0. Primer Elemento - Propiedades morfogeométricas sólidos (estudiantes)

PROPIEDADES
MORFOGEOMÉTRICAS
DE ALIMENTOS
SÓLIDOS
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Primera unidad temática
Definir y medir propiedades morfogeométricas de
alimentos sólidos

Forma y tamaño

Densidad

Gravedad específica

Principio de Arquímedes

Densidad

Granulometría

Porosidad
Sólidos
Particulados
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Forma y tamaño de
productos agrícolas
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Métodos de determinación
de forma y tamaño
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Métodos para determinar forma y
tamaño
1. Medida de un número determinado de
ejes
En la mayoría de los casos es suficiente la
medida de varios ejes perpendiculares entre
sí.
Sin embargo, el número de medidas aumenta
al aumentar la irregularidad de la pieza.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Métodos para determinar forma y
tamaño
1. Medida de un número determinado de
ejes
Para decidir el número de medidas que es
suficiente para describir la forma de un
objeto, se puede elegir una propiedad física
relacionado con la forma y el tamaño.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Métodos para determinar forma y
tamaño
2. Cartas estándar
En este método se comparan las secciones
transversales y longitudinales del material
con formas descritas en una carta estándar.
Por la forma se define un número o un
término preparados con anterioridad.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Métodos para determinar forma y tamaño
2. Cartas estándar
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Métodos para determinar forma y
tamaño
2. Cartas estándar
Sección
Forma
Redonda
Aproximadamente esférica
Achatada
Aplastada por parte superior e inferior
Alargada
Diámetro vertical > Diámetro horizontal
Cónica
Longitudinal
Horizontal
Descripción
Estrecha hacia el ápice del fruto
Ovalada
Forma de huevo, ancha en la base
Ovalada
Forma de huevo, ancha en el ápice
Elíptica
Elipsoide de revolución
Truncada
Extremos aplanados o cuadrados
Desigual
Una mitad más alargada que la otra
Angulada
Sección horizontal: Bordes más o menos aplanados.
Regular
Sección horizontal: aproximadamente circular
Irregular
Sección horizontal: muy poco circular
Métodos para determinar forma y
tamaño
3. Factores de forma
La definición del factor de forma dependerá de
cuál sea el parámetro relevante:
Superficie
Volumen
Dimensión lineal
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Gravedad
específica
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Gravedad específica

Es la relación de la densidad de un cuerpo
con la densidad del agua referida a 4°C
𝐺𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎 4°𝐶
𝜌 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑙𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎 4°𝐶
=
𝜌 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎 4°𝐶
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Principio de
Arquímedes
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Principio de Arquímedes
Un cuerpo total o parcialmente sumergido
en un fluido en reposo, recibe un empuje de
abajo hacia arriba igual al peso del volumen
del fluido que desaloja
𝑚3 𝑘𝑔 𝑚
𝐸𝑚𝑝𝑢𝑗𝑒 = 𝑚 𝑔 = 𝑉 𝜌 𝑔 =
𝑚3 𝑠 2
Densidad – Equipos
de medida
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad – Equipos de medida
1.
Picnómetros
Su característica principal es la de
mantener un volumen fijo al
colocar diferentes líquidos en su
interior.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad – Equipos de medida
1.
Picnómetros
Esto nos sirve para comparar las
densidades de dos líquidos pesando
el picnómetro de cada líquido por
separado y comparando sus masas.
Es muy sensible a cambios de
concentración de sales en el agua,
por lo que se usa para determinar la
salinidad del agua, la densidad de
líquidos biológicos, etc.
Densidad – Equipos de medida
1.
Picnómetros
PROCEDIMIENTO
a.
Anote el valor del volumen del picnómetro que tiene
registrado en la pared del frasco
b.
Calibre la balanza
c.
Mida la masa del picnómetro vacío, limpio y seco
d.
Llénelo completamente de agua utilizando una jeringa y
coloque su tapón, parte del líquido se derramará, por
tanto seque perfectamente.
e.
Mida la masa del picnómetro lleno de líquido.
f.
Mida la temperatura del agua
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad – Equipos de medida
2.
Objeto sumergido
Es una aplicación del principio de
Arquímedes con el uso de:
HIDRÓMETROS,
DENSÍMETROS O
AERÓMETROS
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad – Equipos de medida
2.
Objeto sumergido
El nivel de la superficie líquida
cuando el hidrómetro flota en el
líquido es una medida de la
gravedad específica del líquido.
Su precisión está entre 0,001 y
0,0005.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
DENSIDAD DE MATERIAL
PARTICULADO
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de material
particulado
Cuando se trata de una colección de
partículas, existen al menos tres
definiciones de densidad:
a)
Densidad de partícula
b)
Densidad a granel o aparente
c)
Densidad ajustada
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de material
particulado
a) Densidad de partícula
Se mide el fluido que ingresa en los
espacios
porosos
del
material
pulverulento (Vc). Siendo Vt el volumen
del material sólido.
𝑀𝑎𝑠𝑎
𝜌=
𝑉𝑡 + 𝑉𝑐
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de material
particulado
b) Densidad a granel o aparente
Masa de partículas por unidad de
volumen aparente (o total) en un lecho
formado
en
condiciones
de
acomodamiento libre.
𝑚
𝜌𝑎 =
𝑉𝑎
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Tabla. Densidad aparente de alimentos en polvo
Polvo
Densidad
aparente (Kg/m3)
Polvo
Densidad
aparente (Kg/m3)
Avena
513
Leche en polvo
610
Trigo
785
Sal granulada
960
Harina
449
Azúcar granulada
800
Cocoa
480
Azúcar en polvo
480
Café instantáneo
330
Harina de trigo
480
Café en grano
330
Levadura panaria
520
Almidón de maíz
560
Huevo entero
340
Lewis, M. J. en Pysical of Food Processing System, Ellis Horwood Ltd., Herts,
UK.
Tabla. Densidad aparente de frutas y vegetales
Polvo
Densidad
aparente (Kg/m3)
Polvo
Densidad
aparente (Kg/m3)
Manzana
544 - 608
Naranja
768
Zanahoria
640
Durazno
608
Uvas
368
Cebolla
640 - 736
Limón
768
Tomate
672
Albaricoque
609
Espárrago
577
Remolacha
833
Repollo
449
Coliflor
320
Cerezas
721
Pepino
769
Judías verdes
384
Pera
641
Ciruela
721
Espinaca
224
Maíz dulce
865
Camote
705
Patata blanca
769
Adaptado de Mohsenin (1970)
Densidad de material
particulado
c) Densidad ajustada
Una cantidad dada de polvo en un
recipiente se hace vibrar bajo
condiciones controladas de manera que
las partículas se asienten y acomoden.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
DENSIDAD DE GRANOS Y
SEMILLAS POR EL MÉTODO
DEL PICNÓMETRO
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de semillas y granos
Para
semillas
y
granos el método
más usado es el
picnómetro
con
tolueno,
aunque
también
puede
utilizarse agua como
líquido
de
referencia.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de semillas y granos
El uso de tolueno tiene las siguientes
ventajas:
 Baja tendencia a absorberse en los granos
 Tensión superficial baja, facilitando el flujo
suave sobre la superficie de los granos
 Baja
acción
disolvente
sobre
los
constituyentes de los granos
 Alto punto de ebullición
 No cambia su densidad relativa
 No cambia su viscosidad con la exposición
atmosférica
 Tiene una densidad muy baja
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de semillas y granos
El procedimiento usado es el reportado
por Chiralt et al., (1998).
1. Determinación de la capacidad exacta
del picnómetro por pesada cuando está
vacío (mp) y lleno de agua destilada a
20°C (mw).
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de semillas y granos
2. La densidad del tolueno (ρt), se
determina por comparación del peso del
tolueno en el picnómetro (mt) y el peso
del agua destilada en el picnómetro a la
misma temperatura (mw).
𝜌𝑡
𝑚𝑡 − 𝑚𝑝
=
𝑉
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de semillas y granos
3. Se coloca una cantidad conocida de
muestra (m) en el picnómetro, con
tolueno suficiente para cubrir la
muestra.
4. Gradualmente se extrae el aire del
picnómetro con una bomba de vacío,
eliminando completamente las burbujas
de aire atrapadas en el producto.
5. Cuando cesa el burbujeo de aire, se
enrasa con tolueno y se pesa (mtm).
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de semillas y granos
6. Se calcula el peso de tolueno
desplazado por la muestra (mtd)
𝑚𝑡 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠 = 𝑚𝑡𝑚 − 𝑚
𝑚𝑡𝑑 = 𝑚𝑡 − 𝑚𝑡 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜𝑠
7. Y se calcula la densidad real de la
muestra (ρrm)
𝜌 𝑟𝑚
𝜌𝑡 × 𝑚
=
𝑚𝑡𝑑
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Densidad de semillas y granos
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Granulometría
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Granulometría
Es la medición y graduación que se
lleva a cabo de las partículas con fines
de análisis, y el cálculo de la
abundancia de los diferentes tamaños
por medio de una escala
granulométrica
Diámetro de Partícula
Se define una esfera equivalente y el
tamaño de la partícula como diámetro
equivalente.
Diámetro de Partícula
Símbolo
Nombre
Definición
Dv
Diámetro basado en
el volumen
Diámetro de una esfera con el mismo
volumen que la partícula
Ds
Diámetro basado en
la superficie
Diámetro de una esfera con la misma
superficie que la partícula
Diámetro de arrastre
Diámetro de una esfera con el mismo
arrastre viscoso en un fluido que una
partícula a la misma velocidad
Diámetro de Stokes
Diámetro de esfera de similar densidad que
tiene la misma velocidad terminal mientras
cae en un medio viscoso bajo gravedad
Diámetro basado en
el área proyectada
Diámetro de un círculo con igual área que el
área proyectada de la partícula
Diámetro de Feret
Distancia entre tangentes paralelas al área
proyectada de la partícula
Diámetro de Martín
La longitud de la cuerda media en el área
proyectada de la partícula
Da
DSt
Dap
DF
DM
Diámetro de Partícula
EJEMPLO 1:
En el estudio de la sedimentación del
glóbulo de grasa nos interesa el
diámetro de Stokes
Diámetro de esfera de
similar densidad que tiene
la misma velocidad
terminal mientras cae en
un medio viscoso bajo
gravedad
Diámetro de Partícula
EJEMPLO 2:
En el estudio del poder de
recubrimiento de un polvo sólido
conviene medir el diámetro basado en
el área proyectada
Diámetro de un círculo
con igual área que el
área proyectada de la
partícula
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Granulometría
Formas de medir
tamaños de partícula
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Tamizado
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Tamizado
❖ Es
el método más eficiente de
determinación de tamaño
❖ El
número de malla se conoce
como mesh y representa el
número de abertura que hay por
pulgar lineal.
❖ En
general van de 325 a 10
mesh.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Tamizado
Los resultados pueden representarse
en forma de histograma
Tamizado
El principal problema de los tamices
es:
❖
La obturación de las aberturas,
❖
La aglomeración
blandas,
❖
La molienda de partículas frágiles y
❖
El daño causado a las mallas finas
durante el limpiado mecánico.
de
partículas
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Scattering
La muestra es colocada en
una cámara por donde se
hace pasar la luz láser. El
ángulo
que
forma
la
dispersión
de
la
luz
incidente
depende
del
tamaño de las partículas,
por lo tanto, midiendo la
luz en diferentes ángulos,
se pueden hacer inferencias
sobre el tamaño y la
distribución de tamaño.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Scattering
❖
De acuerdo a la Ley de Lambert-Beer
la
intensidad
del
haz
decae
exponencialmente a lo largo de la
trayectoria, con una constante de
decaimiento
proporcional
a
la
concentración de partículas
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Método Coulter
➢
Puede contar una por una partículas de 1
a 1200 µm de diámetro a velocidades de
hasta 3000 por segundo.
➢
Las partículas se suspenden en un
electrolito y son forzadas a pasar por
una abertura u orificio.
Un electrolito es cualquier sustancia que contiene iones
libres que se comportan como medio conductor eléctrico.
Debido a que generalmente consisten en iones en
solución, también son conocidos como soluciones iónicas.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Método Coulter
➢
Se mide el voltaje entre dos
electrodos ubicados en la abertura,
siendo el tamaño de la partícula
proporcional a la diferencia de
voltaje.
➢
Se deben medir al menos 625
partículas para tener una precisión
del 5%.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
El conocimiento del porcentaje de
huecos en materiales porosos o no
consolidados,
como
productos
ensilados, granos, etc., es necesario
para estudios de flujo de calor, etc.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
La porosidad corresponde con el
volumen de aire que hay en un
volumen total de muestra.
𝑉𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 − 𝑉𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡í𝑐𝑢𝑙𝑎
𝜀=
𝑉𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
Porosidad de un polvo o a granel (ε)
Es la razón entre el volumen de
espacios más poros abiertos y el
volumen total ocupado por la masa
compacta.
𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙 − 𝜌𝑎𝑝𝑎𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒
𝜀 =
𝜌𝑟𝑒𝑎𝑙
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
Determinación de la porosidad por el
método Day.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
Se coloca el material poroso en el
tanque 2.
Con la válvula 2 cerrada se inyecta
aire en el tanque 1 hasta que el
manómetro marque un valor
considerable.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
Se cierra la válvula 1 y se lee la
presión absoluta (P1). En este
momento se cumple la ecuación:
𝑃1 𝑉1 = 𝑁 𝑅 𝑇1
Se abre la válvula 2 y se espera a
que alcance el equilibrio.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
Se lee en el manómetro la presión
P3.
En estas condiciones, el número
total de moles de aire (N) se divide
entre el tanque 1 (N1) y el tanque
(N2):
𝑁 = 𝑁1 + 𝑁2
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
Las ecuaciones son:
Estado inicial
𝑃1 𝑉1
𝑁=
𝑅𝑇
Tanque 1
𝑃3 𝑉1
𝑁1 =
𝑅𝑇
Tanque 2
𝑃3 𝑉2
𝑁2 =
𝑅𝑇
Equilibrio
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.
Porosidad
Finalmente la ecuación es:
𝑉2 𝑃1 − 𝑃3
=
𝑉1
𝑃3
El cociente V2/V1 es directamente la
porosidad.
El volumen del tanque 2 se determina
utilizando agua.
Ing. Liliana Acurio Arcos M.Sc.