Modelos fenomenológicos de analogía mecánica del comportamiento reológico no lineal de biomateriales alimenticios - Avila de la Rosa, Gabriela (Universidad Autónoma Metropolitana, 2016)
Los alimentos tienen propiedades reológicas únicas y difíciles de predecir. Esto es debido a que la composición y estructura de los alimentos son muy variadas. Por tal motivo, la comprensión de la reología de los alimentos es fundamental para lograr la optimización del producto, desarrollo, procesamiento y control de calidad. De estas aplicaciones el presente trabajo retoma el estudio de la microestructura por medio de la respuesta de los materiales a pruebas reológicas y las descripciones que los modelos fenomenológicos pueden dar a estos datos experimentales. El objetivo del presente trabajo fue estudiar la reología de algunos biomateriales alimenticios, centrándose en el comportamiento no lineal. Para ello se determinaron los parámetros viscoelásticos calculados a través de modelos fenomenológicos de analogía mecánica. Se trabajó con tres casos de estudio: A) Solución acuosa de mucilago de semilla de chía (Salvia hispánica L) donde se analizó la respuesta viscoelástica en la interface aceite-agua y la vecindad de está en la dispersión acuosa del mucilago. Al someter este sistema a pruebas de esfuerzo constante presento oscilaciones amortiguadas. Las cuales fueron adecuadamente descritas por el modelo Kelvin-Voigt inercial. La evolución de los parámetros en profundidad (fase acuosa) muestra una posible estratificación de la solución acuosa del mucilago de chía. B) Dispersiones de almidón gelatinizado al 5 % en peso. Las cuales fueron sometidas a pruebas de esfuerzo constante (a bajos torques) en el centro de la muestra con una geometría bicono. La respuesta a estos estímulos fueron oscilaciones amortiguadas con deformaciones de magnitud pequeña. Los parámetros viscoelásticos se calcularon con la ayuda del modelo Kelvin-Voigt inercial y los datos experimentales de deformación a esfuerzo constante. Las variaciones de los parámetros estuvieron relacionadas con cambios en la microestructura; la cual es altamente dependiente de la fractura y ordenamiento de los gránulos remanentes de almidón. C) La derivación de la regla de Cox-Merz a partir de modelos fenomenológicos sencillos (Kelvin-Voigt, Maxwell) para fluidos tipo ley de potencia. En este caso se obtuvieron expresiones que relacionan la viscosidad estacionaria y la viscosidad dinámica para el modelo de Kelvin-Voigt. Se comprobó la congruencia de la regla Cox-Merz con el modelo de Maxwell. Las no linealidades fueron aproximadas por el método de balance de primeros armónicos. Las expresiones fueron aplicadas a cinco ejemplos donde se encontró que se puede estimar con cierta precisión la viscosidad estacionaria con la viscosidad dinámica y la frecuencia en solidos viscoelásticos, los cuales son adecuadamente descritos por el modelo Kelvin-Voigt. Por otra parte, los líquidos viscoelásticos son descritos por el modelo de Maxwell y sus viscosidades pueden relacionarse con la regla de Cox-Merz. En general, los modelos fenomenológicos mostraron ser una herramienta sencilla que mediante metodologías sistemáticas y analíticas permiten desarrollar expresiones adecuadas para la estimación de parámetros viscoelásticos de respuestas reológicas no-lineales de biomateriales alimenticios.