimiento relativo de capas adyacentes en el fluido. Estas fuerzas viscosas se originan de las que existen entre las moléculas del fluido y son de carácter similar a las fuerzas cortantes de los sólidos. 
Donde:
(Ramírez,2006)
Fluidos Newtonianos/ No newtonianos
La distinción entre fluidos newtonianos y fluidos no-newtonianos se basa en la diferente relación que existe en unos y otros entre la aplicación de un esfuerzo tangencial y la velocidad con que se deforman.
Un fluido Newtoniano, también llamado fluido verdadero es aquel que, sometido a un esfuerzo tangencial o cortante, se deforma con una velocidad que es proporcional directamente al esfuerzo aplicado.Dicho de otra forma: si se aplica un esfuerzo tangencial a un fluido newtoniano, este se pondrá en movimiento sin importar cuán pequeño sea el esfuerzo tangencial y se generará una cierta distribución de velocidad en el fluido. Ese esfuerzo tangencial y el gradiente de velocidad que se produce serán directamente proporcionales, a la constante de proporcionalidad se la define como viscosidad.Los fluidos más comunes tales como el agua, el aire y la gasolina son newtonianos en condiciones normales. 
Los fluidos en los cuales el esfuerzo de corte no es directamente proporcional a la relación de deformación son no newtonianos.  Estrictamente hablando la definición de un fluido es válida solo para materiales que tienen un esfuerzo de deformación cero.  Por lo común, los fluidos no newtonianos se clasifican con respecto a su comportamiento en el tiempo, es decir, pueden ser dependientes del tiempo o independientes del mismo.
Viscosímetro de Ostwald 
Es quizás el modelo que más se ha utilizado en la medida de viscosidades absolutas y relativas en líquidos puros y biológicos, en sus mezclas y, especialmente, en fluidos newtonianos.Se basa en la ley de Poisseuille que permite conocer la velocidad de flujo de un líquido a través de un tubo, en función de la diferencia de presiones bajo las que se establece el desplazamiento. La simplificación del tratamiento numérico facilita la expresión que se aplica en la medida experimental.
en donde :
hr representa la viscosidad relativa del líquido problema, respecto al agua u otro líquido,
 t’ y t los tiempos de flujo del estándar y del líquido, respectivamente, 
 r la densidad.
La fuerza de fricción entre dos láminas contiguas de un fluido es F = h S dv / dr, en donde S representa la superficie en contacto separadas a una distancia dr y con gradiente de velocidad dv/dr. La constante de proporcionalidad, h, posee unas dimensiones de (masa)(longitud)-1(tiempo)-1. Su unidad en el sistema SI es kg.m-1s-1. En el sistema CGS se llama poisse y es igual a una décima parte de la unidad SI.
El viscosímetro de Ostwald es de vidrio. Posee un ensanchamiento en forma de ampolla provista de sendos enrases, conectado a un tubo capilar vertical que se une a un segundo ensanchamiento destinado a la colocación de la muestra en una primera operación, y del agua o líquido de referencia en otra operación complementaria. El conjunto se introduce en un baño termostático para fijar la temperatura con precisión. Es indispensable la concreción de este valor, porque la magnitud de la viscosidad, o de su inverso la fluidez, son altamente dependientes de la temperatura, como fue demostrado por Arrhenius, y anteriormente por el español J. de Guzmán Carrancio (1913). La dependencia se expresa como:
h =
en donde:
DEvis representa la barrera de energía que se precisa vencer para que se produzca un flujo elemental.
R es la constante de los gases ideales.
T representa temperatura en K
DIAGRAMAS DE BLOQUES
· Alimentos transparentes de baja viscosidad 
Sacarosa y NaCl 
Soluciones (0.05/0.1/0.2/0.3/0.4/0.5M) 
PREPARAR
Densidad de c/u de las soluciones 
DETERMINAR
Viscosímetro de Ostwald y pipetas a utilizar. 
LAVAR
3ml de agua destilada 
Al Viscosímetro
AGREGAR
Hasta que el líquido llegue arriba de la marca superior. 
Con jeringa conectada a la rama del capilar. 
SUCCIONAR
Jeringa 
RETIRAR
Al momento que el menisco del líquido paso por la marca inferior del capilar. 
CRONOMETREAR
Tiempo 
REGISTRAR
Con NaCl y alimentos 
RPETIR
· Alimentos transparentes con elevada viscosidad 
Bureta de 100ml
LAVAR
Distancia que hay entre la última marca superior y otra a los 5 o 10 ml
MEDIR
Solución de: aceite, glicerina y miel
Dejar 1 y 1.5cm de distancia desde el borde 
LLENAR
Esfera de acero inoxidable 
DEJAR CAER
Cronometro cuando la esfera pase por la marca superior.
ACCIONAR
Cronometro cuando la esfera pase por la marca inferior. 
DETENER
Tiempo 
REGISTRAR
Con aceite comestible 
REPETIR
RESULTADOS
· Alimentos transparentes de baja viscosidad 
Vol. Del picnómetro = 9.899x
Masa del picnómetro =0.01858 kg
Viscosidad del agua a 18°C = 0,001054 kg / (m·s)
Para acelerar la realización de este experimento se utilizaron dos viscosímetros diferentes y se hacen notar con diferentes colores en las tablas 1 y 3
Tabla No1. Resultados y cálculos de densidady viscosidad para solución de sacarosa de diferentes concentraciones
	Concentración de la dilución (mol/L)
	Masa del picnómetro con la solución (kg)
	Masa de la solución
(kg)
	Densidad absoluta de la solución
(kg/)
	Viscosidad 
relativa
	Viscosidad absoluta
Kg/
	0
	0.02836
	0.00978
	987.978
	-
	
	0.05
	0.02842
	0.00984
	994.039
	1.0636
	1.1210x
	0.1
	0.02848
	0.0099
	1000.101
	1.0788
	1.1370x
	0.2
	0.02862
	0.01004
	1014.243
	1.1587
	1.2212x
	0.3
	0.02872
	0.01014
	1024.345
	1.2414
	1.3084x
	0.4
	0.02884
	0.01026
	1036.468
	1.3787
	1.4531x
	0.5
	0.02897
	0.01039
	1049.600
	1.4677
	1.5469x
Gráfica No.1 Viscosidad absoluta vs concentración en soluciones de sacarosa
Resultados del equipo dos:
Vol. Del picnómetro:
Masa del picnómetro:
Tabla No2. Resultados y cálculos de densidad y viscosidad para solución de NaCl de diferentes concentraciones 
	Concentración de la dilución (mol/L)
	Masa del picnómetro con la solución (kg)
	Masa de la solución
(kg)
	Densidad absoluta de la solución
(kg/)
	Viscosidad 
absoluta
(kg/m)
	0
	0.02715
	0.01072
	972
	
	0.05
	0.02723
	0.01091
	990
	
	0.1
	0.02728
	0.01096
	994
	
	0.2
	0.02730
	0.01098
	996
	
	0.3
	0.02733
	0.01101
	999
	
	0.4
	0.02734
	0.01105
	1002
	
	0.5
	0.02737
	0.01110
	1007
	
Grafica No. 2 Viscosidad absoluta vs concentración en solución de NaCl
Tabla No.3 Resultados de la toma de tiempo de las soluciones de NaCl y Sacarosa en el viscosímetro de Ostwald
	Solución
	0
	0.05
	0.1
	0.2
	0.3
	0.4
	0.5
	Tiempo en s
	
	
	
	
	
	
	
	Sacarosa
Tiempo en s
	
	
	
	
	
	
	
	NaCl
Tiempo en s
	
	
	
	
	
	
	
Tabla No.4 Resultado de la toma de tiempo de ciertos productos en el viscosímetro de Ostwald
	Producto
	Tiempo
	Jugo de manzana
	
	Agua Levité
	
	Salmuera
	
Tabla No.5 Resultado de las viscosidades por el método de caída de esfera de las sustancias empleadas
	Alimento 
	D(m)
	T(s)
	V(ms-1)
	n(kg/m*s)
	Miel caro
	0.256
	47.13
	5.4317*10-3
	-1.2477
	Aceite cristal 
	0.266
	4.50
	0.05911
	-0.0610
	Glicerina 
	0.49
	121.3
	4.0395*10-3
	-1.4952
Tabla No.6 Resultado de la evaluación sensorial de las sustancias empleadas
	Producto 
	Color
	Aroma 
	Sabor 
	Consistencia 
	Jugo de manzana
	++++
	++++
	++++
	++++
	Jugo de manzana (diluida)
	+
	+
	+
	+++
	Agua de sabor
	+
	+++
	+++
	+++
	Agua de sabor (diluida)
	+
	+
	+
	+++
	Salmuera 
	+
	++
	+
	+++
	Salmuera (diluida) 
	+
	+
	+
	+++
ANÁLISIS DE RESULTADOS
CONCLUSIONES
La importancia en la determinación de la viscosidad ayuda a considerar los cálculos en la Ingeniería de procesos en donde se involucren diversos equipos Ejemplos: Bombas, extrusores, mezcladores, homogeneizadores etc. o para establecer condiciones de proceso (nuevamente, transporte de fluidos, intercambio de calor o secado) y como parámetro de control de la calidad, ya que la viscosidad es una propiedad fisicoquímica que influye en la textura y percepción de un alimento fluido al ser ingerido por el consumidor (ejemplo, tener una viscosidad adecuada el yogurth, la crema o una bebida refrescante). 
También para otros aspectos como: Formulación para el desarrollo de productos. Control de calidad en productos intermedios y finales y es determinante por ejemplo para la aceptación de productos como: quesos, cereales, cremas, yogures, chocolates etc. Estudio de vida en anaquel. Evaluación de la textura del alimento mediante la correlación con datos sensoriales. Estudio de la textura y consistencia de productos alimenticios.
BIBLIOGRAFÍA 
· Ramírez Nava (2006) “Introducción a la reología de los alimentos. Universidad del valle de Cali-Colombia”. Páginas: 17-22. 
· Romo S,. Luis (1972) “Química-Física”. Ed. Universitaria (UCE). Quito-Ecuador. 
Sacarosa
 = 0.001C(kgL/molms) + 0.001(kg/ms)
R² = 0.9832
0	0.05	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	1.121	E-3	1.137E-3	1.2210000000000001E-3	1.3079999999999999E-3	1.4530000000000001E-3	1.5460000000000001E-3	Concentración (mol/L)
Viscosidad absoluta (kg/m*s)