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Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas
Universidad de Pamplona
revistabistua@unipamplona.edu.co
ISSN (Versión impresa): 0120-4211
COLOMBIA




                                                          2006
                                                 Eliseo Amado / L. Mora
                    ANÁLISIS DE LA VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA DE UN ACEITE
                                   VEGETAL EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA
                      Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas, año/vol. 4, número 002
                                               Universidad de Pamplona
                                                Bucaramanga, Colombia
                                                        pp. 54-56




            Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal

                           Universidad Autónoma del Estado de México

                                      http://redalyc.uaemex.mx
BISTUA Vol. 4 No. 2          Pag. 54 - 59                                      ISSN 0120-4211
Análisis de la variación de la viscosidad cinemática de un
aceite vegetal en función de la temperatura

ANALYSIS OF THE VARIATION OF THE VEGETABLE
OIL KINEMATIC VISCOSITY WITH TEMPERATURE

Amado Eliseo1, Mora L. 2
 1
   Grupo de Energía, Transformación Química y Medio Ambiente.
Instituto de Biocombustibles, Energías Alternativas y Renovables (IBEAR).
Email:eamado@unipamplona.edu.co
2
   Semillero de Investigación del IBEAR.

Recibido 05 Septiembre 2006
Aceptado 10 de Noviembre 2006

      ABSTRACT
      The viscosity of a vegetable oil in the temperature range of 15°C to 50°C were studied.
      A change of the flow behavior from newtonian to a non-newtonian complex behavior
      was found at the temperature with less than 35°C . These are the results obtained.

      KEY WORDS
      Frying Oil, Viscosity, Shear Stress, Shear Rate, Newtonian Fluid, Pseudoplastic,
      dilatant.

      RESUMEN
      Se realizó una evaluación del proceso de degradación de un aceite vegetal utilizado
      en procesos de fritura por inmersión mediante la medición de la viscosidad en un
      rango de temperatura de 15 °C a 50 °C. El análisis permitió establecer un cambio
      del comportamiento newtoniano del aceite a dilatante por encima de los 35 °C. Los
      resultados son analizados.

      PALABRAS CLAVES
      Aceite de fritar, Viscosidad, Fuerza de cizalladura, Rata de deformación, fluido
      newtoniano Pseudoplástico, dilatante .


INTRODUCCIÓN                                       La posibilidad de producir un biocombustible
                                                   biodegradable, no-tóxico y que produzca bajas
La actual crisis de las fuentes de energía         emisiones comparado con el diesel, pero que
provenientes del petróleo ha urgido la             además permita mejorar el balance entre la
necesidad de desarrollar nuevos procesos que       agricultura, desarrollo y medio ambiente, es
permitan obtener fuentes alternativas de           el objetivo de los procesos de desarrollo
energía como son los biocombustibles,              sostenible.
hidroelectricidad y energía nuclear (Srivastava,   Desde la perspectiva química los aceites/
A, Prasad, R., 2004)                               grasas consisten de moléculas con cadenas

54           Impresa en Colombia            Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona
ISSN 0120-4211
largas de ácidos grasos unidos por enlaces ester        Van Garpen. 1999)
a una molécula de glicerol. Estos ácidos grasos
difieren entre sí por la longitud de cadena, número,    El presente trabajo se presenta la evaluación de
orientación y posición de los dobles enlaces. El        la variación del comportamiento reológico de un
biodiesel se obtiene por la transesterificación con     aceite de fritura en el rango de temperatura de
alcoholes de bajo peso molecular o por                  de 15 °C a 50 °C en el marco del estudio de
esterificación de los ácidos grasos (Meher L.,          equilibrios ternario y cuaternario de mezclas de
Vidya D., Naik S., 2006)                                aceite y agua.

                                                        MATERIALES Y METODOS
La investigación de los aceites vegetales ha            Las medidas de viscosidad se realizaron en
cobrado gran interés por la posibilidad de              viscosímetro de baja BROOKFIELD, modelo
desarrollar tecnologías que permitan su                 RVDV-E. Se utilizó una mezcla estándar de
transformación en Biodiesel y derivados                 aceite de girasol, algodón, soya, ajonjolí, maní y
(Canoira, L et.al., 2007, Felizardo, P. et.al., 2006,   oleína de palma. Las medidas de RPM ( 0.5, 0.6,
Leung, D. Guo, Y, 2006, Marchetti, J. et.al., 2007,     1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 20, 30, 50, 60) se
P, Pugazhvadivu, M. Jeyachandran, K, 2005,              realizaron por ascenso y descenso. Se utilizó
Zheng, S, 2006).                                        un usillo No.1. El sistema se termostato por 12
                                                        horas y luego las medidas se hicieron por
El proceso de fritura por inmersión es                  triplicado.
ampliamente usado en la preparación de
alimentos. Las altas temperaturas que alcanzan          Las siguientes ecuaciones se utilizaron para
los aceites durante el proceso produce una              el usillo cilíndrico:
compleja serie de reacciones que resultan en la
                                                                 2ωRC 2 Rb2
oxidación y polimerización del aceite (Silva, M.,       γ=
Singh, R., 2004). Además los residuos de la                  X 2 (RC 2 − Rb2 )                          (1)
comida, que frecuentemente alcanzan valores
a 25% de compuestos polares, y su respectiva                   M
degradación, también afectan la calidad del             τ=                                              (2)
                                                             2πRb 2 L
aceite. Una de las propiedades directamente
afectadas por los compuestos polares y los                   τ
procesos de polimerización es La viscosidad             η=                                              (3)
(Lacey, R. Payne, F., 1994). La importancia del              γ
estudio de la viscosidad bajo diferentes
condiciones radica en que permite determinar la         Donde :
viabilidad de uso de un aceite como combustible              g : Rata de deformación (s-1)
o lubricante (Mangesh, G. et.al., 2007, Fernando,            t : Fuerza de cizalladura (dinas/cm2)
S. et.al., 2007, George, S. et.al., 2007).                   h : viscosidad (poise)
                                                             w : velocidad angular del usillo (rad/s)
La atomización del combustible es afectada por               Rc: Radio del vaso (cm)
factores como densidad, viscosidad y tensión                 Rb : Radio del usillo (cm)
superficial (Knothe, G. 2005). Distintos métodos             X : Radio al cual la fuerza de cizalladura
y modelos se han desarrollado para predecir la                    es calculada
viscosidad de un tipo específico de aceite                   M : torque medido por el equipo
combustible puro o de las mezclas con diesel                 L : Longitud efectiva del usillo
(Yaun, W. et.al.,2005). Igualmente el
comportamiento reológico de mezclas de aceite           RESULTADOS Y DISCUSION
de soya y diesel se ha determinado desde el             En Las tablas 1 -3 se presentan los datos
punto cero de temperatura hasta 373 K (Tat, M,          correspondientes a porcentaje de torsión, rata

Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona                    Impresa en Colombia               55
BISTUA Vol. 4 No. 2
                                                                                                                      ISSN 0120-4211
                               Tabla 1. Datos de viscosidad del aceite vegetal a 15 °C, 20 °C y 25 °C.
     RPM                        15 °C                          20 °C                       25 °C
                   γ            %T        τ         η         %T     τ          η         %T     τ                η
                   -1                               2                                     2                                 2
               s                              dina/cm     Poise                 dina/cm         Poise             dina/cm
     Poise
      0,5 1,1111   1,4                    0,03086       0,02777        1,0   0,02094          0,01884     0,7   0,014326          0,012893
      0,6 1,3334   1,6                    0,03526       0,02645        1,0   0,02094          0,01570     0,8   0,016529          0,012397
        1 2,2223   1,9                    0,04187       0,01884        1,3   0,02755          0,01240     1,2   0,025345          0,011405
      1,5 3,3334   2,5                    0,05400       0,01620        1,8   0,03967          0,01190     1,6   0,035263          0,010579
        2 4,4445   3,2                    0,06942       0,01562        2,3   0,05069          0,01141     2,0   0,044079          0,009918
      2,5 5,5557   3,8                    0,08375       0,01507        2,8   0,06171          0,01111     2,4   0,051792          0,009322
        3 6,6668   4,4                    0,09697       0,01455        3,3   0,07163          0,01074     2,7   0,058404          0,008760
        4 8,8890   5,7                    0,12452       0,01401        4,2   0,09146          0,01029     3,4   0,073832          0,008306
        5 11,1113  6,9                    0,15097       0,01359        5,0   0,11020          0,00992     4,1   0,089259          0,008033
        6 13,3336  8,1                    0,17742       0,01331        5,8   0,12673          0,00950     4,8   0,104687          0,007851
       10 22,2226 13,3                    0,29312       0,01319        9,5   0,20937          0,00942     7,7   0,169703          0,007636
       12 26,6671 16,0                    0,35153       0,01318       11,5   0,25235          0,00946     9,3   0,203864          0,007645
       20 44,4452 26,5                    0,58294       0,01312       19,2   0,42315          0,00952    15,6   0,342711          0,007711
       30 66,6678 39,8                    0,87716       0,01316       29,1   0,64024          0,00960    23,5   0,517924          0,007769
       50 111,1131 66,3                   1,46121       0,01315       48,8   1,07442          0,00967    39,7   0,874961          0,007875
       60 133,3357 79,7                   1,75653       0,01317       58,6   1,29150          0,00969    47,9   1,055683          0,007917



                           Tabla 2. Datos de viscosidad del aceite vegetal a 30 °C, 35 °C y 40 °C .


       RPM                        30 °C                           35 °C                          40 °C
                          γ       %T           τ          η       %T τ                    η      %T         τ          η
                        s -1                   dina/cm2       Poise                 dina/cm2        Poise             dina/cm 2       Poise
        0,5     1,1111              0,8   0,017631        0,015868       0,5     0,01102         0,009918       0,5    0,01102       0,00992
        0,6     1,3334              0,9   0,019835        0,014876       0,6    0,013224         0,009918       0,6   0,012122       0,00909
          1     2,2223              1,1   0,024243        0,010909       0,9    0,019835         0,008926       0,8   0,017631       0,00793
        1,5     3,3334              1,4   0,033059        0,009918       1,2    0,026447         0,007934       1,1   0,024243       0,00727
          2     4,4445              1,8   0,039671        0,008926       1,6    0,034161         0,007686       1,4   0,029753       0,00669
        2,5     5,5557              2,1   0,046283        0,008331       1,8    0,039671         0,007141       1,6   0,035263       0,00635
          3     6,6668              2,4   0,052894        0,007934        2     0,044079         0,006612       1,9   0,040773       0,00612
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          5    11,1113              3,6   0,079342        0,007141        3     0,066118         0,005951       2,5   0,053996       0,00486
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de deformación, fuerza de cizalladura y                                         temperaturas mayores de 35 C, el
viscosidad a las distintas temperaturas.                                        comportamiento se hace complejo como se
                                                                                observa en la Figura 2, donde la deformación de
En la Figura 1 se observa el comportamiento                                     las curvas sugiere un comportamiento no-
newtoniano del aceite a las distintas                                           newtoniano.
temperaturas. Sin embargo, para las

56                  Impresa en Colombia                               Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona

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  • 1. Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona revistabistua@unipamplona.edu.co ISSN (Versión impresa): 0120-4211 COLOMBIA 2006 Eliseo Amado / L. Mora ANÁLISIS DE LA VARIACIÓN DE LA VISCOSIDAD CINEMÁTICA DE UN ACEITE VEGETAL EN FUNCIÓN DE LA TEMPERATURA Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas, año/vol. 4, número 002 Universidad de Pamplona Bucaramanga, Colombia pp. 54-56 Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal Universidad Autónoma del Estado de México http://redalyc.uaemex.mx
  • 2. BISTUA Vol. 4 No. 2 Pag. 54 - 59 ISSN 0120-4211 Análisis de la variación de la viscosidad cinemática de un aceite vegetal en función de la temperatura ANALYSIS OF THE VARIATION OF THE VEGETABLE OIL KINEMATIC VISCOSITY WITH TEMPERATURE Amado Eliseo1, Mora L. 2 1 Grupo de Energía, Transformación Química y Medio Ambiente. Instituto de Biocombustibles, Energías Alternativas y Renovables (IBEAR). Email:eamado@unipamplona.edu.co 2 Semillero de Investigación del IBEAR. Recibido 05 Septiembre 2006 Aceptado 10 de Noviembre 2006 ABSTRACT The viscosity of a vegetable oil in the temperature range of 15°C to 50°C were studied. A change of the flow behavior from newtonian to a non-newtonian complex behavior was found at the temperature with less than 35°C . These are the results obtained. KEY WORDS Frying Oil, Viscosity, Shear Stress, Shear Rate, Newtonian Fluid, Pseudoplastic, dilatant. RESUMEN Se realizó una evaluación del proceso de degradación de un aceite vegetal utilizado en procesos de fritura por inmersión mediante la medición de la viscosidad en un rango de temperatura de 15 °C a 50 °C. El análisis permitió establecer un cambio del comportamiento newtoniano del aceite a dilatante por encima de los 35 °C. Los resultados son analizados. PALABRAS CLAVES Aceite de fritar, Viscosidad, Fuerza de cizalladura, Rata de deformación, fluido newtoniano Pseudoplástico, dilatante . INTRODUCCIÓN La posibilidad de producir un biocombustible biodegradable, no-tóxico y que produzca bajas La actual crisis de las fuentes de energía emisiones comparado con el diesel, pero que provenientes del petróleo ha urgido la además permita mejorar el balance entre la necesidad de desarrollar nuevos procesos que agricultura, desarrollo y medio ambiente, es permitan obtener fuentes alternativas de el objetivo de los procesos de desarrollo energía como son los biocombustibles, sostenible. hidroelectricidad y energía nuclear (Srivastava, Desde la perspectiva química los aceites/ A, Prasad, R., 2004) grasas consisten de moléculas con cadenas 54 Impresa en Colombia Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona
  • 3. ISSN 0120-4211 largas de ácidos grasos unidos por enlaces ester Van Garpen. 1999) a una molécula de glicerol. Estos ácidos grasos difieren entre sí por la longitud de cadena, número, El presente trabajo se presenta la evaluación de orientación y posición de los dobles enlaces. El la variación del comportamiento reológico de un biodiesel se obtiene por la transesterificación con aceite de fritura en el rango de temperatura de alcoholes de bajo peso molecular o por de 15 °C a 50 °C en el marco del estudio de esterificación de los ácidos grasos (Meher L., equilibrios ternario y cuaternario de mezclas de Vidya D., Naik S., 2006) aceite y agua. MATERIALES Y METODOS La investigación de los aceites vegetales ha Las medidas de viscosidad se realizaron en cobrado gran interés por la posibilidad de viscosímetro de baja BROOKFIELD, modelo desarrollar tecnologías que permitan su RVDV-E. Se utilizó una mezcla estándar de transformación en Biodiesel y derivados aceite de girasol, algodón, soya, ajonjolí, maní y (Canoira, L et.al., 2007, Felizardo, P. et.al., 2006, oleína de palma. Las medidas de RPM ( 0.5, 0.6, Leung, D. Guo, Y, 2006, Marchetti, J. et.al., 2007, 1, 1.5, 2, 2.5, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 20, 30, 50, 60) se P, Pugazhvadivu, M. Jeyachandran, K, 2005, realizaron por ascenso y descenso. Se utilizó Zheng, S, 2006). un usillo No.1. El sistema se termostato por 12 horas y luego las medidas se hicieron por El proceso de fritura por inmersión es triplicado. ampliamente usado en la preparación de alimentos. Las altas temperaturas que alcanzan Las siguientes ecuaciones se utilizaron para los aceites durante el proceso produce una el usillo cilíndrico: compleja serie de reacciones que resultan en la 2ωRC 2 Rb2 oxidación y polimerización del aceite (Silva, M., γ= Singh, R., 2004). Además los residuos de la X 2 (RC 2 − Rb2 ) (1) comida, que frecuentemente alcanzan valores a 25% de compuestos polares, y su respectiva M degradación, también afectan la calidad del τ= (2) 2πRb 2 L aceite. Una de las propiedades directamente afectadas por los compuestos polares y los τ procesos de polimerización es La viscosidad η= (3) (Lacey, R. Payne, F., 1994). La importancia del γ estudio de la viscosidad bajo diferentes condiciones radica en que permite determinar la Donde : viabilidad de uso de un aceite como combustible g : Rata de deformación (s-1) o lubricante (Mangesh, G. et.al., 2007, Fernando, t : Fuerza de cizalladura (dinas/cm2) S. et.al., 2007, George, S. et.al., 2007). h : viscosidad (poise) w : velocidad angular del usillo (rad/s) La atomización del combustible es afectada por Rc: Radio del vaso (cm) factores como densidad, viscosidad y tensión Rb : Radio del usillo (cm) superficial (Knothe, G. 2005). Distintos métodos X : Radio al cual la fuerza de cizalladura y modelos se han desarrollado para predecir la es calculada viscosidad de un tipo específico de aceite M : torque medido por el equipo combustible puro o de las mezclas con diesel L : Longitud efectiva del usillo (Yaun, W. et.al.,2005). Igualmente el comportamiento reológico de mezclas de aceite RESULTADOS Y DISCUSION de soya y diesel se ha determinado desde el En Las tablas 1 -3 se presentan los datos punto cero de temperatura hasta 373 K (Tat, M, correspondientes a porcentaje de torsión, rata Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona Impresa en Colombia 55
  • 4. BISTUA Vol. 4 No. 2 ISSN 0120-4211 Tabla 1. Datos de viscosidad del aceite vegetal a 15 °C, 20 °C y 25 °C. RPM 15 °C 20 °C 25 °C γ %T τ η %T τ η %T τ η -1 2 2 2 s dina/cm Poise dina/cm Poise dina/cm Poise 0,5 1,1111 1,4 0,03086 0,02777 1,0 0,02094 0,01884 0,7 0,014326 0,012893 0,6 1,3334 1,6 0,03526 0,02645 1,0 0,02094 0,01570 0,8 0,016529 0,012397 1 2,2223 1,9 0,04187 0,01884 1,3 0,02755 0,01240 1,2 0,025345 0,011405 1,5 3,3334 2,5 0,05400 0,01620 1,8 0,03967 0,01190 1,6 0,035263 0,010579 2 4,4445 3,2 0,06942 0,01562 2,3 0,05069 0,01141 2,0 0,044079 0,009918 2,5 5,5557 3,8 0,08375 0,01507 2,8 0,06171 0,01111 2,4 0,051792 0,009322 3 6,6668 4,4 0,09697 0,01455 3,3 0,07163 0,01074 2,7 0,058404 0,008760 4 8,8890 5,7 0,12452 0,01401 4,2 0,09146 0,01029 3,4 0,073832 0,008306 5 11,1113 6,9 0,15097 0,01359 5,0 0,11020 0,00992 4,1 0,089259 0,008033 6 13,3336 8,1 0,17742 0,01331 5,8 0,12673 0,00950 4,8 0,104687 0,007851 10 22,2226 13,3 0,29312 0,01319 9,5 0,20937 0,00942 7,7 0,169703 0,007636 12 26,6671 16,0 0,35153 0,01318 11,5 0,25235 0,00946 9,3 0,203864 0,007645 20 44,4452 26,5 0,58294 0,01312 19,2 0,42315 0,00952 15,6 0,342711 0,007711 30 66,6678 39,8 0,87716 0,01316 29,1 0,64024 0,00960 23,5 0,517924 0,007769 50 111,1131 66,3 1,46121 0,01315 48,8 1,07442 0,00967 39,7 0,874961 0,007875 60 133,3357 79,7 1,75653 0,01317 58,6 1,29150 0,00969 47,9 1,055683 0,007917 Tabla 2. Datos de viscosidad del aceite vegetal a 30 °C, 35 °C y 40 °C . RPM 30 °C 35 °C 40 °C γ %T τ η %T τ η %T τ η s -1 dina/cm2 Poise dina/cm2 Poise dina/cm 2 Poise 0,5 1,1111 0,8 0,017631 0,015868 0,5 0,01102 0,009918 0,5 0,01102 0,00992 0,6 1,3334 0,9 0,019835 0,014876 0,6 0,013224 0,009918 0,6 0,012122 0,00909 1 2,2223 1,1 0,024243 0,010909 0,9 0,019835 0,008926 0,8 0,017631 0,00793 1,5 3,3334 1,4 0,033059 0,009918 1,2 0,026447 0,007934 1,1 0,024243 0,00727 2 4,4445 1,8 0,039671 0,008926 1,6 0,034161 0,007686 1,4 0,029753 0,00669 2,5 5,5557 2,1 0,046283 0,008331 1,8 0,039671 0,007141 1,6 0,035263 0,00635 3 6,6668 2,4 0,052894 0,007934 2 0,044079 0,006612 1,9 0,040773 0,00612 4 8,889 3 0,066118 0,007438 2,5 0,055098 0,006198 2,3 0,049588 0,00558 5 11,1113 3,6 0,079342 0,007141 3 0,066118 0,005951 2,5 0,053996 0,00486 6 13,3336 4,2 0,092565 0,006942 3,5 0,077138 0,005785 2,7 0,059506 0,00446 10 22,2226 6,7 0,147663 0,006645 5,6 0,12342 0,005554 4,3 0,094769 0,00427 12 26,6671 8 0,176315 0,006612 6,6 0,145459 0,005455 5,3 0,115706 0,00434 20 44,4452 13,7 0,301939 0,006793 11,1 0,244636 0,005504 9,5 0,208272 0,00469 30 66,6678 20,6 0,45401 0,006810 16,9 0,372464 0,005587 14 0,317366 0,00476 50 111,1131 34,8 0,766968 0,006903 28,7 0,632528 0,005693 25 0,541065 0,00487 60 133,3357 21 0,923447 0,006926 34,7 0,764764 0,005736 30 0,654568 0,00491 de deformación, fuerza de cizalladura y temperaturas mayores de 35 C, el viscosidad a las distintas temperaturas. comportamiento se hace complejo como se observa en la Figura 2, donde la deformación de En la Figura 1 se observa el comportamiento las curvas sugiere un comportamiento no- newtoniano del aceite a las distintas newtoniano. temperaturas. Sin embargo, para las 56 Impresa en Colombia Facultad de Ciencias Básicas Universidad de Pamplona