FACULTAD CIENCIAS AGROPECUARIAS ESCUELA INGENIERA AGROINDUSTRIAL
Laboratorio de Físico Química Profesor:
Ms. M s. I ng. J or ge Wilm Wi lmeer E lías lías Silu Si lup pu. Tema:
DE TERMI NACI NACI ÓN DE LA DENSI DAD EN SÓLI SÓLI DOS DOS Alumna:
Sonia Sonia M ar i bel, R ai co M oza Área:
F í sico si co quím uí mi ca
Guadalupe – Perú Perú
DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD EN SÓLIDOS I.
INTRODUCCIÓN
La densidad de un cuerpo sólido está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirían en la gasolina, la densidad más baja.
II.
OBJETIVOS
III.
Determinar la densidad en sólidos. Determinar la porosidad y densidad aparente. Determinar el rebosamiento.
REVISIÓN LITERARIA
DENSIDAD DE SÓLIDOS El término densidad de los sólidos o de las partículas se refiere a la densidad de una unidad individual. Esta unidad puede o no contener poros internos. La densidad de los sólidos se define como la masa de las partículas dividida entre el volumen de las partículas, y tendrá en cuenta la presencia de tales poros. 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 hidráulico de polvos y partículas. Las densidades de los sólidos pueden determinarse por el principio de flotación, utilizando líquidos de densidades conocidas. La temperatura del líquido debería de ser igual a la del sólido. Midiendo el empuje que un sólido experimenta en agua destilada (densidad conocida con suficiente precisión a la temperatura de la experiencia), y su propia masa podemos calcular su densidad. Es un método muy recomendable por su rapidez, simplicidad y precisión para la determinación de la densidad de materiales sólidos de pequeño tamaño como pueden ser lentes o prismas. Según el principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido, experimenta un empuje vertical, E, de igual magnitud, pero de sentido opuesto al peso del fluido que desaloja dicho cuerpo. El volumen del sólido sumergido puede escribirse como V sol – msol/sol, siendo sol la densidad y msol la masa del cuerpo. El empuje E que actúa sobre el cuerpo vendrá dado por: = =
En donde es la densidad del líquido y g la aceleración de la gravedad,
LA POROSIDAD La porosidad viene representada por el porcentaje de huecos existentes en el mismo, frente al volumen total. La porosidad depende de la textura y de la estructura. Cuantos mas gruesos son los elementos de la textura mayores son los huecos entre ellos. La influencia de la estructura es tan evidente que a menudo se utiliza el valor de la porosidad para dar una idea de la estructura.
REBOSAMIENTO Algunos alimentos bien cocidos se producen por incorporación del aire en un líquido y produciendo una espuma. En tales sistemas, el aire es la fase dispersa y el líquido la fase continua. La espuma queda estabilizada por agentes tensoactivos, los cuales se recogen de la interface. Ejemplos de espumas son el merengue, la nata montada, los pasteles y los helados. Obviamente, la inclusión de aire reducirá la densidad del producto. La cantidad de aire incorporada se expresa en términos del rebosamiento, normalmente como porcentaje, siendo: =
=
100
− í í
100
Por ejemplo, en el caso de los helados el volumen de espuma se refiere al volumen final del helado, y el volumen de la mezcla original. En la práctica, el rebosamiento se determina más fácilmente tomando un recipiente de volumen fijo y pesándolo lleno del líquido original y lleno de la espuma final. En este caso el rebosamiento se determina del modo siguiente: =
í −
100
Los factores que afectan al rebosamiento en helados han sido discutidos por Arbuckle (1972) y por Rothwell (1973). Entre ellos se cuentan los sólidos totales de la mezcla y el
tipo de congelador utilizado. Hablando en términos generales, a mayor contenido en sólidos totales mayor será el rebosamiento. Algunos autores de reconocido prestigio sugieren que el rebosamiento debería mantenerse entre dos y tres veces el contenido sólidos totales. Los valores para helados generalmente varían entre 40% (suave) y el 100% (denso) (Webb et al., 1974). Arbuckle (1979) da valores típicos para un rango de helados y otros dulces congelados, y Porter (1975) da valores para helados suaves y densos. Un exceso de aire dará como resultado un producto níveo, liviano, y no paladeable, en tanto que demasiada poca cantidad proporcionará un producto pesado y denso. Para la nata montada, podrían esperarse, rebosamiento del 100 al 120% (Society of Dairy Technology, 1975). Al mismo tiempo que el rebosamiento total, es importante medir la estabilidad de la nata durante un determinado periodo de tiempo.
IV.
MATERIALES Y MÉTODOS
4.1. Materiales
Productos vegetales: frutas, tubérculos, bulbos, etc Cereales: lentejas, arroz, quinua, kiwicha, etc. Azúcar Panes, galletas Restos de sólidos Agua destilada Vasos descartables Material de vidrio Recipientes Termómetro Balanza semianalítica
4.2. Metodología
Determinación de la densidad en sólidos a. Determinación de la densidad grosera (D):
Trabajar con frutas redondas, tubérculos o bulbos más densos que el agua. Pesar un producto determinado (w) Colocar el producto en un recipiente de volumen conocido: 3 – 3 lt (V1) Llenar con agua hasta alcanzar el nivel de medida del recipiente. Escurrir el agua en otro recipiente y calcular su volumen (V2) Calcular la densidad grosera (D): = (2 − ) 3
Completar el cuadro:
Producto
W
V1
V2
D(
Zanahoria Papa
50.8975 g 48.4845 g
150 ml 125 ml
200 ml 170 ml
1.01795 1.0774
)
b. Determinación de la densidad aparente (da): Para cereales:
En una probeta de peso conocido (W) colocar cierta cantidad de cereal hasta un volumen (V) determinado; nivelar cuidadosamente. Pesar la probeta con el cereal (W) Calcular la densidad aparente: (2 − ) = 3
Completar el cuadro: Producto Arroz Lenteja Quinua Trigo
W1 232 232 232 232
W2 316 325 313 318
W 84 93 81 86
V 100 110 100 100
da 0.84 0.85 0.81 0.86
Para panes, galletas y productos similares
Trabajar con pan, galletas u otros alimentos similares. Llenar un recipiente de volumen conocido (0.5 o 1 lt) con semillas de hortalizas o cereales, tratando de nivelar con una hoja de cuchillo. Pesar una cierta cantidad de producto (W) Vaciar el contenido y en su reemplazo colocar el producto. Llenar nuevamente el recipiente con las semillas y nivelarlas al nivel inicial. Recoger las semillas sobrantes y medir el volumen de una probeta (V) Calcular la densidad del producto. Densidad aparente del producto: = (⁄3 )
Cuadro: Producto
W
V
da
Galleta
26
78
0.33
Pan
20
104
0.19
c. Determinación de la porosidad (e) y la densidad real (dr): Para productos absorbentes:
Escoger lechos porosos de mayor densidad que el agua, tamaño uniforme, buena dureza y no absorbentes.
Calculo de porosidad Colocar el producto en una probeta hasta un volumen conocido (V), nivelar a ese volumen. Medir en una probeta un volumen determinado de agua (V 1) Adicionar el agua lentamente en la probeta que contiene el producto, hasta desplazar todo el aire contenido y completar el volumen indicado. Leer la cantidad de agua que queda en la probeta (V 2). Calcular la porosidad según:
=
− 2
Calculo de la densidad real (dr) (valor aproximado):
De la relación: =1−
=
(1−)
⁄3
Donde: da = densidad aparente dr = densidad real calculada del lecho poroso (valor aproximado)
Completar el cuadro Muestra
Arroz Lenteja Quinua
Densidad aparente (g/cm3) 0.84 0.85 0.81
V1 (cm3)
V2 (cm3)
e
Densidad real (g/cm3)
100 50 50
57 35 33
0.4778 0.374 0.425
1.608 1.3578 1.408
d. Determinación de rebosamiento (r): Prepara la espuma (abrir una lata de cerveza y dejar caer el contenido en una probeta), medir el volumen de la espuma Dejar reposar la espuma en la probeta hasta que se convierta en líquido y medir el volumen del líquido (V l). Calcular el rebosamiento por la relación: = −1 Producto Ve Vl r Cerveza 160 ml 81 ml 1.22
V.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Tabla 1: densidad grosera en zanahoria, papa y durazno. Producto
W
V1
V2
D
Zanahoria
50.8975 g
150 ml
200 ml
1.01795
Papa
48.4845 g
125 ml
170 ml
1.0774
Para determinar la densidad grosera de la zanahoria y papa se midió la masa de cada uno de nuestros productos y de dividió entre el volumen que desplazaron al ser sumergidos en el agua. Al observar la densidad aparente de cada uno de ellos nos damos cuenta que ambos poseen densidades superiores a la densidad del agua. Nuestro proceso de determinación de densidad grosera fue correcto ya que éste se realiza con productos que sean más densos que el agua.
Tabla 2: densidad aparente de algunos cereales. Producto
W1
W2
W
V
da
Arroz
232 g
316 g
84 g
100 ml
0.84
Lenteja
232 g
325 g
93 g
110 ml
0.85
Quinua
232 g
313 g
81 g
100 ml
0.81
Trigo
232 g
318 g
86 g
100 ml
0.86
Para los cálculos densidad aparente de los cereales es el cociente de dividir la masa aparente con el volumen aparente. La masa aparente es la masa del producto más la masa de aire, y el volumen aparente es el volumen que este ocupa junto con el volumen que ocupa el aire en la probeta.
Tabla 3: densidad aparente en galleta y pan. Producto
W
V
da
Galleta
26 g
78 ml
0.33
Pan
20 g
104 ml
0.19
De la misma manera que para los cereales se determina la densidad aparente para la galleta y el pan, pero ahora en base a un producto (cereal) para el cual empleamos trigo.
Tabla 4: porosidad y densidad real en cereales. Muestra
Densidad aparente (g/cm3)
V1 (cm3)
V2 (cm3)
e
Densidad real (g/cm3)
Arroz
0.84
100
57
0.4778
1.608
Lenteja
0.85
50
35
0.374
1.3578
Quinua
0.81
50
33
0.425
1.408
Para la determinación de la porosidad para cada uno de los productos mostrados en ésta tabla 4 se dividió la cantidad de agua que desplaza el aire contenido en cierto producto entre el volumen del producto, para dicho procedimiento nos ayudamos de una probeta graduada y se tuvo en cuenta que el agua añadida al producto desplace todo el aire posible contenido en ella para así tener resultados más exactos. Para determinar la densidad real se dividió la densidad aparente ya anteriormente calculada entre la resta de la unidad y la porosidad también ya calculada.
Tabla 5: rebosamiento en cerveza.
Producto
Ve
Cerveza
160 ml
Vl 81 ml
r 0.98
Para el rebosamiento en cerveza se dividió el volumen de espuma entre el volumen del líquido después que toda la espuma se haya convertido en líquido.
VI.
CONCLUSIONES
Conforme a nuestros objetivos se logró determinar la densidad en sólidos, también la porosidad, densidad aparente y en cerveza logramos determinar el rebosamiento. Se logró conocer y comprender la metodología de determinación de las densidades grosera, aparente, real y la porosidad.
VII. ANEXOS
Figura 2: parte del proceso de determinación de porosidad de quinua donde se desplaza el aire contenido añadiéndole agua. Figura 1: lenteja pesada para poder determinar la porosidad
Figura 4: galleta pesada para determinar su densidad aparente. Figura 3: pesado del arroz para determinar la densidad aparente.
