DETER TERMINACION SOLI SOLIDO DOS, S, REBOSAMIENTO I.
DE
LA
DENSIDAD EN PORO POROSI SIDA DAD D Y
INTRODUCCION:
La densidad de un material se define como la masa del mismo por unidad de volumen; por lo tanto, para poder determinar las densidades de un material, definidas éstas como el cociente entre la masa y el volumen, se realizará de la siguiente forma: La masa: se adoptará siempre para calcular la l a densidad, el valor de la masa de la muestra seca a peso constante, que será: Masa probeta = Masa sólido Masa aire ! Masa sólido "l volumen: cabe distinguir tres tipos de vol#menes que un material puede presentar en el espacio dependiendo de que consideremos el contenido o no de $uecos de éste% &artiendo de la consideración de que todo material está formado por una determinada cantidad real de materia 'compacidad( y una cantidad de $uecos 'porosidad(, podemos clasificar los distintos vol#menes% La densidad es una propiedad básica de cualquier producto, y se define como su masa por unidad de volumen% Las unidades más comunes de la densidad son g)ml y *g)m+% "n el caso de alimentos porosos tales como granos, es necesario especificar si se está está $acien $aciendo do refere referenci ncia a a su densid densidad ad aparen aparente te o real% real% La densid densidad ad aparente es el cociente entre la masa de producto y el volumen aparente del mismo 'volumen incluyendo los $uecos entre los granos(% &or otro lado, la densidad real es el cociente entre la masa del producto y su volumen real 'volumen ecluyendo los $uecos entre los granos(% &uesto que el volumen aparente siempre será superior al volumen real, la densidad real siempre será mayor que la densidad aparente% -na vez conocidas ambas densidades, se puede llevar a cabo el cálculo de la porosidad '.( aplicando la ecuación: "n un cuer cuerpo po f/si f/sica came ment nte e $omo $omogé géne neo o eis eiste te prop propor orci cion onal alid idad ad entr entre e los los vol# vol#me mene nes s que que se cons consid ider eran an y las las masa masas s corre corresp spon ondi dien ente tes s a dic$ dic$os os vol#menes% "sta constante de proporcionalidad se denomina densidad 'r(% 0e define como la masa de la unidad de volumen% "n el caso de cuerpos no $omogé $omogéneo neos s debemo debemos s defini definirr una densi densida dad d puntua puntuall o $abla $ablarr de densi densidad dad media% "sta propiedad de la materia, que la caracteriza en cualquiera de los estados en que se presenta, es fácil de determinar en el laboratorio de forma sencilla, sobre todo en el caso de cuerpos sólidos% 1ealización &ráctica: La determinación de la densidad de un cuerpo sólido puede simplificarse si el ob2eto presenta una forma definida, de tal forma que resulte fácil calcular su volumen% "s el caso de la determinación de la densidad de diferentes cuerpos cil/ndricos% II.
OBJETIVOS: 3eterminar la densidad en sólidos%
3eterminar la porosidad y densidad aparente de granos alimentarios% 3eterminar el rebosamiento de productos que generan espuma% 3iscutir, a partir de los resultados eperimentales, si el método es el más eacto para medir la densidad de sólidos% 4nalizar los fundamentos del método de las probetas para la determinación de la densidad aparente de un producto sólido poroso% 4dquirir la capacidad de calcular la porosidad de un producto poroso partiendo de los datos necesarios 'densidad aparente y real(% III. REVISION LITERARIA: 1. Densidad: La densidad es una propiedad general de todas las sustancias% 5o obstante su valor es espec/fico para cada sustancia, lo cual permite identificarla o diferenciarla de otras% La densidad es una importante caracter/stica f/sica de la materia% 6odos los ob2etos tienen una densidad que puede aumentar o disminuir como resultado de las acciones que recaen sobre el ob2eto% Los efectos de la densidad son importantes para el funcionamiento del universo y de nuestra vida cotidiana% "s fácil de encontrar la densidad de un ob2eto y comprobar su efecto%La densidad es una propiedad intensiva y su valor depende de la temperatura y de la presión% 0e define como la masa de una sustancia presente en la unidad de volumen: d=m/V 0e acostumbra a epresar la densidad de los l/quidos y sólidos en g)mL o g)cm+ y la densidad de los gases en g)L% Las densidades de los sólidos son importantes en los procesos de separación, como son la sedimentación y la centrifugación, y en el transporte neumático e $idráulico de polvos y part/culas% Las densidades de los sólidos pueden determinarse por el principio de flotación, utilizando l/quidos de densidades conocidos% La temperatura de l/quido deber/a ser igual a la del sólido% Midiendo el empu2e que un sólido eperimenta en agua destilada 'densidad conocida con suficiente precisión a la temperatura de la eperiencia(, y su propia masa podemos calcular su densidad% 0eg#n el principio de 4rqu/medes: todo cuerpo sumergido en un fluido, eperimenta un empu2e vertical, ", de igual magnitud pero de sentido opuesto al peso del fluido que desalo2a dic$o cuerpo% "l volumen del solido sumergido puede escribirse como 7sol = msol)8sol, siendo 8 sol la densidad y msol la masa del cuerpo% "l empu2e " que act#a sobre el cuerpo vendrá dado por: "=7!sol
8!liq
g=8!liq)8!sol
m!sol
g
"n donde 8!liq es la densidad del l/quido y g la aceleración de la gravedad%
Principio de Arq!"edes: 4rqu/medes '9<99 4% >%( se inmortalizó con el principio que lleva su nombre, cuya forma más com#n de epresarlo es: “Todo sólido de volumen V sumergido en un fluido, experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del fluido desalojado”. 0e cuenta que 4rqu/medes descubrió el principio tratando de determinar si el oro de una corona que $ab/a encargado ?ierón, rey de 0iracusa $ab/a sido parcialmente reemplazado por cobre o plata, metales más baratos% 3ice la leyenda que el principio le vino a la mente mientras se ba@aba, lo que le produ2o tal ealtación que, sin ponerse la ropa, corrió por las calles gritando !"#$% &robablemente 4rqu/medes pensó que si la corona y otro lingote de oro puro de peso idéntico se arro2aban al agua deber/an desplazar el mismo volumen de l/quido% 0in embargo, durante la investigación encontró que aunque el lingote de oro y la corona pesaban lo mismo en el aire, al sumergirlos en agua la corona pesaba menos que el lingote y por consiguiente la corona era menos densa y ocupaba m%s volumen% La corona no era de oro puroA La determinación de la densidad de sólidos por el principio de 4rqu/medes consiste en determinar el empuje &', el cual se $alla realizando la diferencia entre el peso del sólido en el aire 'Bs( y el peso aparente del sólido sumergido en el l/quido 'Ba(% "l volumen del l/quido desalo2ado corresponde al volumen del sólido sumergido% " = Bdes = Bs < Ba = 7dL 3onde Bdes es el peso de l/quido desalo2ado, 7 el volumen del sólido y d L la densidad del l/quido% a# De$er"inaci%n & ca'c'o de densidad aparen$e: La determinación de la densidad aparente de un sólido poroso como el arroz es relativamente sencilla, puesto que implica la medida de su volumen aparente 'su volumen total, incluyendo los $uecos entre los granos(% Castar/a entonces con dividir una cierta masa de arroz entre el volumen aparente de esa misma muestra% >on el fin de estandarizar la determinación, se $ace necesario el grado máimo de compactación de los granos% 3escribiendo el proceso paso a paso: se toma una probeta de plástico y se determina su masa 'mprobeta(% 0e vierte en la misma una cierta masa de arroz y se vuelve a pesar el con2unto 'm probeta arroz(% 0e golpea la probeta en su base r/tmicamente unas 9D veces para conseguir la compactación de la muestra y finalmente se mide el volumen ocupado por la muestra en la probeta '7aparente(% La densidad aparente se calcula como: 3ensidad aparente =
M 7ap
(# De$er"inaci%n de densidad rea': >on el fin de determinar la densidad real, se utiliza el método del picnómetro% -n picnómetro es un recipiente de vidrio con tapa% 0u tapa cuenta con un tubo capilar vertical abierto a la atmósfera que permitirá que el llenado se $aga siempre del mismo modo 'completando el volumen del picnómetro(% "l cuello del picnómetro es de vidrio esmerilado para favorecer el cierre% &or su forma, en el enrasado pueden quedar burbu2as alo2adas ba2o el esmerilado, lo que $abrá de evitarse% "nrasar el picnómetro significa llenarlo completamente, evitando la formación de burbu2as en su interior% 4l cerrarlo, el nivel del l/quido utilizado 'agua( subirá por el capilar y rebosará, quedando el capilar también lleno de agua% -na vez el agua $aya rebosado, $abrá que secar el picnómetro por fuera antes de pesarlo% 3ensidad real = M 7m ). Porosidad: La porosidad es la caracter/stica f/sica mas conocida de un yacimiento de petróleo% 0e define como la capacidad que tiene la roca para almacenar fluido, o bien es la medida de almacenamiento de una roca en el espacio intersticial 'espacio sin material entre grano y grano(
La porosidad de un material conformado incide directamente en su resistencia mecánica 'que disminuye al aumentar la porosidad(% Etras caracter/sticas importantes como el comportamiento frente al ataque qu/mico, la conductividad térmica y la resistencia al c$oque térmico, quedan también influenciadas por el tama@o, forma, n#mero y distribución de los poros% 0u fórmula matemática es la siguiente:
&E1E0F343 = 3ensidad 1eal < 3ensidad aparente 3ensidad 1eal
3onde: 7& = 7olumen &oroso "ntre los Granos 76 = 7olumen 6otal 70 = 7olumen 1eal de los Granos La porosidad es epresada en porcenta2e en vez de fracción convencional, por esto se procede a multiplicar la ecuación anterior por cien, obteniéndose las siguientes ecuaciones:
).1 Tipos de Porosidad: La porosidad se puede clasificar de dos formas: A# De acerdo a 'a co"nicaci%n de 'os poros: Porosidad a(so'$a o $o$a' * T#: se considera como el porcenta2e del espacio total con respecto al volumen total de la roca sin tener en cuenta si los poros están interconectados entre si o no, eisten casos en los que una roca de porosidad absoluta alta no presente una conductividad o fluidos debido a la falta de intercomunicación de los poros% >omo e2emplo: la lava, y otras rocas /gneas con porosidad vesicular% Porosidad e+ec$i,a *φE#: es el porcenta2e del espacio poroso interconectados entre si con respecto al volumen total de la roca, es decir, solo se considera los poros intercomunicados para el calculo del volumen poroso% &or consiguiente es una indicación de la conductividad a fluidos aunque no una medida de ellos necesariamente% 1ealmente la porosidad que nos interesa es la porosidad efectiva, ya que a partir de ella se podr/a estimar la cantidad de gas y petróleo en sitio 'GE"0 y &E"0(% "n este caso la porosidad efectiva depende de muc$os factores, uno de los más importante son: empaque de los granos, tama@o de los granos, cementación, meteorización, liiviación, cantidad y clases de arcillas y el estado de $idratación de las mismas% 0olo los vol#menes de $idrocarburos almacenados en los poros interconectados pueden ser etra/dos parcialmente del yacimiento, la diferencia entre la porosidad efectiva y la porosidad absoluta se denomina &orosidad residual o no efectiva% B# De acerdo a' ori-en & e' $ie"po de deposici%n de 'os es$ra$os *-eo'%-ica"en$e#:
Porosidad Pri"aria *φ1#: también llamada porosidad intergranular es aquella que se desarrolla u origina en el momento de la formación o deposición de los estratos% Los poros formados de esta forma constituyen simplemente espacios vac/os entre granos individuales de sedimentos% Los granos de este tipo de roca forman empaques de tipo c#bico u ortorrómbico, e2emplo propio de ello son las rocas sedimentarias como las areniscas 'detr/ticas o clásticas( y calizas 'no detr/ticas(% Porosidad Secndaria * )#: es aquella que se forma posteriormente, debido a un proceso geológico subsecuente a la deposición del material del estrato o capa% Los empaques de grano que presentan las rocas con porosidad secundaria, son generalmente de tipo rombo$edral, sin embargo en rocas calcáreas es frecuente encontrar sistema poroso de configuración comple2a% 0e le conoce también como porosidad inducida% "ste tipo de porosidad a su vez puede clasificarse en: Porosidad en so'ci%n: se forma por disolución del material sólido soluble que esta presente en algunas rocas% Porosidad por +rac$ra( es la que se origina en rocas sometidas a varias acciones de diastrofismo% Porosidad por do'o"i$iaci%n( proceso mediante el cual las calizas se forman en dolomitas, que son más porosas% /. REBOSA0IENTO: 4lgunos alimentos bien conocidos se conocen por incorporación de aire en un l/quido y produciendo una espuma% "n tales sistemas, el aire es la fase dispersa y el l/quido la fase contin#a% La espuma queda estabilizada por agentes tenso activos, los cuales se recogen de la interface% "2emplos de espumas son el merengue% La nata montada, los pasteles y los $elados% La cantidad de aire incorporada se epresa en términos del rebosamiento% 5ormalmente como porcenta2e: rebosamiento='aumento
en
volumen()'volumen
original(HDD
='volumen de espuma
0ATERIALES 0ETODOS: 0a$eria'es:
&apa Manzana 5aran2a Limón 4rroz Menestra >$oc$o >ebada >$isitos &an Galleta
Calanza anal/tica 4gua &roveta &ipeta 7asos de precipitación
IV.)
0ETODOLO2IA
De$er"inaci%n de 'a densidad en so'idos: a# De$er"inaci%n de 'a densidad -rosera *D#:
6raba2ar con frutas redondas, tubérculos o bulbos más densos que el agua% &esar un producto determinado 'I(% >olocar el producto en un recipiente de volumen conocido 'proveta o vaso de precipitación graduado(% Llenar con un volumen de agua destilada conocida '7( $asta superar el nivel en que se encuentra el producto a analizar% Luego sumergir el producto en el recipiente y anotar volumen final '79( >alcular volumen desplazado '73(% >alcular densidad grosera '3(% 3=
I g)cm+ '79 J 7(
>ompletar el cuadro: &1E3->6 E
M404
7olumen agua inicial
7olumen agua final
7olumen desplazad o
3ensidad
&apa Manzana 5aran2a Limón Limón 9 (# De$er"inaci%n de densidad Aparen$e 3 Rea' & Porosidad: &ara cereales: "n una probeta de peso conocido 'I( colocar cierta cantidad de cereal $asta un volumen '7( determinado nivelar cuidadosamente% &esar la probeta con el cereal 'I9(% >alcular densidad aparente% 3% aparente = 'I9 J I( 7 &ara panes, galletas y productos similares:
g)cm+
6raba2ar con pan, galletas u otros alimentos similares% &esar una cierta cantidad de pan , galleta o c$isitos triturados en una probeta graduada 'I( Llenar en una probeta volumen conocido de granos de sal, tratando de nivelar uniformemente y anotar el volumen 7% 7aciar el contenido de sal sobre la probeta con con la muestra y anotar el volumen 79% 3% 4parente =
I 'v9 J v(
3% aparente =
g)cm+
masa del producto 7olumen producto
7olumen aparente = 7olumen ocupado por el producto aparentemente sin llenar su porosidad% >alculo de la porosidad en los cereales: >olocar el producto en una probeta K $asta un volumen conocido '7(, nivelar a ese volumen% Medir en otra probeta K9 un volumen determinado de agua '7(% 4dicionar el agua a la probeta de la muestra '79(% 4notar volumen desplazado% 7olumen desplazado = 7final < 7inicial &orosidad =
3% 1eal =
< 3% 4parente 3% 1eal masa del producto 7olumen desplazado
>ompletar los siguientes cuadros:
&roducto
&ara cereales: I probeta
I probeta I product% producto
7olumen
3ensidad aparente
4rroz Menestra >$oc$o >ebada
7olumen a@adido
7olumen final
7olumen desplazado
3ensidad real
K" porosidad
&roducto
&ara pan, galletas y c$isitos:
I I probet &M a
I Muestra
7 7 de 4parar% 0al
7 3esplaz %
3ensidad
7 inal
>$isitos &an Galleta
3ensidad =
masa producto 7ol% 3esplazado
c# De$er"inaci%n de' re(osa"ien$o:
&reparar la espuma 'abrir la cerveza y de2ar caer el contenido en una probeta(, medir el volumen total generado 'volumen de la espuma más liquido( en el punto máimo '7e(% 3e2ar reposar la espuma en la probeta $asta que se convierta en l/quido y medir el volumen del l/quido '7l(% 0eparar la clara del $uevo de la yema, colocarlo en un recipiente y medir su volumen '7i(% Catir la clara $asta obtener su máima espuma% Medir el volumen final conteniendo la espuma '7e(% >alcular rebosamiento%
1ebosamiento 'N(
=
producto cerveza >lara de $uevo
V.
RESULTADOS:
3"50F343 G1E0"14 '3(:
'7e( O DD '7l( 7e
7l
r 'N(
&1E3->6 E
M404 'g(
7olumen agua inicial
7olumen agua final
7olumen desplazad o QR ml SR ml ++D ml 9S ml 9R ml
3ensidad
&apa Manzana 5aran2a Limón Limón 9
% RD%S +D%D+ 9S%S9 9%D
+DD ml +DD ml QDD ml RD ml RD ml
PD ml PSR ml S9R ml S ml R ml
I product%
7olumen
R%S R%R +R%QQ +%Q
QD QD QD QD
3ensidad aparente D%QR D%RS D%RSP D%QP
DR D% D%SP %D+ %D
3"50F343 4&41"56" 1"4L T &E1E0F343: &ara cereales: &roducto
I probeta
4rroz Menestra >$oc$o >ebada
+D%QQ D%+D D%+ D%DS
7olumen a@adido PD PD PD PD
&roducto
>$isitos &an Galleta
7olumen final R 9 9
I probeta producto 9%RQ Q% PQ%DP P%SR
7olumen desplazado +R + +9 +9
3ensidad real %P9 %+R %P %9P
K" porosidad D%PQ D%+Q D%PQQ D%PQ
&ara pan , galletas y c$isitos: I probet a RS%P RP% RP%+S
I &M
I Muestra
7 7 de 4parar% 0al
RQ%9R R%+ RS%Q
%P P%RQ R%9S
R R R
D D D
7 3esplaz % S D%R
3ensidad
7 inal
D%9Q D%R D%RD
S 9D%R
1"CE04MF"56E:
producto cerveza >lara de $uevo
7e 9D ml PD ml
7l 9QD ml R% ml
r 'N( P+D% 9+%Q
VI.
DISCUSION:
La papa y el limón no contienen en su estructura muc$a porosidad y sus densidades están por encima de la densidad del agua; por lo tanto tienden a sedimentar con facilidad% La manzana y la naran2a no sedimentan ya que tienen porosidad en su estructura y esto sucede en las frutas ya que al tener porosidad $ay una buena concentración de gases como el >E9 y el etileno por lo que tienden a flotar% 4demás como vemos en los resultados las densidades de la manzana y la naran2a son menores que la densidad del agua por lo que al ser menos densos tienden a flotar% Los cereales al ver los resultados de sus densidades podemos ver que son más densos que el agua por lo que también sedimentan% "n el caso de los c$isitos, pan y galletas que son estructuras espon2osas su densidad no se podr/a calcular utilizando el agua ya que al a@adir el agua inmediatamente tienden a flotar por lo tanto el agua se puede remplazar con arena de playa o con sal, en este caso se remplazó con sal%
VII.
CONCLUCIONES:
Llegamos a la conclusión en el caso de los cereales que utilizamos en la práctica que la menestra era la más compacta ya que su estructura es más peque@a comparada con los otros cereales% La porosidad var/a seg#n el tama@o del producto y el recipiente que contenga dic$o producto% Los cereales son más densos que las frutas% 0eg#n los resultados del cuadro de arroz, menestra, c$oc$o y cebada vemos que a un volumen de QDml la mayor masa es del arroz y la menor es la del c$oc$o% 6ambién que la cebada y el c$oc$o tienen más porosidad que el arroz y la menestra% eisten muc$os materiales que son porosos, es decir, el material no
rellena todo el espacio sino que de2a unos espacios vac/os o $uecos que se denominan poros% 5ormalmente los poros se encuentran llenos de gas o de l/quido y van a dificultar la determinación tanto del volumen como de la masa real de sólido% La porosidad es una caracter/stica de los materiales, y afecta de manera muy significativa a las propiedades de la pieza sólida% Los c$isitos tienen menor densidad en comparación con el pan y las galletas% VIII.
RECO0ENDACIONES:
0e debe tener cuidado cuando se manipulan los instrumentos, pues son muy delicados% 0i se $ace en grupo, se recomienda dividirse el traba2o para poder a$orrar tiempo y poder $acer las medidas con calma, para lograr una mayor eactitud% >alibrar la balanza para cada nueva pesada y revisar si se encuentra en D,DD% I4.
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