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    Textura de AlimentosProf. Ing. Mag. Eduardo S. Castro Montero

    1999

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    Agradecimientos

    A todos los memoristas que han trabajado en teologa y textura de alimentos.

    A mis compaeros de trabajo, a Misael Miranda con quien se apoy la lnea de teologa y enespecial a Alicia Rodrguez Melis quien ha sido una excelente colaboradora.

    No debo olvidar a mis ayudantes de los ramos de la especialidad de la carrera.

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    Prlogo

    Este trabajo est dedicado a atender las necesidades de los que se desempean en laindustria de alimentos y a los que se estn formando en esta rea, ya sea en pre-grado yposgrado.

    Se ha tratado de presentar la informacin que ha sido recopilada para poder desarrollar lostrabajos en este interesante campo de la ciencia de los alimentos que se han llevado a cabo ennuestros laboratorios, ya sea como proyectos de investigacin o como memorias de losalumnos de la carrera de Ingeniera en Alimentos, tan apreciada en lo personal, acadmico yprofesional.

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    Textura

    La textura de los alimentos tiene una importancia fundamental en la produccin y aceptacindel producto por el consumidor.

    La primera sensacin de textura del consumidor lo lleva a aceptar el alimento y las sensacionesfinales al masticarlo lo llevan a ingerirlo, porque el alimento ha respondido a lo que elconsumidor esperaba de l.

    En la primera parte se presentarn algunos conceptos bsicos que en una primera etapapodran ser aceptados y a medida que se avanza en el texto van a ser entendidos en suglobalidad.

    Para ello se empezar con la relacin de fatiga versus tiempo.

    Relacin de fatiga versus tiempo a deformacin constante

    Relajacin (relaxation): en estas medidas el material es sometido a deformacin sbita quese mantiene constante.

    Muchos meteriales dan resultados, como los indicados en la figura:

    Tiempo de relajacin es el punto en que la fatiga ha cado a (e es la base del logaritmonatural) o a un 36,7 % del valor inicial. Cuando la deformacin se retira al tiempo , la fatiga

    vuelve a cero.

    J: Creep Compliance: es la relacin de deformacin en funcin del tiempo con el cuerposometido a fatiga constante, o sea, el material es sometido a una aplicacin instantnea de unacarga constante o fatiga y la deformacin se mide en funcin del tiempo.

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    Al aplicar la carga al tiempo cero se produce una deformacin que aumenta con el tiempo.

    Al sacar la carga al tiempo la deformacin inmediatamente disminuye, parte vertical de lacurva al tiempo y contina disminuyendo con el tiempo. En muchos materiales no llega acero y se tiene una deformacin permanente (Fig. 2).

    La razn de la deformacin a la fuerza aplicada es una funcin del tiempo y se le denomina "J"Creep Compliance.

    Qu sucede con los diferentes tipos de cuerpos?

    Se sabe que en un extremo est el lquido ideal y en el otro el cuerpo elstico o slido ideal.Entremedio estn todos los cuerpos que conocemos.

    Cuerpo elstico

    Es el slido ideal o Hookeano y es representado mecnicamente por un resorte.

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    Cuerpos elsticamente retardados

    Son los cuerpos que se compartan como los mostrados en las figura 4a, 4b y 4c.

    Cuerpo viscoelstico

    Significa componente viscoso y componente elstico. El componente elstico puedeser parcialmente retardado. El cuerpo viscoelstico puede fluir lentamente y en formairreversible bajo la accin de una fuerza pequea. Al ser sometido a fuerzas grandes elcomponente elstico (lega a ser aparente. La curva de "relajacin" (relaxation) es de laforma indicada en, la figura 5 y la curva tiene tendencia a acercarse a) eje tiempo.

    La curva de deformacin vs. tiempo indica que la deformacin aumenta tanto como la fuerzaaplicada (Fig. 6).

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    La magnitud de la deformacin permanente en el cuerpo aumenta con la fatiga aplicada y conel tiempo de aplicacin.

    Representacin mecnica

    Como ya se haba dicho, en un extremo de los cuerpos est el slido ideal o Hookeano, que esrepresentado mecnicamente por un resorte (Fig. 7), y en el otro extremo est el lquidoNewtoniano (lquido ideal) representado mecnicamente por un amortiguador viscoso (Fig. 8).Entre ellos estn los cuerpos viscoelsticos y su comportamiento puede ser representado porcombinaciones de estos elementos.

    Modelo de Maxwell

    Representa el comportamiento de los materiales con un resorte y un amortiguador en serie(Fig. 9).

    La deformacin total del sistema, para un tiempo es la suma de las deformaciones de los dos

    elementos, y la tensin o fatiga es

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    El diagrama de la figura 10 indica que:

    Inicialmente toda la fuerza que recibe el elemento sometido a ensayo, la utiliza elcomponente elstico (el resorte se estira) y la primera zona de la curva corresponde ala ley de Hooke (zona I).

    Al llegar a valores mayores intervienen ambos elementos, el elemento viscosodisminuye la deformacin correspondiente a la constante E del resorte hasta que sealcanza su mxima elongacin (zona II). A partir de este valor de la tensin, toda esabsorbida por el elemento viscoso y se produce en el sistema un flujo newtoniano, lapendiente de la curva disminuye hasta anularse (zona III).

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    Si el sistema se somete a una deformacin constante la tensin inicia disminuyecon el tiempo (Fig.11).

    Este fenmeno se llama relajacin y la variacin de l en funcin del tiempo se expresapor:

    donde es la tensin de decaimientos se es la tensin residual o de equilibrio luego de un

    tiempo

    es el tiempo de relajacin.

    Esto representa la rapidez con que el cuerpo se relaja.

    Esto indica relajacin total, trel toma el valor del tiempo que el sistema emplea para relajar la

    tensin inicial un valor , o sea, a un 36,8% de la misma.

    Esta ecuacin indica que an a tiempos muy largos algo de tensin quedar en el componenteelstico (El resorte, no se recupera totalmente).

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    Se llama relajacin al ensayo que se basa en la aplicacin de una deformacin constante, parael estudio de caractersticas viscoelsticas de los materiales.

    Diagrama deformacin - tiempo

    En la figura 12 se presenta la repuesta del modelo frente a una accin de carga y descarga (sconstante). Al ser aplicada la tensin al componente elstico se deforma instantneamentehasta alcanzar el valor que fija su mdulo E y a partir de este momento la deformacin esregida por el componente elstico.

    Este comportamiento no se asemeja a la respuesta observada experimentalmente en losmateriales viscoelsticos que sometidos a una tensin constante presentan una deformacinelstica retardada.

    Este mtodo no es til para estudiar viscoelasticidad por medio de la aplicacin de una tensinconstante.

    Modelo de Kelvin

    En este modelo el comportamiento del material es representado por un resorte en paralelo conun amortiguador viscoso en paralelo (Fig.13).

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    La tensin total se reparte entre ambos elementos:

    La deformacin es igual a la deformacin del resorte y a la del amortiguador

    Al finalizar el diagrama de la figura 14 se obtiene:

    El sistema alcanza instantneamente el valor de tensin correspondiente al componenteviscoso y mientras ste permanece constante la tensin sobre el componente elstico aumentaen forma lineal.

    Comportamiento tensin - tiempo

    Al someter un material viscoelstico a una deformacin constante, su tensin decaepaulatinamente dando origen a relajacin.

    De acuerdo al modelo de Kelvin al aplicar una deformacin constante su tensin es constante,por lo tanto este modelo no explica satisfactoriamente el fenmeno de relajacin.

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    Comportamiento deformacin - tiempo

    En la figura 15 se representa la situacin

    es la tensin constante y es el tiempo de retardacin y representa el tiempo empleadopor el sistema para deformarse una fraccin (1 1/ e) de la deformacin total en el equilibrio,o sea, un 63% de la misma.

    Al llegar el momento de retiro de la fuerza aplicada, el sistema tiende a recuperar su

    estado inicial a partir de la deformacin alcanzada

    Este comportamiento est cumpliendo el modelo: que est indicandoque el sistema alcanzar su estado inicial en un tiempo infinito.

    Esta tcnica de estudio es "creep creep compliance test".

    Modelo de Macwell generalizada

    La gran mayora de los materiales viscoelsticos en que se encluyen los materiales biolgicosno se relajan siguiendo una velocidad uniforma, simo que lo hacen en distintas etapas contiempos de relahacin diferentes.

    Si se colocaran varios elementos de Maxwell en paralelo se podra solucionar elproblema.

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    Al someter el sistema a una deformacin constante, eola tensin total es la suma delas tensiones soportadas por cada elemento de Maxwell (Fig. 16).

    y su decrecimiento con el tiempo est dado por la ecuacin:

    en que:

    son los tiempos de relajacin de cada elemento de Maxwell.

    Ee mdulo de equilibrio.

    Modelo de Burgers o Modelo de los cuatro elementos

    En otros materiales viscoelsticos sucede que al aplicar una tensin constante se produce unadeformacin elstica instantnea seguida de una elstica retardada hasta que se establece unflujo newtoniano