Informe detallado del análisis de la viscosidad de varios fluidos alimenticios como miel o aceite de oliva, en el área de tecnología de alimentos de la Escuela de Bioquímica y Farmacia de La Escuela Superior Politécnica de Chimborazo.

1. LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
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VISCOSIDAD
INFORME No. 1
VISCOSIDAD
1. Objetivos
1.1. Objetivo General
Medir la viscosidad de distintos fluidos alimenticios para la determinación de su
comportamiento como Newtonianos y no Newtonianos, utilizando un viscosímetro.
1.2.
Objetivos Específicos
1.2.1. Analizar como varía la viscosidad del fluido al aumentar la temperatura.
1.2.2. Comparar los resultados de viscosidad de los fluidos de la práctica con datos
teóricos.
1.2.3. Determinar el comportamiento de los distintos fluidos aplicándole diferentes
velocidades.
2. Fundamento Teórico
Reología de los alimentos
La reología de los alimentos es el estudio del comportamiento reológico de los alimentos
es importante en el control de la calidad industrial, las mediciones reológicas juegan un
papel primordial ya que tanto las materias primas, como los productos intermedios y
finales requieren, por lo general, de mediciones de algún parámetro reológico. Para el
caso de materias primas, tales como agentesespesantes y gelificantes, las mediciones de
viscosidad y fuerza de gel respectivamente son necesarias para verificar si cumple con los
requisitos de contratación.
Las razones que justifican el estudio del comportamiento reológico de los alimentos son
las siguientes:
1. Contribuye al conocimiento de la estructura y es una herramienta complementaria a las
técnicas usualmente utilizadas para estos estudios. Así, por ejemplo existe cierta relación
entre el tamaño y la forma molecular de las sustancias en disolución y su viscosidad, así
como entre el grado de entrecruzamiento de los polímeros y su elasticidad. Por otra parte,
a través de las mediciones de viscosidad de dispersiones de polímeros, pueden realizarse
determinaciones de la masa molecular de estos.
2. La reología presta una preciosa ayuda en el diseño de equipos y procesos de la
industria como son los casos de sistemas de bombas y tuberías. Además durante los
procesos de concentración y evaporación, la viscosidad es un parámetro crítico que es
necesario tener en cuenta para lograr mejoras en la eficiencia de los mismos. Los
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VISCOSIDAD
sistemas de mezcla y agitación, también requieren de los datos de los parámetros
reológicos para los cálculos energéticos y diseños de reactores.
3. En el control de la calidad industrial. Para el caso de la industria panadera, las
mediciones de las características reológicas de la harina utilizada es de suma
importancia, en este caso se evalúan entre otras, la dureza, grado de gelatinización de los
almidones, extensibilidad de la masa y otras propiedades. En esta industria, las
mediciones de la plasticidad y de las grasas utilizadas son imprescindibles, pues
determinan las características texturales del producto final.
Viscosidad
La viscosidad de un líquido es la oposición que este presenta ante el
flujo.Causada por grandes fuerzas intermoleculares que hacen que las
moléculase j e r z a n g r a n d e s f u e r z a s d e r o z a m i e n t o u n a s s o b r e o t r a s . T a l
c o m o e n l a tensión superficial la fuerza intermolecular se ven afectadas por la
inducciónde energía térmica, sin embargo hay líquidos que escapan a esta regla
por lautilización de aditivos o por sus propiedades naturales. Entre más cerca
delcentro superficial del líquido se encuentren las moléculas estás
fluirán conuna relativamente menor viscosidad (fluirán con mayor facilidad). Un fluido
que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.
Unidades
Las unidades de viscoisidad más utilizada son los milipascales por segundo (mPas). Se
debe tener en cuenta que:
1000 mPas= 1Pas
Además, el sistema cegesimal aún se sigue usando, siendo la unidad de medida el
centiPoise (cP). La conversión de unidades entre los dos sistemas es:
1 cp= 1 mPas
1 Poise= 1 g/cm
La tabla siguiente es una aproximación del valor de la viscocidad para sustancias muy
conocidas a temperatura y presiones ambientales.
VISCOSIDADES DE LOS FLUÍDOS EN ANÁLISIS
Tabla 1. Viscocidad Aproximada a T y P ambiente
Fluidos
Vidrio
Vidrio Fundido
Betún
Polímeros fundidos
Miel líquida
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Viscosidad aprox (mPas)
1043
1015
1011
106
104
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VISCOSIDAD
Glicerol
Aceite de oliva
Agua
Aire
103
84
1
10-2
1 mPas= 1cPoise
FUNDAMENTO DEL VISCOSÍMETRO ROTACIONAL
El viscosímetro rotacional es un equipo para la determinación de la viscosidad por el
principio rotacional; consiste en la rotación de un husillo sumergido en la muestra y una
velocidad constante. La resistencia generada por el producto sobre el husillo es
directamente proporcional a la viscosidad. Se trata de un equipo muy versátil utilizado en
laboratorio de control de calidad y líneas de producción industriales.
El viscosímetro rotacional funciona por el pio de rotación de un cilindro o bien un disco
sumergido en el material que se debe probar, midiendo la fuerza de torsión necesaria
para superar la resistencia viscosa de la rotación. El cilindro o disco (husillo) esta
acoplado con un muelle a un motor que gira a una velocidad determinada. El ángulo de
desviación del eje se mide electrónicamente dando a la medida de fuerza de torsión.
A partir de las medidas de fuerza de torsión, da la velocidad del eje y de sus
características, el viscosímetro nos da una lectura directa de la viscosidad en centipoises
(mPa.s). El equipo dispone de varios husillos y de una gama amplia de velocidades, que
permite medir viscosidades dentro de un intervalo grande. Para cualquier líquido de
viscosidad determinada, la resistencia al avance crece proporcionalmente a la velocidad
de rotación de un husillo o del tamaño del mismo. El viscosímetro esta construido para
tener en cuenta la velocidad seleccionada y el tipo de husillo seleccionado para dar los
resultados en cP. Las combinación de velocidades y husillo, permiten elegir una escala
optima para cualquier medición, dentro de la gama del aparato.
Instrumentos de Medición
Equipo
Características
Utilidad
Viscosímetros PCE-RVI 1
Rangos de medición: 10 ... 100.000 mPa.s
Rotores / Husillos: Nº 1 – 4
Precisión: ±5 % (con líquido de Newton)
Velocidad de rotación: 6 / 12 / 30 / 60 minutos.
Dimensiones: 300 x 300 x 450 mm (largo x ancho
x alto).
Peso: 1,5 kg.
Alimentación: 220 ... 240 V, 50 ... 60 Hz
Mide viscosidad
de tintas de
impresión, lacas,
pastas, alimentos
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VISCOSIDAD
Viscosímetro capilar de
vidrio ViscoClock
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Medidores capilar
que determina
automáticamente
la viscosidad,
mide viscosidad
absoluta y relativa
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VISCOSIDAD
Viscosímetros
cilindros coaxiales
de
El equipo tiene un motor de torque constante y
que para cada situación, equilibra el torque
resistente del fluido con el ejercido por el motor.
Este valor es trasladado electrónicamente a una
escala, donde se leen valores s de escala.
En el eje del motor, se conecta el sensor que va
sumergido en una copa que tiene el fluido de
prueba, hasta el a nivel recomendado por los
fabricantes del equipo
VISCOSIMETRO
ANALOGICO MODELO
801
Viscosimetro Rotacional
Digital.
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medir el nivel de
viscosidad de
productos como
pinturas,
productos
alimenticios,
suspensiones,
entre otros.
en la industria
alimenticia,
farmacéutica y en
la medición de
viscosidad de
pinturas y grasas
Rango medida 1-600000 mPa.s (cp)
Velocidad 1-60 rpm
Precisión ±2.0%
Husillos nº 1, 2, 3, 4
Repetibilidad 0.5%
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Nombre: Ing. Paola Arguello
Fecha:
Mide la viscosidad
de diversos tipos
de fluidos como
aceites
comestibles,
lubricantes,
pinturas, barnices
y productos
similares.
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VISCOSIDAD
3. Marco Referencial
La practica fue realizada en el Laboratorio de Bromatología de la Facultad de ciencias de
la ESPOCH, Km ½ vía Panamericana Sur. Riobamba – Ecuador.
4. Parte Experimental
4.1.
Sustancias y Reactivos




4.2.
Miel de abeja líquida
Concentrado de papaya
Maicena
Aceite de oliva
Materiales y Equipos
 Viscosímetro Rotacional
 Husillos
 Termómetro
 Reverbero
 Varilla de agitación
 3 Vasos de precipitación de 250 mL
 Baño maría
5. Procedimiento
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VISCOSIDAD
PROTOCOLO PARA LA REALIZACIÓN PRÁCTICA
Para fluidos con distintas densidades que
sedimentan, antes de medir se debe agitar con
una varilla de vidrio sin introducir burbujas de
aire hasta que se vean homogéneos.
Seleccionar el husillo esto depende de la
viscosidad de cada fluido, los husillos de
números mayores miden viscosidades altas y
husillos
de
números
menores
para
viscosidades bajas
Bajar la cabeza del viscosímetro girando el
tornillo del lado posterior izquierdo,
sumergiendo el husillo hasta la señal que
tiene el eje.
Encienda el viscosímetro pulsando el
interruptor que se encuentra en la parte
posterior
El viscosímetro proporciona sucesivos
valores de viscosidad y debajo indicará el
porcentaje del fondo de escala que debe
estar entre el 15-20%. Por lo tanto no es
recomendable trabajar con valores de
viscosidad inferiores al 15%
Una vez seleccionado el husillo apropiado para
el sistema y el rango de velocidades a las
diferentes velocidades. Anotar la T° al comienzo
y al final de cada medida, se tomará la T° media.
Elaborado por:
Revisado a
Tomar 20 valores de la viscosidad y % por dos por:
Nombre: Orna M, Navas L, Salguero C,
Nombre: Ing.
tres min a 5 velocidades distintas para el primer Paola Arguello
Salguero N, Vargas E.
Fecha:
fluido 18/02/2014
Fecha:
Colocar 250mL de producto en un
vaso de precipitado, ya que estos
tienen el diámetro adecuado para
que las paredes no afecten en la
medida de la viscosidad.
Colocar el vaso con el sistema
homogenizado debajo de la cabeza
del viscosímetro. Introducir el husillo
en el líquido de modo que el disco
entre oblicuamente para evitar
formación de burbujas
Una vez mojado, enroscarlo en el eje
del viscosímetro
Seleccionar
MEASUREMENT
y
pulsar ENTER. Con las teclas de
subir y bajar colocar en SP el número
del husillo que está puesto en el
viscosímetro y ENTER. Pulsar TAB y
colocar la velocidad más baja (10rpm)
en el campo EPM y pulsa ENTER.
Una vez introducidos los parámetros
pulsar ON y el viscosímetro empieza
a funcionar
Pulsar QUIT para detener la rotación,
cambiar de husillo para los otros
fluidos. Aumentar la T° de los fluidos a
10°C y medir la viscosidad a las 5
velocidades
Medir los °Brix y colocar en la tabla
Elaborar unapor:
Aprobado suspensión al 60% de
almidón, introducir la mano de manera
Nombre:
rápida
luego
lenta,
anotar
Fecha: y
observaciones.

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VISCOSIDAD
6. Resultados
Tabla 2. Resultados de la medición de viscosidad en miel de abeja a 25,5°C
Miel de abeja(T°= 25.5)
Usillo
L3
10
Cp
2699.76
L4
20
%
28.09
Cp
2674.11
%
42,88
Rpm
30
Cp
%
2682.61 63.90
50
Cp%
3026.79
60
%
2
5
Cp
3054.21
%
30.22
Tabla 3. Resultados de la medición de viscosidad en miel de abeja a 35°C
Miel de abeja (T°= 35)
Usillo L4
Rpm
20
30
Cp
%
Cp
858.42
2.85
856.48
10
Cp
879.53
%
1.43
%
4.25
50
60
Cp% % Cp %
NA
NA
Tabla 4. Resultados de la medición de viscosidad en puré de papaya a 24°C
20
Cp
1632.90
%
25.90
Puré de papaya (T°= 24)
L3
Rpm
30
50
60
Cp
%
Cp
%
Cp%
%
1413.10 35.00 1011.70 40.10 882.70 41.20
100
Cp
702.00
%
54.05
Tabla 5. Resultados de la medición de viscosidad en pure de papaya a 34°C
Pure de papaya (T°= 34)
L3
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VISCOSIDAD
30
20
%
43,1
Cp
2714,7
Rpm
50
Cp
1700.oo
%
40.90
Cp
1196.70
%
47.50
60
Cp%
1091.30
100
%
51.70
Cp
822.80
%
65.50
Tabla 6. Resultados de la medición de viscosidad en Aceite de oliva a °C
10
Cp
%
18.40
Cp
Aceite de oliva (T°=4)
L1
Rpm
12
30
50
%
Cp
%
Cp%
%
23.08
27.04
46.30
60
Cp
%
56.30
Tabla 7. Resultados de la medición de los °Bx en las diferentes muestras.
ACIETE
ALMIDÓN 60%
PURÉ DE PAPAYA
MIEL
AGUA
GRADOS BRIX
0%
0%
9.2%
78%
0%
SOLUCIÓN DE ALMIDÓN 60%
Al mayor fuerza de cizalla incrementa la resistencia
A menor fuerza de cizalla disminuye la resistencia
GRÁFICOS DE LOS DIFERENTES FLUIDOS:
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VISCOSIDAD
Gráfico 1 de la Viscosidad Vs Velocidad rpm de la miel de
abeja
°T- 25.5°C
3100
3000
vISCOSIDAD
2900
2800
2700
cp
2600
2500
2400
10
20
30
50
60
VELOCIDAD rpm
Gráfico 2 de la Viscosidad) de la miel de abeja
°T- 35°C
885
880
875
870
865
Cp
860
855
850
845
840
10
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30
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VISCOSIDAD
Gráfico 3 de la Rpm f(Viscosidad) del pure de papaya
°T-24°C
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
Cp
20
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30
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12. LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
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Fecha : 2013/10/09
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VISCOSIDAD
Gráfico 4 de la Rpm f(Viscosidad) del pure de papaya
°T-34°C
3000
2500
2000
1500
cp
1000
500
0
20
30
50
60
100
Gráfico 5 de la Rpm f(% del fondo de escala) del aceite de oliva
°T-4°C
60
50
40
30
%
20
10
0
10
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12
30
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Nombre: Ing. Paola Arguello
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VISCOSIDAD
7. Discusión de los Resultados
Elaborado por: Maurio Orna
 La viscosidad de la miel disminuye rápidamente a medida que aumenta su
temperatura. 1% de humedad es equivalente a aproximadamente 3,5 ° C en su efecto
sobre la viscosidad. La viscosidad se puede ajustar para adaptarse a cualquier
sistema de suministro de fabricación. (Izquierdo 2006).
 A medida que aumenta la temperatura en las fuerzas de cohesión entre sus
moléculas se reducen con una disminución correspondiente de la resistencia al
movimiento. Como la viscosidad es un indicador de la resistencia al movimiento
podemos concluir que la viscosidad disminuye al aumentar la temperatura en un
líquido.
 La miel es un fluido muy viscoso de tipo Newtoniano, pues su viscosidad permanece
estable mientras no se varíe su temperatura ni la fuerza de cizalla, esto se puede
verificar dado que al fluido por un tiempo de aproximadamente 3 minutos en el cual
se determinó su viscosidad manteniendo constante la velocidad con la que el husillo
gira, se tomaron 20 mediciones, las cuales no variaron significativamente sus valores
en cuanto a los Cp, y mucho menos en cuanto al porcentaje determinado.
Recordemos también que como fluido Newtoniano es independiente del tiempo por lo
tanto se comprobó también que la variación de la viscosidad era mínima y esta se
debe a los pequeños cambios de temperatura y a errores instrumentales propios del
equipo que provocan cambios pequeños no significativos.
 En el gráfico 1 para la muestra de miel a 25.5°C podemos observar que la curva Cp
vs rpm crece progresivamente a medida que aumentamos las revoluciones por
minuto, entonces al aplicar una mayor velocidad al husillo utilizado podemos afirmar
que la viscosidad crece directamente proporcional a la fuerza (rpm) aplicada a la
muestra, mientras la temperatura no varíe.
 Por otro lado se puede ver una linealidad en relación a las tres primeras rpm aplicadas
que tan solo se dan en incrementos de 10 en 10, mostrando un comportamiento típico
de fluidos Newtonianos, para el caso de la miel, en este estudio de la reología de
alimentos (Riveiro, 2008) , se afirma que varias de las diferentes mieles analizadas
muestran un leve comportamiento pseudoplástico hasta un cierto tiempo en el cual se
estabilizan, algo semejante se observa en el gráfico 1 por el comportamiento de la
miel
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VISCOSIDAD




Al comparar los gráficos 1 y 2 correspondientes al análisis de viscosidad de la miel, a
diferentes temperaturas se puede observar un claro descenso en la viscosidad, es
decir la muestra se vuelve más fluida a una temperatura mayor debido a que se
reducen las fuerzas de cohesión molecular de la muestra, o en otras palabras la
energía cinética supera a las fuerzas de viscosidad, pero no se puede afirmar de
manera precisa como influye la aplicación de mayor fuerza(rpm) a la determinación de
la viscosidad, pues el porcentaje de fondo de escala que nos da el equipo es menor al
15%, el cual es un porcentaje no recomendable , por lo mismo los valores de
viscosidad no son confiables.
El valor de la miel de abeja pura es 10 000 cP pero los valores de viscosidad de la
miel determinada prácticamente no superan los 3100 cP, lo cual es de esperar ya que
la miel analizada marca “Superba” debe cumplir los requisitos de las normas técnicas
y a la misma ves poseer características organolépticas y físicas que agraden al
consumidor, de tal manera que las diferentes marcas de miel pueden variar
parámetros como el porcentaje de humedad, el cual según el Codex Alimentarius
Commission se encuentra hasta un máximo del
20%. En la miel madura,
normalmente el contenido en agua oscila del 16% al 18%. Por debajo del 17,1%
desaparece prácticamente, el peligro de multiplicación de levaduras osmófilas. Por lo
antes mencionado se estima que el contenido de humedad en esta miel es alto y esto
influye directamente en la viscosidad, además de que no se conoce el tipo ni el
tratamiento al cual fue sometido la miel en la industria alimenticia.
Los husillos disponibles presentaron cuatro niveles, el más adecuado para la
medición de viscosidad de la miel fue el número 4, siendo el de menor superficie de
contacto con la muestra, ya que estos son más adecuados que los otros para la
medición de fluidos más viscosos por su mayor facilidad de contacto y e interacción
con la muestra, pudiendo medir fluidos de una viscosidad de hasta 2000 000 de cP .
El husillo 3 es más adecuado para mediciones de muestras con viscosidad media y
alta entre 300cP y 100cP. El husillo 2 en cambio es más adecuado para muestras con
viscosidad intermedia es decir entre 60 y 20 000 cp., y por último el husillo 1 es más
adecuado para muestras más fluidas ya que este posee mayor superficie o área de
contacto lo cual es beneficioso para muestras menos viscosas.
El puré de papaya es un fluido que como se puede ver en el gráfico 3 disminuye su
viscosidad a medida que se aumenta las rpm aplicadas, todo esto de una manera
poco lineal lo que nos da a entender que se trata de un fluido no Newtoniano; de igual
manera en el gráfico 4 la viscosidad disminuye notablemente con la temperatura de
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15. LABORATORIO DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS
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VISCOSIDAD


más 10°C aplicada y sigue disminuyendo a medida que aumenta las rpm, en otras
palabras sucede lo contrario a la miel que es un fluido Newtoniano definido.
Al comparar los dos fluidos tanto papaya como la miel podemos diferenciar sus
cinéticas en función de las rpm aplicadas, la diferencia más notable es que la miel
tiende a aumentar su viscosidad a medida que incrementa su gradiente de velocidad,
sucediendo lo contrario con el puré de papaya en el cual su viscosidad disminuye. Al
tomar en cuenta la temperatura de más 10°C aplicada a las dos muestra se puede
decir que para los dos casos la temperatura no actúa igual ya que para el caso de la
miel esta se vuelve más fluida con relación a la medición de la viscosidad a 25.5°C a
10 rpm, por otro lado la papaya incrementa su viscosidad la cual es un(47.84%) mayor
a la viscosidad determinada a 20rpm pero a 25.5°C; como ya se indicó anteriormente
por la mayor cinética de sus partículas.
El aceite de oliva no pudo ser analizado por el viscosímetro rotacional a pesar de que
el porcentaje de fondo de escala es adecuado (>15% en todas las rpm aplicadas )
como podemos observar en la tabla 6, esto puede deberse a que la viscosidad es muy
baja (84Cp a 25°C), y la sensibilidad del equipo puede no ser la suficiente para medir
esta cantidad, y el husillo más adecuado es el número 1 pues este posee mayor área
superficial y es más adecuado para los fluidos de mínima viscosidad, pero este
problema podría ser solucionado con un husillo de mayor área superficial el cual sería
más sensible a estas bajas cantidades.
8. Conclusiones
8.1.
La viscosidad en el caso de la miel de abeja al aumentar la temperatura
disminuye la viscosidad, en el caso el puré de papaya al aumentar la temperatura
aumenta la viscosidad; mientras que en el caso del aceite de oliva no se pudo
medir la viscosidad.
8.2.
Al comparar la viscosidad teórica con la obtenida en la práctica se puede concluir
que la viscosidad de la miel de abeja tiene un rango de diferencia muy elevado ya
que los datos teóricos se encuentran sobre los 100000 cPois mientras que en la
práctica está sobre los 4000 cPois; cabe recalcar que en la teoría el porcentaje del
fondo de escala pudo haber sido de un 100 % mientras que en nuestra práctica
llegaba máximo hasta el 65 %; en el puré de papaya ……………………. ; en el
aceite de oliva no se puede realizar una comparación ya que no se pudo leer la
viscosidad en el viscosímetro rotacional.
8.3.
Determinar el comportamiento de los distintos fluidos aplicándole diferentes
velocidades.
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VISCOSIDAD
9. Recomendaciones
 Subir la guía de prácticas con anticipación a la web.
 Tener conocimiento previo del manejo del equipo viscosímetro rotacional.
 Preparar la muestra de los fluidos con una agitación controlada, para evitar
interferencias.
 Asegurarse de que las muestras no posean partículas que puedan deteriorar el
equipo.
 Informarse acerca de las características físicas y químicas, así como del
comportamiento de los alimentos que se van analizar en laboratorio por las
diferentes metodologías
10. Referencias Bibliográficas
LINKOGRAFÍAS:
o REOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS:
http://www.ecured.cu/index.php/Reolog%C3%ADa_de_los_alimentos
o VISCOSIDAD:
http://es.scribd.com/doc/22045652/VISCOSIDAD-Practica
o UNIDADES:
http://tarwi.lamolina.edu.pe/~dsa/Fundamentos%20de%20Reologia.pdf
o INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN:
 Viscosímetros PCE-RVI 1:
http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-demedida-laboratorio/medidor-viscosidad-pce-rvi1.htm
 Viscosímetro capilar de vidrio ViscoClock
http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/instrumento-demedida-laboratorio/viscosimetro-capilar-viscoclock.htm
 Viscosímetros de cilindros coaxiales
http://www.quiminet.com/articulos/funcionamiento-y-tipos-de-viscosimetros2665142.htm
 Viscosímetro analogico modelo
http://www.comerciallabor.com/documents/Viscosimetro%20analogico.pdf
 Viscosímetro Rotacional Digital.
http://www.quirumed.com/es/Catalogo/articulo/22400
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11. Anexos
Viscosímetro
Miel de abeja
Aceite de oliva y el usillo L 4
Maicena al 60 %
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