diseÑo y dimensionamiento de las operaciones unitarias
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DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE LAS OPERACIONES UNITARIAS PARA LA
PRODUCCIÓN DE GALLETAS CRACKER A ESCALA DE LABORATORIO
JUAN FELIPE BERNAL SERRANO
JIMENA MANRIQUE ARDILA
Asesor
ÓSCAR ALBERTO ÁLVAREZ SOLANO, PhD.
Coasesor
JAIME EDUARDO DÁVILA CASTRO
Jurado
FELIPE SALCEDO GALÁN, PhD.
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA
BOGOTÁ D.C.
2016
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TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN _______________________________________________________________________________________ 5
1.1. INDUSTRIA DE GALLETAS Y SNACK BARS: CONTEXTO MUNDIAL Y NACIONAL _______ 5
1.2. JUSTIFICACIÓN OBJETO DE ESTUDIO ________________________________________________________ 7
1.3. PROCESO DE FABRICACIÓN DE GALLETAS CRACKER A ESCALA INDUSTRIAL _________ 7
1.3.1. INGREDIENTES _____________________________________________________________________________ 7
1.3.1.1. LA IMPORTANCIA DEL GLUTEN EN LAS CARACTERÍSTICAS DE LA MASA _________ 8
1.3.2. MEZCLADO __________________________________________________________________________________ 8
1.3.3. FERMENTADO Y EMPASTE _______________________________________________________________ 9
1.3.4. LAMINADO __________________________________________________________________________________ 9
1.3.5. HORNEADO ________________________________________________________________________________ 10
1.4. LA REOLOGÍA EN LA INDUSTRIA ALIMENTICIA ___________________________________________ 11
2. OBJETIVOS ____________________________________________________________________________________________ 12
2.1. OBJETIVO GENERAL ___________________________________________________________________________ 12
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ______________________________________________________________________ 12
3. MATERIALES Y MÉTODOS __________________________________________________________________________ 12
3.1. MATERIALES ____________________________________________________________________________________ 12
3.1.1. INGREDIENTES ____________________________________________________________________________ 12
3.1.2. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS _____________________________________________________________ 13
3.2. MÉTODOS________________________________________________________________________________________ 14
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ________________________________________________________________________ 15
4.1. PRIMERA PARTE DEL PROCESO _____________________________________________________________ 15
4.1.1. MEZCLADO 1 _______________________________________________________________________________ 15
4.1.2. ESPONJE ____________________________________________________________________________________ 18
4.1.3. REPOSO _____________________________________________________________________________________ 20
4.1.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS ______________________________________________________________ 23
4.2. PROCESO COMPLETO: RÉPLICA INDUSTRIAL ______________________________________________ 23
4.2.1. MEZCLADO 1 _______________________________________________________________________________ 23
4.2.2. ESPONJE ____________________________________________________________________________________ 25
4.2.3. REPOSO _____________________________________________________________________________________ 26
4.2.4. LAMINADO _________________________________________________________________________________ 27
4.2.5. HORNEADO ________________________________________________________________________________ 30
5. CONCLUSIONES ______________________________________________________________________________________ 32
6. TRABAJO FUTURO ___________________________________________________________________________________ 33
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7. REFERENCIAS ________________________________________________________________________________________ 34
ANEXOS _____________________________________________________________________________________________________ 35
ANEXO A. Instrumentos y equipos utilizados en el proceso de fabricación de galletas cracker
_______________________________________________________________________________________________________________ 35
ANEXO B. Coeficientes de variación para la viscosidad a diferentes tasas de cizalla en la
primera etapa del proceso ______________________________________________________________________________ 36
Mezclado 1 _______________________________________________________________________________________________ 36
Esponje ___________________________________________________________________________________________________ 36
Reposo ____________________________________________________________________________________________________ 36
ANEXO C. Coeficientes de variación para los módulos elástico y viscoso a diferentes
velocidades de agitación en la primera etapa del proceso _________________________________________ 37
Mezclado 1 _______________________________________________________________________________________________ 37
Esponje ___________________________________________________________________________________________________ 37
Reposo ____________________________________________________________________________________________________ 38
ANEXO D. Coeficientes de variación para la viscosidad a diferentes tasas de cizalla para todo
el proceso, comparando con el proceso desarrollado simultáneamente ________________________ 39
Mezclado 1 _______________________________________________________________________________________________ 39
Esponje ___________________________________________________________________________________________________ 39
Reposo ____________________________________________________________________________________________________ 40
ANEXO E. Coeficientes de variación para los módulos elástico y viscoso a diferentes
velocidades de agitación para todo el proceso, comparando con el proceso desarrollado
simultáneamente _________________________________________________________________________________________ 41
Mezclado _________________________________________________________________________________________________ 41
Esponje ___________________________________________________________________________________________________ 42
Reposo ____________________________________________________________________________________________________ 43
Laminado _________________________________________________________________________________________________ 44
ANEXO F. Diseño de experimentos para la primera parte del proceso ___________________________ 45
Mezclado _________________________________________________________________________________________________ 45
Esponje ___________________________________________________________________________________________________ 48
Reposo ____________________________________________________________________________________________________ 52
ANEXO G. Aspecto de las galletas después del horneado ___________________________________________ 56
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RESUMEN
En los últimos años, la industria de galletas y snack bars ha presentado el mayor crecimiento en la
industria de los snacks debido a la variedad de sus productos y a su vez, al incremento de la
preocupación de los clientes por su salud y bienestar. La innovación en la línea de productos es un
campo que ha venido adquiriendo gran importancia y por tanto, es indispensable efectuar pruebas
a nivel de laboratorio antes de escalar su producción a nivel industrial, de manera que se reduzcan
los gastos operacionales de una empresa. Por tal razón, el presente proyecto buscó diseñar e
implementar herramientas que permitieran dimensionar las operaciones unitarias involucradas en
el proceso de fabricación de galletas cracker a escala de laboratorio, tomando como referencia el
procedimiento a escala industrial que maneja cierta empresa [1].
Para cumplir el objetivo antes propuesto, se realizó la búsqueda de los equipos e instrumentos más
adecuados y se llevaron a cabo los procesos de mezclado, esponje, reposo, laminado y horneado. La
primera parte del proceso, que involucra las etapas de mezclado, esponje y reposo, fue realizada
con diferentes modelos de impeller (pruebas 1, 2 y 3), cada uno con 5 velocidades de agitación (110
rpm, 120 rpm, 130 rpm, 140 rpm y 150 rpm). Al analizar el comportamiento de las propiedades
reológicas como la viscosidad, los módulos elástico y viscoso, la velocidad que presentó un mejor
ajuste de los datos fue 130 rpm.
Una vez seleccionada esta velocidad, el procedimiento se desarrolló a tiempos reales de operación
en la industria para las pruebas 1, 2 y 3. Simultáneamente, se realizó el proceso anterior con
diferentes instrumentos de mezclado para determinar la influencia de los mismos en las
propiedades de la masa. Por último, se establecieron las características del producto final. Dentro
de ellas está la variación de las dimensiones, el porcentaje de humedad y la resistencia que oponen
las galletas a quebrarse. Teniendo en cuenta la metodología aplicada, se pudo concluir que los
instrumentos de mezclado y las velocidades de agitación no influyen significativamente en las
propiedades de la masa. Sin embargo, es recomendable trabajar con bajas velocidades de mezclado
para evitar la ruptura de la estructura del gluten, la cual afecta la consistencia de la masa, y además,
utilizar los impellers de la batidora Dynasty HL-11007-A que ofrecen una mayor facilidad de uso.
Palabras clave:
Consistencia, Crackers, Empaste, Esponje, Factor de pérdida, Galletas, Horneado, Impeller,
Laminado, Masa, Mezclado, Módulo elástico, Módulo viscoso, Reposo, Viscosidad.
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1. INTRODUCCIÓN
1.1. INDUSTRIA DE GALLETAS Y SNACK BARS: CONTEXTO MUNDIAL Y NACIONAL
En el 2015, la demanda de galletas y snack bars a nivel mundial alcanzó los US$104 millones en
ventas, los cuales US$67 millones corresponden a galletas dulces, US$ 24 millones a galletas de sal
y US$12 millones a snack bars. Lo anterior indica que su posición en el mercado ha mejorado
significativamente hasta sobrepasar la industria de chocolates. Una posible explicación a este
fenómeno es la accesibilidad a los productos y la variedad de los mismos [1].
A pesar de que Colombia no se encuentra dentro de los 15 países con los mercados más grandes de
galletas y snack bars, en el 2015 presentó un crecimiento debido al aumento de la demanda, la
innovación por parte de los proveedores, la aparición de nuevos productos con mayor valor unitario
y la oferta de galletas saludables y sofisticadas. Las ventas en el año en cuestión alcanzaron casi los
800 millones de pesos para las galletas de dulce, las cuales en el transcurso de los últimos años han
sido la categoría que más incremento ha presentado, seguida de las galletas de sal, con 600 millones
de pesos, aproximadamente [1] [2].
Figura 1. Ventas anuales de galletas y snack bars en Colombia en los últimos 3 años [2]
La Figura 1 muestra las ventas anuales de diferentes tipos de galletas en Colombia y a su vez, indica
la diferencia entre la cantidad vendida de galletas de sal y de dulce. La razón principal de la
desigualdad entre ellas se debe a que esta última se concentró en la innovación, mientras que la
primera compite en el mercado con los cereales, pues su mayor consumo se encuentra en el
desayuno [2].
Cabe resaltar que existen diversas compañías en Colombia que ofrecen gran variedad de productos
como galletas y snack bars, sin embargo, la Figura 2 muestra que, la Compañía de Galletas Noel S.A.
ha presentado el mayor porcentaje de ventas al por menor, aunque su participación en el mercado
ha reducido en los últimos 3 años [2].
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Figura 2. Participación de las principales compañías en el mercado de galletas en Colombia [2]
Por su parte, las empresas Nestlé de Colombia S.A. y Colombina S.A. se encuentran en una segunda
y tercera posición con mayor porcentaje de ventas al por menor en el transcurso de los últimos 3
años. De esta manera, se observa que las tres principales compañías en el mercado han conservado
su posición.
Además, cada una de las empresas tiene una larga trayectoria en lo referente a la fabricación de
cierto tipo de galletas. La Compañía de Galletas Noel S.A. se destaca en la venta de 8 productos
como se puede ver en la Figura 3, siendo las galletas saltín las más vendidas, a pesar de su
disminución considerable entre el 2013 y el 2015. Es importante mencionar que los otros
productos de las compañías Colombina SA y Nestlé de Colombia SA que compiten con estas galletas
no superan el 5% de las ventas al por menor.
Figura 3. Participación de algunas marcas de galletas en el mercado en Colombia [2]
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1.2. JUSTIFICACIÓN OBJETO DE ESTUDIO
La información anterior permite afirmar que la industria de galletas, específicamente las de sal, se
encuentra bien posicionada en el mercado a nivel mundial y nacional. Por tal razón, el presente
proyecto se enfocó en la búsqueda de herramientas para diseñar y dimensionar los procesos
involucrados en la fabricación de galletas cracker a escala de laboratorio, tomando como
referencia el procedimiento a escala industrial que maneja la empresa.
Es pertinente mencionar que la fabricación de galletas cracker en el laboratorio fue contemplada
después de 1933, cuando Dunn J.A. afirmó que la producción de este tipo de galletas a escala de
laboratorio era prácticamente imposible debido a la complejidad de cada uno de los procesos. No
obstante, con el transcurso de tiempo se han podido realizar experimentos, obteniendo resultados
favorables [3].
Al reproducir este producto a escala de laboratorio, es posible analizar los efectos que tiene cada
etapa en el proceso y a su vez, reconocer y evaluar ciertos fenómenos que toman lugar en la
producción. De igual manera, puede servir como una herramienta de control de cambios en las
galletas. Por ejemplo, la formulación es estudiada para la búsqueda de mejoras en las líneas de
productos o para la creación de nuevas.
1.3. PROCESO DE FABRICACIÓN DE GALLETAS CRACKER A ESCALA INDUSTRIAL
A continuación, se describe detalladamente el proceso de fabricación de galletas cracker, teniendo
en cuenta todas sus etapas y a su vez, algunos de los aspectos más importantes como la
consistencia de la masa, el color de la misma, entre otros.
El proceso de fabricación de galletas cracker a nivel industrial comienza con la entrega de los
ingredientes, su almacenamiento y el transporte de los mismos hacia el área de mezclado. En la
etapa de mezclado, ocurre la formación de la masa, donde se realizan pruebas para alcanzar la
consistencia y las características adecuadas. Posteriormente, se fermenta la masa, adquiriendo las
propiedades deseadas para el horneado, y se remueven los gases producidos en la fermentación a
partir del empaste. Luego, se lleva a cabo el laminado, en el cual la masa es dividida en varias
porciones, y el horneado, encargado de darle el aspecto final a las galletas. Por último, éstas son
empacadas y distribuidas a los puntos de venta [4].
1.3.1. INGREDIENTES
Dentro de las materias primas necesarias para la fabricación de galletas cracker se encuentran el
trigo, maíz, caña de azúcar y semillas de soja, las cuales son transformadas en harina, jarabe de
maíz, azúcar y aceite [4].
Adicionalmente, el agua es indispensable para la solución de ingredientes en la mezcla como el
azúcar y si hay algún químico presente, permite que las reacciones se lleven a cabo en la masa. Su
cantidad debe ser controlada, pues influye en la consistencia de la masa. Además, es
imprescindible para la hidratación de ingredientes como la harina y favorece la transformación de
la proteína de trigo hidratada en gluten, un material viscoelástico [5].
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1.3.1.1. LA IMPORTANCIA DEL GLUTEN EN LAS CARACTERÍSTICAS DE LA MASA
La naturaleza del gluten permite la preparación de diferentes productos como las galletas, el pan,
la pizza, entre otros. La harina es la única de todos los granos con las proteínas necesarias para
formar una red viscoelástica de gluten que evita el escape de los gases producidos durante el
fermentado, los cuales proveen estructuras a los productos horneados. Además, a diferencia de los
otros granos, ésta le proporciona a la masa características como elasticidad y larga duración [6].
Ahora bien, las proteínas del gluten son de las moléculas más grandes de la naturaleza. Las
gliadinas comprenden una estructura de alrededor de 50 proteínas de una sola cadena, a
diferencia de las gluteninas que están compuestas por múltiples cadenas polimerizadas mediante
enlaces disulfuro, que pueden llegar tener un peso molecular 100 veces más grande que el de las
gliadinas [6].
En cuanto a la influencia de las proteínas del gluten en las propiedades de la masa, se considera
que las gliadinas tienen muy poco o ningún efecto a la hora de mezclar. No obstante, estudios
recientes muestran que contribuyen en el mezclado, en especial las moléculas que presentan un
mayor peso molecular [6].
En contraste, la glutenina es la responsable de las características viscoelásticas de la masa, pues
comprende el grupo de proteínas con mayor peso molecular debido a los enlaces disulfuro que
entrecruzan las cadenas polipeptídicas en una red molecular. Dichos enlaces son producidos por
la oxidación de los grupos sulfhidrilos (SH) presentes en la harina. En el mezclado, se ven
favorecidos al unir las cadenas unas con otras en todas las direcciones y cuando finaliza el proceso,
vuelven a su estado de menor energía, es decir, se doblan. Sin embargo, se debe controlar el tiempo
de mezclado, porque una larga duración tiende a desdoblar las cadenas y por consiguiente, a
romper los enlaces [6] [7].
A diferencia de la estructura de la glutenina, la gliadina existe como monómero polipeptídico con
todos sus enlaces disulfuro intra-polipeptídicos. En efecto, el balance entre estas dos proteínas y
la ubicación de las moléculas de bajo y alto peso molecular es una parte fundamental de la calidad
del producto, puesto que la gliadina es la responsable de la extensión de la masa, mientras que la
glutenina se encarga de su elasticidad. Lo anterior indica que el equilibrio de monómeros y
polímeros se encuentra directamente relacionado con la fuerza y la extensibilidad de la masa [7].
1.3.2. MEZCLADO
En esta etapa, se agregan los ingredientes y se mezclan hasta formar una masa homogénea, no
obstante, su consistencia no es estable durante todo el proceso. La consistencia de la masa hace
referencia a la suavidad, adherencia, elasticidad y extensión que puede alcanzar la masa al ser
manipulada. Ésta varía con los ingredientes, la cantidad de agua añadida y las condiciones de
operación. Asimismo, cuando se lleva a cabo el mezclado, la masa incrementa su temperatura y
por consiguiente, aumentan las velocidades de reacción que afectan la consistencia de la misma
[5].
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1.3.3. FERMENTADO Y EMPASTE
El fermentado es una de las etapas críticas en la producción de galletas cracker debido a que en
ella ocurre una reducción del pH de la masa, lo cual repercute en la reacciones de Maillard que se
llevan a cabo en el horneado [8].
Comúnmente, el fermentado se realiza mediante un procedimiento llamado esponjado y masa
(sponge-and-dough). Tal como su nombre lo indica, se encuentra dividido en dos etapas
independientes. La primera, utiliza entre el 60% y 70% de la harina total y pequeños residuos de
lotes mezclados anteriormente. Además, fermenta entre 16 y 18 horas a temperaturas de 26 a 29°C
con humedades relativas de 70 a 78%. Por otro lado, el procedimiento de la masa requiere de
condiciones similares a las del esponjado, con el previo adicionamiento del resto de las materias
primas y a diferencia de la etapa anterior, fermenta por unas 4 a 6 horas adicionales [3] [6] [8].
Respecto a las características de la masa, se espera que luego del esponjado ésta oponga una menor
resistencia a la extensión. Lo anterior es impulsado por el aumento de la acidez y la reducción del
pH que se da con el transcurso del proceso. No obstante, la extensibilidad de la mezcla aumenta en
la etapa de la masa, pues el bicarbonato de sodio es añadido. Dichos cambios en las propiedades
de viscoelásticas de la masa son relevantes, garantizando el desarrollo de la misma en el laminado,
en donde el manejo es una parte fundamental [6].
De igual manera, se ha encontrado que, tanto el tiempo de fermentado como la cantidad de
levadura adicionada influyen considerablemente en el proceso, pues al modificar estas variables,
se evidencian cambios importantes en las propiedades reológicas del producto final. Dentro de
ellos, se encuentra la disminución de la dureza de la masa y el pH a medida que se va dando la
fermentación.
Como se había mencionado previamente, el empaste ocurre después del fermentado de la masa,
allí se liberan los gases de los químicos de la levadura. La liberación de gases de la masa depende
del tipo de harina que se haya utilizado, pues las harinas fuertes tienen una mejor retención de
gases, a diferencia de las harinas débiles. A pesar de que en la etapa de empaste no ocurren
variaciones considerables, el tiempo entre el fermentado y el empaste es de gran relevancia para
su posterior laminado y horneado [6].
1.3.4. LAMINADO
El laminado es un proceso que consiste en comprimir cierta masa haciendo uso de varios rodillos
con el fin de obtener capas más delgadas. Por ende, es utilizado en la fabricación de galletas,
bizcochos y otros productos [9].
La primera etapa hace referencia a un método de compresión a partir de 2 o 3 rodillos que forma
un primer comprimido de la masa. Luego, se procede a pasar la masa por una serie de rodillos para
crear el primer laminado, y una vez realizado el proceso, se sobreponen unas capas sobre otras
añadiendo grasa entre ellas. El producto final será más grueso a medida que se añada un mayor
número de capas, pues en el horneado ocurre el crecimiento de la masa [9].
A pesar de la relación entre el grosor de las galletas y el número de capas sobrepuestas, existe una
cantidad límite de capas para cada tipo de masa, es decir, que hasta cierto número de capas el
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grosor aumenta y al sobrepasar este límite, ocurre la ruptura de la misma liberando aire de cada
una de ellas. Actualmente, en la industria se suelen utilizar de 5 a 7 capas y además, se recomienda
el uso harinas débiles, pues se espera que el gluten no se desarrolle completamente [6] [9].
El procedimiento anterior se puede realizar de dos maneras, a partir del método francés o del
método inglés. En el primero, se corta la masa en láminas y se colocan unas sobre otras, mientras
que en el último se dobla cada una de las láminas hasta obtener el número de capas deseado.
Finalmente, se dispone de una serie de rodillos que reducen el tamaño de la masa. Comúnmente,
disminuyen el grosor de las láminas agrupadas previamente en una relación de 2 a 1 entre cada
uno de ellos, aunque hoy en día se pueden encontrar reducciones con una relación de 4 a 1 entre
cada set de rodillos [6] [9].
En la última etapa de la operación de laminado, se espera que la lámina final tenga un grosor de
unos 3 a 4mm, con el fin de obtener el grosor deseado en el producto final. Cabe destacar que esta
etapa es de gran ayuda para la eliminación de residuos de aire dentro de la masa, lo cual genera
como resultado una estructura celular más uniforme [6] [9].
1.3.5. HORNEADO
En la etapa de horneado, ocurre la desnaturalización del gluten, pues se manejan temperaturas
superiores a los 85°C. Lo anterior implica una pérdida de las características viscoelásticas del
material y a su vez, la formación de estructuras estables de los productos horneados. La duración
del proceso es de 2.5-15 minutos aproximadamente [6] [9].
En el primer cuarto o tercio del tiempo de horneado, ocurren ciertos cambios en la masa: la
densidad del producto se reduce al aumentar su grosor con el desarrollo de una estructura porosa
u hojaldrada, la forma del mismo cambia, el nivel de humedad disminuye a un 1-4%, y la coloración
de la superficie cambia [9].
La disminución de la densidad y el cambio de forma de las galletas se encuentra relacionada con el
calentamiento de almidones y proteínas a temperaturas donde se lleva a cabo el desarrollo y la
configuración de las mismas, la liberación de gases de los químicos de la levadura, la pérdida de
humedad de la superficie del producto por la evaporación, y la reducción en la consistencia de la
solución de azúcar y grasas [9].
De igual manera, la tasa de producción de galletas cracker en el horno depende de la longitud del
mismo y del tiempo de horneado de acuerdo a la estructura de la galleta, el color y el contenido de
humedad. Para obtener unos mejores resultados, es recomendable que la puerta del horno se abra
exclusivamente al introducir la masa y además, que la distancia sea pequeña entre la parte
superior y la masa, debido a que el calor es trasferido a la mezcla por medio de radiación [8].
1.3.5.1. CLASIFICACIÓN DE HORNOS
Existen diferentes clases de hornos utilizados dentro de esta etapa. Por un lado, se clasifican según
su longitud, por ejemplo, el horno de túnel tiene varias zonas independientes donde se controla el
calor debido a su amplitud, mientras que los hornos pequeños sólo presentan una de ellas. La
variedad de zonas permite el manejo de diferentes temperaturas, la cantidad de calor y las
condiciones de extracción [8].
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Por otro lado, los hornos pueden ser de fuego directo o indirecto, dependiendo si los gases de
combustión tienen o no contacto con la masa de las galletas, respectivamente. En los hornos de
fuego directo, hay cierto número de calentadores que se encuentran arriba y abajo de la banda de
horneado que emiten radiación y proporcionan calor cuando las galletas pasan por la zona. El calor
se controla a partir de la variación de la cantidad de gas que suministra cada calentador o la
suspensión del uso de algunos de ellos [9].
A diferencia de los de fuego directo, los hornos de fuego indirecto necesitan de un sistema de
intercambiador de calor que les permite calentar la atmósfera. Para ello, comúnmente se utiliza
una sola hornilla por zona y los gases que libera son circulados a través de ductos hacia la cámara
de horneado o por el contrario, el aire de la cámara de horneado circula a través de un
intercambiador de calor hacia la hornilla. Adicionalmente, se instalan amortiguadores que
controlan y desvían el paso de gases hacia varias partes de la cámara de horneado [9].
1.4. LA REOLOGÍA EN LA INDUSTRIA ALIMENTICIA
El reómetro es un instrumento que se encarga de medir las propiedades reológicas de los fluidos
a partir de la resistencia que oponen éstos a fluir al aplicar una fuerza conocida. En la industria
alimenticia, se llevan a cabo estudios reológicos que permiten la caracterización de una o varias
sustancias específicamente [10].
Para ello, se ejecutan estudios estacionarios, que incluyen pruebas rotacionales, ensayos de
fluencia o creep, y experimentos de recuperación elástica. Las pruebas rotacionales permiten
evaluar la viscosidad, el yield stress, la tixotropía, las fuerzas normales y otras propiedades en los
diferentes procesos que involucra la fabricación de un producto. En los ensayos de fluencia, el
esfuerzo se mantiene constante mientras que la deformación varía en función del tiempo. Por otro
lado, en los experimentos de recuperación elástica se estudia la deformación y la recuperación
que se produce al aplicar y retirar un esfuerzo, respectivamente, en función del tiempo. De
acuerdo al tipo de material ocurre o no recuperación: en los materiales elásticos, la recuperación
es total; en los viscosos, no hay; y en los viscoelásticos, es parcial [10].
Además, se desarrollan estudios dinámicos que incluyen pruebas oscilatorias para la medición de
la viscosidad, el módulo de elástico (también llamado módulo de almacenamiento) y el módulo
viscoso (también llamado módulo de pérdida), los cuales determinan características como la estabilidad de un producto y la viscoelasticidad del mismo. El módulo elástico (𝐺′) hace referencia
a la energía asociada por el material, mientras que el módulo viscoso (𝐺′′) corresponde a la
energía disipada por el material [10].
Comúnmente, el factor de pérdida (δ) determina el comportamiento de cierto material. La
ecuación (1) establece la relación entre el módulo elástico y el módulo viscoso [9].
tan(𝛿) =𝐺′′
𝐺′, (𝐸𝑐. 1)
Si el módulo viscoso es mucho mayor al módulo elástico, el comportamiento del material se
asemeja al de un líquido, mientras que si sucede lo contrario, el material adquiere características
propias de un sólido [9].
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2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Realizar el diseño y el dimensionamiento de las operaciones unitarias del proceso de fabricación
de galletas cracker a escala de laboratorio tomando como base el proceso de fabricación de
galletas a nivel industrial.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Realizar una búsqueda de los materiales y equipos que se ajusten adecuadamente al proceso
de fabricación de galletas cracker a escala industrial manejado por la empresa.
Caracterizar el producto obtenido en cada una de las operaciones unitarias que involucra el
proceso de fabricación de galletas cracker a partir de la evaluación de las propiedades
reológicas del mismo.
Determinar la influencia de factores como los instrumentos de mezclado y la velocidad de
agitación en las propiedades de la masa.
Comparar el producto obtenido en cada una de las etapas con el producto realizado bajo
diferentes condiciones de mezclado.
3. MATERIALES Y MÉTODOS
3.1. MATERIALES Dentro de los materiales utilizados para la fabricación de galletas cracker se encuentran los
ingredientes, instrumentos y equipos.
3.1.1. INGREDIENTES
En primera instancia, se implementó la formulación propia de la empresa, de manera que los
resultados que se obtuvieran fueran próximos a la realidad. La Tabla 1 muestra las cantidades
manejadas para cada uno de los ingredientes.
Tabla 1. Formulación de la empresa para la fabricación de galletas cracker
Ingrediente Cantidad (% con respecto a la harina)
Harina de trigo 100 Mejorador-endulzante 1-1.5
Levadura 0.4-0.6 Endulzante 1-3
Sal 0.5-1 Bicarbonato de sodio 0.5-1
Mezcla leche 1-2 Agua 40-50
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3.1.2. INSTRUMENTOS Y EQUIPOS
Debido a la naturaleza del proyecto, cada etapa del proceso de fabricación de galletas cracker se
llevó a cabo con la formulación propia de la empresa. La Tabla 2 resume los instrumentos y
equipos utilizados.
Tabla 2. Instrumentos y equipos utilizados en cada una de las etapas del proceso de fabricación de galletas cracker
Etapa del proceso Instrumentos y equipos utilizados Mezclado Para el mezclado 1, se utilizó el modelo del impeller sigma (Ver
ANEXO A). Para el mezclado 2, se utilizó el modelo del impeller sigma, el modelo
del impeller L y el modelo del impeller N (Ver ANEXO A). Esponje y reposo Se utilizó la cámara de estabilidad RGX-250E Growth Chamber a una
temperatura de 29°C, con una humedad del 80%. Laminado Se utilizó la laminadora STM 513 Bench Sheeter de RONDO Dough-how
& more, la cual tiene diferentes grosores. La masa se laminaba desde un grosor considerable y se iba disminuyendo hasta alcanzar los 0.25mm.
Con un molde de 6cmX6cm, la masa tomaba forma. Horneado Se utilizó el horno Esco Isotherm® a una temperatura de 250°C y un
tiempo de 4 minutos aproximadamente.
Por otro lado, se hizo uso del reómetro Discovery Hybrid Rheometer Modelo 1 de TA Instruments
para la caracterización de la masa obtenida en cada una de las etapas del proceso. Dentro de las
características del equipo se encontró la presencia del plato peltier, que permite evaluar las
propiedades de una amplia gama de materiales en un rango de temperaturas desde -40°C a 200°C;
la definición de una geometría tipo plato de 20mm y además, la muestra alcanzaba un gap de 1000
μm. Asimismo, la superficie corrugada fue indispensable para garantizar una mayor confiabilidad
en los datos obtenidos, pues se comprobó el deslizamiento de la masa en ausencia de la misma.
Para las etapas de mezclado, esponje y reposo, se evaluó la viscosidad, el módulo elástico y el
módulo viscoso, mientras que la masa laminada se sometió a un ensayo de fluencia y se obtuvo el
módulo elástico y viscoso de la misma. Las pruebas anteriores se realizaron a una temperatura de
25°C.
Cabe destacar que los datos reportados en las gráficas para la viscosidad fueron un promedio del
valor obtenido con su respectiva réplica en un intervalo de tasa de cizalla de 0.1 s-1 a 10 s-1.
Igualmente, se graficaron los promedios de los valores obtenidos para los módulos elástico y
viscoso en un intervalo de frecuencia angular de 0.1 rad/s a 10 rad/s, y tomando los puntos donde
la magnitud presentara una tendencia constante, se calculó un promedio. De esta manera, se
determinaba la magnitud del módulo elástico y el módulo viscoso para las diferentes pruebas
realizadas.
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3.2. MÉTODOS
Después de realizar una búsqueda bibliográfica sobre el proceso de fabricación de galletas
cracker, la metodología del presente trabajo se describe a continuación.
1. Definir las etapas del proceso de fabricación de galletas cracker y sus condiciones de
operación, tal como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Proceso de fabricación de galletas cracker en el laboratorio con la formulación de la empresa
2. Llevar a cabo la primera parte del proceso de la Figura 4 múltiples veces, desde el mezclado 1
hasta el reposo, variando el modelo de los impellers y las velocidades de agitación. Las
velocidades de agitación manejadas fueron 110 rpm, 120 rpm, 130 rpm, 140 rpm y 150 rpm.
Éstas se seleccionaron teniendo en cuenta que la batidora Dynasty HL-11007-A, disponible en
el laboratorio, tiene una velocidad de 140 rpm, aproximadamente. De esta manera, se pudo
identificar la posible influencia de las diferentes velocidades de mezclado en las propiedades
de la masa. La Tabla 3 muestra los impellers utilizados en los mezclados 1 y 2 para las 3
pruebas, tomando una réplica.
Tabla 3. Pruebas realizadas para la primera parte del procedimiento de la Figura 4
Número de prueba Mezclado 1 Mezclado 2 1 Modelo del impeller sigma Modelo del impeller sigma 2 Modelo del impeller sigma Modelo del impeller L 3 Modelo del impeller sigma Modelo del impeller N
3. Determinar la velocidad de agitación que fuera replicable teniendo en cuenta los coeficientes
de variación, de manera que se pudiera ejecutar el procedimiento completo.
4. Llevar a cabo el procedimiento completo de la Figura 4 a tiempos manejados en la industria,
incluyendo el laminado y el horneado una vez la masa se haya sometido al empaste.
Simultáneamente, realizar el proceso utilizando los impellers gancho y pala de la batidora
Dynasty HL-11007-A que tiene una velocidad de 140 rpm, sin variar las condiciones de
operación de cada una de las etapas ni la formulación empleada.
5. Efectuar pruebas en el reómetro para la masa laminada y después de hornear las galletas,
medir la variación de las dimensiones (con el uso del Calibre Pie de Rey Mitutoyo), el
porcentaje de humedad (con el uso de la termobalanza Precisa Modelo XM 60) y la oposición
a la fuerza (posicionando la galleta en la parte inferior de un beaker vacío, el cual se llenaba
de agua hasta quebrarla).
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4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN La aplicación de la metodología anteriormente descrita permitió dividir los resultados obtenidos
en dos secciones, donde ambas utilizan la formulación propia de la empresa. La primera sección
muestra las propiedades de la masa en la primera parte del proceso, el cual involucra las etapas
de mezclado, esponje y reposo. Teniendo en cuenta el comportamiento de las propiedades de la
masa en los 3 procedimientos a diferentes velocidades, se seleccionó la más adecuada según
parámetros que se analizarán más adelante. De ella, se deriva la segunda sección que describe las
características de la masa en cada una de las operaciones unitarias involucradas en todo el
proceso a la velocidad seleccionada, y hace una comparación con el proceso desarrollado a partir
de diferentes herramientas de mezclado.
4.1. PRIMERA PARTE DEL PROCESO
4.1.1. MEZCLADO 1 La Figura 5 muestra el comportamiento de la masa a diferentes velocidades de agitación después
del primer mezclado.
Figura 5. Módulos elástico y viscoso de la masa después del primer mezclado para las diferentes pruebas
A partir de ella, se puede afirmar que el módulo elástico es mayor al módulo viscoso y las diferencias
entre ellos varían, independientemente de la velocidad de agitación que se maneje y la prueba que se
lleve a cabo. No obstante, la proporción entre ellos calculada con la ecuación (1) mantiene una
tendencia alrededor de un valor de 0.4, lo cual indica que para todos los casos, la masa presenta un
comportamiento más cercano al de un sólido, sin importar la velocidad del mezclado o la prueba.
Por otro lado, el ANEXO C indica que los menores coeficientes de variación para los módulos elástico
y viscoso se encuentran en las pruebas 1 y 2 a una velocidad de 120 rpm, y en la prueba 2 a 130 rpm.
En cambio, las 3 pruebas a una velocidad de 140 rpm presentan valores elevados, donde algunos
superan el 100%. Una posible explicación a este fenómeno es que a mayores velocidades de agitación,
la estructura del gluten se rompe y afecta la consistencia de la masa [11]. Por tal razón, los datos no
son próximos entre ellos.
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PRUEBA 1
La Figura 6 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del primer mezclado para la prueba 1.
Figura 6. Viscosidad de la masa luego del primer mezclado para la prueba 1
A partir de ella, se puede afirmar que la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, pues los valores se encuentran dentro de un mismo rango. No obstante, la
velocidad que presenta la mayor magnitud es 120 rpm, mientras que la menor magnitud se
alcanza a los 130 rpm.
Además, el ANEXO B permite contemplar que los coeficientes de variación para la prueba 1 a
diferentes velocidades son relativamente bajos, lo cual confirma la proximidad de los datos
obtenidos. Aunque lo anterior indica que se podría presentar una tendencia, se considera que
simplemente se da por la distribución de los datos, por lo que si se realizaran más replicas se
esperaría que ésta cambie, garantizando la homogeneidad de los mismos.
PRUEBA 2
La Figura 7 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del primer mezclado para la prueba 2.
Figura 7. Viscosidad de la masa luego del primer mezclado para la prueba 2
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A partir de ella, se puede afirmar que la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, debido a que los valores se encuentran dentro de un mismo rango. Además, no
es posible determinar la velocidad que presenta la mayor y la menor magnitud, pues para cada
una de las tasas de cizalla existe una velocidad mayor y menor diferente. Este fenómeno puede
explicarse con los bajos coeficientes de variación obtenidos para la prueba 2 (Ver ANEXO B), lo
cual indica que los valores obtenidos son próximos entre sí.
PRUEBA 3
La Figura 8 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del primer mezclado para la prueba 3.
Figura 8. Viscosidad de la masa luego del primer mezclado para la prueba 3
A partir de ella, se puede afirmar que la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, pues los valores se encuentran dentro de un mismo rango. No obstante, 150
rpm es la velocidad que tiene una mayor magnitud, mientras que la menor magnitud depende de
la tasa de cizalla que se esté observando. El cruce de las líneas a diferentes velocidades se puede
explicar con los bajos coeficientes de variación obtenidos (Ver ANEXO B). Entre más pequeño sea
el porcentaje del coeficiente de variación, los datos serán más cercanos unos de otros.
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4.1.2. ESPONJE
La Figura 9 muestra el comportamiento de la masa a diferentes velocidades de agitación después
del esponje.
Figura 9. Módulos elástico y viscoso de la masa después del esponje para las diferentes pruebas
Al igual que en el proceso de mezclado (Figura 5), se puede observar que el módulo elástico tiene
un mayor valor que el módulo viscoso y la proporción entre el módulo viscoso y el elástico es la
misma, indicando que la masa tiene un comportamiento más cercano al de un sólido, que al de un
líquido. Además, ocurre el mismo fenómeno, alcanzando altos coeficientes de variación a
velocidades como 140 rpm y 150 rpm (Ver ANEXO C).
PRUEBA 1
La Figura 10 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del esponje para la prueba 1.
Figura 10. Viscosidad de la masa luego del esponje para la prueba 1
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Al igual que Figura 6, la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, pues los valores se encuentran dentro de un mismo rango, a excepción de la
obtenida a 140 rpm cuya magnitud es superior. Este comportamiento resulta impertinente debido
a que la velocidad con los menores coeficientes de variación es 140 rpm, mientras que las demás
presentan valores superiores (Ver ANEXO B).
Ahora bien, a pesar de que tal comportamiento no se encuentra totalmente validado
estadísticamente, a simple vista no ocurren grandes cambios en los valores obtenidos para las
diferentes velocidades (Ver ANEXO F).
PRUEBA 2
La Figura 11 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del esponje para la prueba 2.
Figura 11. Viscosidad de la masa luego del esponje para la prueba 2
A diferencia de la Figura 7, se puede observar que los menores valores de viscosidad a diferentes
tasas de cizalla se alcanzan a una velocidad de 130 rpm, mientras que los valores de las demás
velocidades se encuentran dentro de un mismo rango. Sin embargo, los datos de las diferentes
velocidades de agitación son cercanos entre ellos, pues los coeficientes de variación no presentan
valores tan elevados (Ver ANEXO B).
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PRUEBA 3
La Figura 12 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del esponje para la prueba 3.
Figura 12. Viscosidad de la masa luego del esponje para la prueba 3
Al igual que la Figura 8, la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, debido a que los valores se encuentran dentro de un mismo rango. Además, no
es posible determinar la velocidad que presenta la mayor y la menor magnitud, pues para cada
una de las tasas de cizalla existe una velocidad mayor y menor diferente. El cruce de las líneas se
debe principalmente a los bajos coeficientes de variación obtenidos (Ver ANEXO B).
4.1.3. REPOSO
La Figura 13 muestra el comportamiento de la masa a diferentes velocidades de agitación después
del reposo.
Figura 13. Módulo elástico y viscoso de la masa después del reposo para las diferentes prueba
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Al igual que en las primeras dos partes del proceso (Figura 5 y Figura 9), el módulo elástico tiene
un mayor valor que el módulo viscoso y la diferencia entre ambos varía, independientemente de
la velocidad y de la prueba, no obstante, la proporción se mantiene en valores próximos a 0.5.
De igual manera, se tiene que los menores coeficientes de variación se alcanzan a una velocidad
de 120 rpm, mientras que los más elevados se encuentran a los 140 rpm y 150 rpm, donde algunos
superan el 100% (Ver ANEXO C).
PRUEBA 1
La Figura 14 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del reposo para la prueba 1.
Figura 14. Viscosidad de la masa después del reposo para la prueba 1
A partir de ella, se puede afirmar que la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, pues los valores se encuentran dentro de un mismo rango. Además, no es
posible determinar la velocidad que presenta la mayor y la menor magnitud, debido a que las
líneas se cruzan entre sí.
A pesar de observar la proximidad de los datos en la Figura 14, se tiene que los coeficientes de
variación son diferentes para todas las velocidades de agitación (Ver ANEXO B). Lo anterior
resulta bastante impertinente porque los mayores porcentajes se encuentran a bajas velocidades,
mientras que los menores están a 140 rpm y 150 rpm.
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PRUEBA 2
La Figura 15 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del reposo para la prueba 2.
Figura 15. Viscosidad de la masa después del reposo para la prueba 2
A partir de ella, se puede afirmar que la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, pues los valores se encuentran dentro de un mismo rango. No obstante, la
velocidad que presenta la mayor magnitud es 150 rpm, mientras que en la menor magnitud las
líneas se cruzan entre sí. Este comportamiento puede explicarse con los coeficientes de variación,
los cuales no indican un valor tan elevado (Ver ANEXO B), garantizando la cercanía de los valores
obtenidos.
PRUEBA 3
La Figura 16 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa a diferentes velocidades de
agitación después del reposo para la prueba 3.
Figura 16. Viscosidad de la masa después del reposo para la prueba 3
A partir de ella, se puede afirmar que la viscosidad a diferentes velocidades de agitación no varía
significativamente, pues los valores se encuentran dentro de un mismo rango. No obstante, la
velocidad que presenta la menor magnitud es 130 rpm, mientras que la mayor magnitud depende
de la tasa de cizalla que se esté observando.
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Además, se aprecia en la Figura 16 que para valores pequeños de tasa de cizalla, el
comportamiento de las velocidades es similar, mientras que a valores cercanos a 10 s-1, la
diferencia entre 130 rpm y las demás velocidades es significativa. Una posible explicación a este
suceso son las magnitudes elevadas de los coeficientes de variación a 130 rpm, lo cual hace que
los datos se alejen de las otras velocidades (Ver ANEXO B).
4.1.4. ANÁLISIS DE RESULTADOS
El criterio de selección de la velocidad de agitación con el mejor comportamiento de la viscosidad
de la masa fue, principalmente, el coeficiente de variación entre la muestra y la réplica realizada,
pues las gráficas anteriores indican que no hay una mayor variación de la viscosidad con respecto
a las velocidades manejadas.
En el ANEXO B se contemplan los coeficientes de variación para la viscosidad a diferentes tasas de
cizalla en la primera etapa del proceso. Teniendo en cuenta las cifras calculadas, los menores
porcentajes de los coeficientes de variación se obtuvieron a una velocidad de 130 rpm, para las
pruebas 2 y 3, las cuales se diferencian de la prueba 1 por el tipo de agitador utilizado en el
segundo mezclado. Además, al seleccionar esta velocidad se estaría evitando la posibilidad de
romper la estructura del gluten, que implicaría un impacto negativo en las propiedades de la masa.
Por tal razón, ésta fue la velocidad escogida para llevar a cabo todo el procedimiento descrito en
la Figura 4.
4.2. PROCESO COMPLETO: RÉPLICA INDUSTRIAL
Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la primera parte del proceso, se llevó a cabo el
procedimiento de la Figura 4 a una velocidad de agitación de 130 rpm para las 3 pruebas de la
Tabla 3. Simultáneamente, el proceso se desarrolló utilizando los impellers de pala y gancho de la
batidora Dynasty HL-11007-A. Las gráficas de la viscosidad, los módulos elástico y viscoso se
muestran a continuación para cada etapa.
4.2.1. MEZCLADO 1
La Figura 17 muestra el comportamiento de la masa después del primer mezclado para las
diferentes pruebas realizadas.
Figura 17. Módulos elástico y viscoso de la masa después del primer mezclado para las diferentes pruebas
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De forma similar a lo sucedido en la primera parte, el módulo elástico para todos los casos es
mayor que el viscoso y sin importar la diferencia entre ellos, la proporción del módulo viscoso
respecto al elástico mantiene una tendencia con valores cercanos a 0.4.
Asimismo, es posible observar que la magnitud de la diferencia entre los módulos de las pruebas
1 y 3 es próxima, mientras que la de la prueba 2 se encuentra más alejada, siendo mayor que las
demás. Debido a que se podrían considerar las pruebas 1, 2 y 3 como réplicas, pues en el primer
mezclado todas manejan el modelo del impeller sigma, esto no debería suceder.
Una posible explicación al anterior suceso son los coeficientes de variación obtenidos, los cuales
se pueden apreciar en el ANEXO E. En ellos, se obtienen valores muy altos que señalan la gran
desigualdad entre los datos obtenidos en la muestra y en la réplica, sin embargo, el único que
alcanza magnitudes superiores al 100% es la prueba 2. Entonces, al ser los módulos
significativamente distantes entre la muestra y la réplica, la diferencia entre ellos será
considerable.
La Figura 18 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa después del primer mezclado
para las diferentes pruebas realizadas.
Figura 18. Viscosidad de la masa después del primer mezclado utilizando diferentes instrumentos de mezclado
A partir de ella, se puede observar que las viscosidades de las pruebas realizadas no difieren
significativamente entre ellas, pues todas se encuentran bajo un mismo rango. El cruce entre las
líneas de las diferentes pruebas se debe, principalmente, a los bajos coeficientes de variación
obtenidos (Ver ANEXO D).
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4.2.2. ESPONJE
La Figura 19 muestra el comportamiento de la masa después del esponje para las diferentes
pruebas realizadas.
Figura 19. Módulos elástico y viscoso de la masa después del esponje para las diferentes pruebas
Al igual que las gráficas de los módulos para las etapas anteriores, la Figura 19 presenta la misma
tendencia, con la diferencia de que la proporción entre el módulo viscoso y el elástico es un poco
más elevada, alcanzando valores próximos a 0.6. No obstante, a diferencia de la Figura 17, el
comportamiento de los módulos de las pruebas 1, 2 y 3 es semejante, pues los coeficientes de
variación obtenidos presentan pequeñas magnitudes (Ver ANEXO E).
Tal aumento en la proporción del módulo viscoso respecto al elástico puede ser explicado debido
al aumento en la acidez de la masa, pues este fenómeno afecta la resistencia a la elasticidad de la
masa. Dicho efecto genera que la masa sea menos elástica y por lo tanto, se esperaría ver un
aumento en el factor de pérdidas [6].
La Figura 20 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa después del esponje para las
diferentes pruebas realizadas.
Figura 20. Viscosidad de la masa después del esponje utilizando diferentes instrumentos de mezclado
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Al igual que en los casos anteriores, en la Figura 20 se puede ver que no hay una diferencia
significativa en las pruebas, pues todas ellas se encuentran en un mismo rango, lo cual se explica
por los bajos coeficientes de variación obtenidos, indicando la cercanía de los datos (Ver ANEXO
D).
4.2.3. REPOSO
La Figura 21 muestra el comportamiento de la masa después del reposo para las diferentes
pruebas realizadas.
Figura 21. Módulos elástico y viscoso de la masa después del reposo para las diferentes pruebas
En la Figura 21 se puede notar que, a diferencia de los módulos observados para las operaciones
de mezclado y esponje (Figura 17 y Figura 19), existe una similitud entre las pruebas 1, 2 y 3, tanto
en el módulo elástico, como en el viscoso. De igual manera, se observa una alta aproximación con
los valores obtenidos para las pruebas realizadas con pala y gancho. Lo anterior puede explicarse
con los coeficientes de variación obtenidos para todas las pruebas, los cuales presentan
magnitudes inferiores al 40% (Ver ANEXO E). Además, la proporción del módulo viscoso respecto
al elástico para todos los casos se encuentra alrededor de 0.5.
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La Figura 22 presenta el comportamiento de la viscosidad de la masa después del reposo para las
diferentes pruebas realizadas.
Figura 22. Viscosidad de la masa después del reposo utilizando diferentes instrumentos de mezclado
A partir de ella, se puede decir que las pruebas no son significativamente diferentes para la
viscosidad, pues se encuentran bajo un mismo rango. Además, es posible observar que a valores
pequeños de tasa de cizalla, las pruebas realizadas presentan un comportamiento similar,
mientras que a magnitudes cercanas a 10 s-1, los datos tienden a dispersarse un poco.
Una posible explicación a este suceso son los valores obtenidos para los coeficientes de variación,
los cuales son elevados para mayores magnitudes de tasa de cizalla (Ver ANEXO D). El aumento
del porcentaje de los coeficientes de variación conforme al incremento de la tasa de cizalla pudo
ocurrir por el deslizamiento de la masa al someterse a las pruebas en el reómetro.
4.2.4. LAMINADO
La Figura 23 muestra el comportamiento de la masa después del laminado para las diferentes
pruebas realizadas.
Figura 23. Módulos elástico y viscoso de la masa después del laminado para las diferentes pruebas
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Al igual que la Figura 21, la diferencia entre los módulos elástico y viscoso para las pruebas 1, 2 y 3
no es significativa, mientras que en pala y gancho se observa una variación considerable. Lo anterior
puede explicarse con los altos coeficientes de variación obtenidos para las pruebas de pala y gancho,
mientras que los de las pruebas 2 y 3 tienen valores inferiores al 10%, garantizando la cercanía de los
datos (Ver ANEXO E).
No obstante, a diferencia de las etapas de mezclado (Figura 17), esponje (Figura 19) y reposo (Figura
21), la proporción entre el módulo viscoso y el elástico disminuye a un valor 0.3, lo cual indica que la
masa tiende a comportarse como un sólido. Dicha disminución puede ser explicada por el empaste
que se realiza antes del laminado, que se utiliza para remover sobrantes de dióxido de carbono y de
forma homóloga repercute en el desarrollo del gluten, por lo que se rompen las estructuras largas del
gluten, generando que la viscosidad disminuya y la elasticidad aumente [6].
La Figura 24, la Figura 25 la Figura 26, la Figura 27 y la Figura 28 muestran la resistencia de la masa
en los recorridos 1 y 2 después del laminado para las diferentes pruebas realizadas. A partir de ellas,
es posible confirmar el comportamiento de la masa como un material viscoelástico, pues se observa
que la deformación que provoca el reómetro en la misma es contrarrestada parcialmente debido a
que no alcanza a llegar a cero nuevamente [9].
Por otro lado, se evidencia que el ensayo de fluencia para la prueba con pala de la Figura 27 no se
tomó correctamente. Al principio, la masa tiende a retomar su estado original, fenómeno que se
repite en las demás pruebas, sin embargo, vuelve a moverse hacia la posición donde el reómetro la
había desplazado inicialmente. Este hecho sólo puede ser explicado a partir de un error en la
programación del reómetro o la aplicación de alguna fuerza externa.
Figura 24. Ensayo de fluencia para la prueba 1
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Figura 25. Ensayo de fluencia para la prueba 2
Figura 26. Ensayo de fluencia para la prueba 3
Figura 27. Ensayo de fluencia para la prueba con pala
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Figura 28. Ensayo de fluencia para la prueba con gancho
4.2.5. HORNEADO
La Figura 29 y la Figura 30 muestran las variaciones obtenidas en las dimensiones de la galleta al
ser horneada.
Figura 29. Variación de las dimensiones de las galletas después del horneado
Figura 30. Variación del espesor de las galletas después del horneado
A partir de ellas, se puede afirmar que todas las pruebas, a excepción de la prueba 3, presentan una
mayor variación en el ancho que en el largo de la galleta. Además, el espesor aumentó, tal y como se
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esperaba, siendo la prueba de pala la que indica una mayor magnitud. Esta desigualdad en alteración
de las dimensiones de las galletas se puede explicarse con el perfil de temperaturas que debe tener el
horno Esco Isotherm®. En el ANEXO G se visualiza tal hecho, pues es evidente el cambio en la
coloración de la galleta, a pesar de ser introducida el mismo tiempo, en el mismo recipiente, pero con
ligeros cambios en su ubicación.
La Figura 31 muestra la humedad de las galletas después de horneadas, las cuales se encuentran en
el rango que indica la literatura, desde un 1% hasta un 4%. Además, se puede observar que la prueba
de pala es la que alcanza un mayor valor, mientras que las pruebas 1, 2 y 3 presentan magnitudes
próximas entre sí.
Figura 31. Humedad de las galletas después del horneado
La Figura 32 muestra la resistencia que oponen las galletas a quebrantarse. A partir de ella, se tiene
que la galleta con mayor oposición a fragmentarse es la de la prueba de pala, mientras que la de la
prueba 3 es la más frágil y las de las pruebas 1 y 2 tienen una magnitud similar.
Figura 32. Resistencia a la fuerza de las galletas después del horneado
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5. CONCLUSIONES Al revisar los comportamientos de las gráficas de viscosidad, se evidencia que esta variable no
presenta una diferencia significativa para las distintas velocidades de agitación utilizadas.
Igualmente, en las pruebas realizadas con diferentes instrumentos de mezclado como los
impellers de la batidora Dynasty HL-11007-A y los impellers impresos en la impresora 3D (Ver
Anexo A) no existe una variación considerable en la viscosidad para ninguna de las etapas del
proceso. Por tal razón, al revisar los comportamientos anteriores, es posible afirmar que el tipo
de mezclador y la velocidad de mezclado no influyen en la viscosidad de la masa de las diversas
operaciones del proceso.
Ahora bien, respecto al comportamiento de los módulos viscosos y elásticos, en la gran mayoría
de los casos no existe una tendencia para las pruebas y velocidades manejadas. Sin embargo, el
cálculo de la razón del módulo viscoso sobre el elástico, conocida como la tangente del factor de
pérdidas, demuestra que la masa en todos los casos presenta un comportamiento más cercano al
de un sólido que al de un líquido. Lo anterior ocurre debido a que la proporción calculada con la
Ecuación 1 tiene valores inferiores a 1. No obstante, al realizar el procedimiento completo de la
Figura 4, se obtuvo un leve aumento en el valor de la proporción en el esponje. Dicho incremento
pudo ser impulsado por el tiempo de fermentado que tiene la masa, pues las masas fermentadas conllevan a un aumento en la viscosidad de la mismas, lo cual puede repercutir en el posterior
manejo de la misma. Además, como se explicó anteriormente, este comportamiento se puede ver
relacionado con el aumento de la acidez al fermentarse.
En consecuencia, la información anterior confirma que el procedimiento puede llevarse a cabo
con cualquiera de las velocidades de agitación y a su vez, empleando alguno de los instrumentos
de mezclado. Sin embargo, por simplicidad del proceso, se recomienda utilizar el impeller de pala
o gancho de la batidora Dynasty HL-11007-A, los cuales alcanzaron los menores porcentajes para
los coeficientes de variación.
Por otro lado, durante la práctica se percibieron diferencias en cuanto a facilidad de formación de
la masa, dependiendo de la velocidad usada. Básicamente, tal desigualdad se reflejó en el tiempo
de generación de la masa. Por ejemplo, para las velocidades de 140 rpm y 150 rpm fueron
necesarios 5 minutos para formar una masa homogénea, mientras que las demás velocidades sólo
requirieron de 2 a 3 minutos. Este fenómeno sucede por la generación de gluteninas en el
mezclado, al ser grandes proteínas con puentes de disulfuro y de hidrógeno, el mezclado a altas
velocidades fracciona las cadenas o no permite la generación de las mismas. Por lo tanto, es
pertinente aclarar que las velocidades óptimas de mezclado son 110 rpm, 120 rpm y 130 rpm.
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6. TRABAJO FUTURO Ahora bien, la implementación del proceso de fabricación de galletas cracker en el laboratorio
utilizando la formulación de la empresa trajo consigo varias sugerencias que pueden mejorar la
calidad del trabajo a futuro. Al ser la primera vez que se realiza el proceso a tal escala, como
primera medida, se observó la importancia de mantener cubierta la parte inferior del impeller
impreso en la impresora 3D, de manera que se evitara el rodamiento del mismo a través del eje.
Sin embargo, es recomendable que el impeller se encuentre adherido al eje, ya sea construyendo
un modelo del mismo en AutoDesk Inventor®, o aprovechando el accesorio de la parte lateral de
la batidora Kitchenaid KSM15ER.
De igual forma, un factor que puede afectar significativamente la reproducibilidad del proceso es
el recipiente de mezclado. En este caso, se empleó un beaker plástico de 2000 mL, no obstante, al
llevar a cabo el mezclado de la masa, el recipiente se movía considerablemente y por tanto, era
indispensable el uso manual para sostenerlo. En búsqueda de alcanzar mejores resultados, es
aconsejable utilizar las batidoras disponibles en el laboratorio, pues el bowl tiene un soporte que
evita su movimiento. Por consiguiente, el instrumento de mezclado tendría que ajustarse al eje de
la batidora.
En cuanto al uso de equipos para la toma de datos, es conveniente precisar el uso de la superficie
corrugada que evita el deslizamiento de la masa y a su vez, una superficie que impida el contacto
de la masa con el ambiente exterior, el cual puede secarla y alterar su comportamiento. Además,
es pertinente la realización de múltiples experimentos, con el fin de refrendar los datos y por ende,
garantizar con certeza que el proceso es replicable. Aunque algunos coeficientes de variación de
las pruebas desarrolladas son bajos (Ver ANEXOs B, C, D y E), lo anterior puede ser coincidencia,
pues únicamente se tomó una réplica de cada muestra.
Ahora, es apropiado aclarar que en la última etapa del laminado el grosor de la masa debe estar
entre unos 3 y 4 mm, tal y como se mencionó previamente en el inciso 1.3.4, a diferencia del
proceso realizado en el laboratorio, que alcanzaba los 0.25mm. Lo anterior pudo haber generado
alteraciones en cuanto a los resultados obtenidos para las pruebas realizadas después del
horneado. Finalmente, al hacer uso de los grosores adecuados, se debe analizar si existe una
diferencia significativa si las galletas son horneadas en un horno continuo, el cual es comúnmente
manejado en la industria.
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REFERENCIAS
[1] P. Hosafci, «Biscuits and Snack Bars: Trends, Prospects and Competitive Landscape,»
Euromonitor International, 2015.
[2] «Biscuits and Snack Bars in Colombia,» Euromonitor International, 2015.
[3] L. C. Doescher y R. C. Hoseney, «Saltine Crackers: Changes in Cracker Sponge Rheology and
Modification of a Cracker-Baking Procedure,» Cereal Chemistry, 1984.
[4] M. N. Mihalos, «Cracker Processing-Biscuit Technology,» Mondelez Global LLC, New Jersey,
2014.
[5] D. Manley, Biscuit, cookie and cracker manufacturing manuals, Woodhead Publishing, 1998.
[6] E. J. Pyler y L. A. Gorton, Baking Science and Technology, vol. 1, Kansas City: Sosland
Publishing Co., 2008.
[7] K. Preston, W. Woodbury y V. Bendelow, «The effects of gliadin fractions of varying molecular
weight on the mixing properties of a synthetic-dough system,» American association of cereal
chemists, 1975.
[8] C. W. Macosko, RHEOLOGY: Principles, Measurements and Applications, New York: Wiley-
VCH, 1994.
[9] G. Tabilo-Munizaga y G. V. Barbosa-Cánovas, «Rheology for the food industry,» Journal of the
food engineering, p. 150, 2005.
[10] G. Tabilo-Munizaga y G. V. Barbosa-Cánovas, «Rheology for the food industry,» Journal of Food
Engineering, 2005.
[11] Z. Hamauzu, K. Khan y W. Bushuk, «Studies of glutenin. XIV. Gel filtration and sodium dodecyl
sulfate electrophoresis of glutenin solubilized in sodium stearate.,» The american association
of cereal chemists, pp. 513-516, 1979.
[12] S. P. Cauvain y L. S. Young, Baked Products, United Kingdom: Blackwell Publishing, 2006.
[13] Ó. A. Álvarez Solano, «Introducción a la reología. Notas de clase,» Universidad de los Andes,
Bogotá, Colombia, 2015.
[14] D. Manley, Biscuit, cracker and cookie recipes for the food industry. Third Edition, Boca Raton:
Woodhead Publishing, 2001.
[15] D. E. Rogers y R. C. Hoseney, «Effects of Fermentation in Saltine Cracker Production,» Cereal
Chemistry, 1988.
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ANEXOS
ANEXO A. Instrumentos y equipos utilizados en el proceso de fabricación de galletas
cracker Tabla A. 1. Modelos de impeller diseñados en AutoDesk Inventor® para el proceso de mezclado
Modelos de impeller diseñados en AutoDesk Inventor® para el proceso de mezclado, utilizando la formulación de la empresa
Figura A. 1 Diseño impeller modelo sigma
Figura A. 2 Diseño impeller modelo L
Figura A. 3 Diseño impeller modelo N
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ANEXO B. Coeficientes de variación para la viscosidad a diferentes tasas de cizalla en la primera etapa del proceso
Mezclado 1 Tabla B. 1. Coeficientes de variación para la viscosidad en el mezclado 1 durante la primera etapa del proceso
Esponje Tabla B. 2. Coeficientes de variación para la viscosidad en el esponje durante la primera etapa del proceso
Reposo Tabla B. 3. Coeficientes de variación para la viscosidad en el reposo durante la primera etapa del proceso
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 11% 92% 20% 2% 4% 59% 84% 6% 22% 23% 39% 3% 5% 72% 28%
0.16 15% 84% 32% 5% 3% 57% 73% 1% 28% 18% 34% 5% 12% 74% 25%
0.25 16% 77% 28% 15% 6% 61% 67% 5% 29% 11% 30% 7% 27% 63% 27%
0.40 17% 69% 19% 16% 3% 60% 69% 4% 11% 19% 36% 1% 34% 57% 35%
0.63 8% 53% 29% 20% 0% 48% 69% 3% 18% 12% 18% 8% 43% 57% 23%
1.00 11% 34% 11% 17% 3% 27% 60% 9% 14% 34% 15% 11% 39% 46% 2%
1.59 13% 6% 9% 30% 37% 34% 55% 2% 3% 38% 36% 43% 45% 35% 2%
2.51 16% 24% 8% 50% 65% 35% 48% 14% 5% 43% 31% 70% 51% 35% 7%
3.98 12% 38% 20% 34% 62% 13% 43% 21% 21% 53% 4% 77% 77% 22% 0%
6.31 33% 51% 17% 18% 80% 73% 76% 5% 68% 63% 8% 88% 81% 11% 14%
10.00 17% 66% 1% 27% 82% 115% 108% 9% 68% 76% 14% 91% 66% 11% 46%
Coeficiente de variación - Viscosidad
Tasa de Cizalla (1/s) 110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
Mezclado
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 11% 65% 58% 2% 4% 59% 58% 16% 8% 6% 44% 70% 30% 101% 48%
0.16 15% 72% 28% 5% 3% 57% 54% 12% 10% 3% 45% 57% 41% 103% 31%
0.25 10% 60% 15% 15% 6% 61% 52% 11% 8% 9% 46% 49% 43% 90% 36%
0.40 17% 71% 24% 16% 3% 60% 45% 23% 12% 8% 51% 25% 32% 77% 41%
0.63 17% 72% 45% 20% 0% 48% 45% 11% 3% 3% 57% 20% 54% 40% 34%
1.00 29% 87% 40% 17% 3% 27% 20% 9% 34% 1% 57% 19% 46% 41% 24%
1.59 30% 84% 38% 30% 37% 34% 51% 20% 56% 8% 53% 0% 58% 36% 29%
2.51 36% 108% 28% 50% 65% 35% 51% 20% 34% 36% 46% 8% 69% 46% 27%
3.98 54% 112% 45% 34% 62% 13% 29% 30% 20% 78% 15% 21% 90% 35% 30%
6.31 65% 97% 39% 18% 80% 73% 95% 32% 38% 90% 23% 29% 84% 0% 30%
10.00 72% 74% 47% 27% 82% 115% 99% 38% 44% 84% 28% 29% 24% 14% 21%
Coeficiente de variación - Viscosidad
Tasa de Cizalla (1/s)
Esponje
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 57% 57% 41% 77% 58% 20% 43% 2% 16% 17% 16% 19% 14% 53% 38%
0.16 53% 36% 41% 83% 62% 25% 40% 8% 24% 12% 13% 14% 9% 51% 45%
0.25 49% 41% 40% 76% 66% 20% 37% 10% 10% 11% 12% 15% 3% 53% 40%
0.40 38% 28% 48% 75% 57% 7% 49% 20% 20% 4% 14% 14% 1% 53% 35%
0.63 29% 24% 24% 83% 60% 26% 49% 19% 23% 25% 16% 20% 7% 37% 26%
1.00 32% 24% 1% 85% 69% 27% 45% 27% 25% 15% 10% 10% 2% 21% 3%
1.59 32% 25% 15% 76% 87% 27% 54% 35% 42% 15% 34% 5% 2% 11% 28%
2.51 24% 23% 11% 72% 79% 43% 49% 24% 74% 10% 68% 22% 3% 12% 45%
3.98 26% 36% 17% 42% 55% 88% 32% 15% 76% 8% 86% 24% 27% 28% 64%
6.31 40% 50% 51% 5% 12% 110% 22% 31% 2% 61% 116% 41% 76% 36% 106%
10.00 35% 100% 101% 95% 69% 136% 1% 67% 119% 15% 130% 90% 102% 10% 133%
Coeficiente de variación - Viscosidad
Tasa de Cizalla (1/s)
Reposo
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
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ANEXO C. Coeficientes de variación para los módulos elástico y viscoso a diferentes velocidades de agitación en la primera etapa del proceso
Mezclado 1 Tabla C. 1. Coeficientes de variación para el módulo elástico en el mezclado 1 durante la primera etapa del proceso
Tabla C. 2. Coeficientes de variación para el módulo viscoso en el mezclado 1 durante la primera etapa del proceso
Esponje Tabla C. 3. Coeficientes de variación para el módulo elástico en el esponje durante la primera etapa del proceso
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 46% 116% 105% 3% 3% 42% 137% 55% 52% 45% 13% 115% 4% 19% 6%
0.16 69% 121% 110% 15% 6% 72% 138% 19% 46% 59% 21% 125% 17% 3% 23%
0.25 78% 123% 112% 13% 10% 86% 139% 32% 36% 62% 22% 126% 23% 22% 29%
0.40 82% 124% 114% 14% 12% 93% 139% 11% 42% 65% 25% 129% 27% 31% 34%
0.63 82% 124% 114% 13% 14% 95% 139% 8% 44% 66% 26% 129% 31% 35% 36%
1.00 82% 124% 114% 13% 15% 97% 139% 2% 48% 67% 28% 130% 31% 36% 38%
1.59 81% 124% 112% 17% 16% 98% 139% 1% 57% 67% 28% 131% 33% 37% 40%
2.51 81% 124% 112% 16% 16% 98% 139% 4% 59% 68% 29% 131% 36% 37% 41%
3.98 80% 124% 112% 17% 16% 97% 139% 11% 61% 68% 30% 132% 36% 37% 42%
6.31 80% 123% 113% 17% 18% 97% 139% 9% 62% 68% 30% 131% 38% 36% 42%
10.00 78% 122% 110% 15% 17% 97% 139% 6% 63% 68% 31% 128% 34% 34% 42%
Coeficiente de variación - Módulo elástico
Frecuencia angular
(rad/s)
Mezclado
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 42% 119% 95% 14% 10% 55% 137% 4% 31% 53% 20% 115% 7% 18% 21%
0.16 65% 123% 105% 18% 15% 86% 139% 14% 33% 70% 29% 126% 36% 8% 41%
0.25 76% 125% 107% 25% 18% 98% 139% 28% 35% 71% 31% 128% 40% 32% 44%
0.40 77% 125% 111% 31% 23% 103% 139% 6% 37% 73% 33% 131% 41% 41% 49%
0.63 76% 126% 111% 26% 25% 105% 139% 52% 42% 74% 35% 131% 46% 46% 50%
1.00 77% 126% 112% 35% 25% 105% 139% 11% 44% 75% 39% 132% 41% 47% 51%
1.59 73% 125% 111% 33% 27% 106% 139% 22% 57% 72% 37% 133% 43% 47% 52%
2.51 73% 125% 110% 31% 27% 105% 139% 28% 57% 73% 37% 133% 45% 46% 52%
3.98 70% 124% 110% 27% 26% 104% 139% 16% 58% 73% 39% 133% 44% 46% 51%
6.31 70% 123% 109% 19% 27% 103% 139% 14% 58% 73% 39% 132% 45% 44% 51%
10.00 67% 122% 107% 15% 26% 102% 138% 8% 59% 72% 39% 131% 40% 41% 50%
Coeficiente de variación - Módulo viscoso
Frecuencia angular
(rad/s)
Mezclado
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 45% 11% 133% 60% 10% 75% 50% 37% 27% 61% 37% 127% 31% 122% 118%
0.16 101% 126% 126% 50% 6% 54% 93% 75% 29% 90% 28% 129% 91% 5% 130%
0.25 99% 105% 118% 47% 6% 40% 91% 96% 30% 98% 11% 126% 99% 33% 133%
0.40 93% 95% 111% 36% 8% 52% 97% 101% 29% 99% 9% 127% 96% 6% 126%
0.63 90% 46% 101% 31% 8% 23% 100% 112% 27% 100% 6% 124% 94% 2% 128%
1.00 91% 109% 103% 24% 1% 3% 98% 8% 23% 99% 2% 122% 94% 2% 136%
1.59 91% 96% 90% 13% 8% 19% 98% 123% 22% 99% 2% 120% 93% 1% 120%
2.51 95% 3% 82% 4% 13% 20% 96% 115% 21% 98% 2% 118% 93% 5% 124%
3.98 95% 3% 77% 4% 15% 24% 97% 76% 21% 96% 1% 118% 94% 5% 122%
6.31 94% 23% 74% 11% 0% 37% 96% 99% 18% 93% 2% 116% 94% 9% 120%
10.00 92% 34% 67% 9% 1% 10% 96% 95% 15% 91% 1% 114% 95% 7% 118%
Coeficiente de variación - Módulo elástico
Frecuencia angular
(rad/s)
Esponje
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
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Tabla C. 4. Coeficientes de variación para el módulo viscoso en el esponje durante la primera etapa del proceso
Reposo Tabla C. 5. Coeficientes de variación para el módulo elástico en reposo durante la primera etapa del proceso
Tabla C. 6. Coeficientes de variación para el módulo viscoso en reposo durante la primera etapa del proceso
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 48% 61% 121% 37% 13% 135% 44% 137% 31% 52% 56% 117% 14% 104% 134%
0.16 96% 74% 111% 115% 12% 49% 88% 159% 25% 81% 37% 117% 77% 17% 73%
0.25 97% 12% 101% 125% 16% 130% 89% 141% 33% 89% 19% 113% 82% 6% 67%
0.40 93% 62% 98% 125% 18% 113% 93% 73% 33% 89% 18% 111% 80% 20% 130%
0.63 90% 54% 83% 126% 21% 112% 97% 121% 31% 88% 5% 107% 80% 2% 106%
1.00 88% 73% 86% 127% 17% 119% 96% 392% 24% 88% 10% 106% 81% 26% 126%
1.59 87% 24% 78% 126% 18% 104% 96% 65% 22% 85% 9% 104% 81% 23% 123%
2.51 90% 72% 73% 127% 18% 111% 94% 123% 20% 83% 8% 101% 82% 0% 107%
3.98 88% 6% 70% 126% 16% 108% 94% 90% 20% 81% 11% 101% 83% 6% 104%
6.31 86% 23% 68% 126% 13% 107% 92% 77% 18% 78% 11% 99% 83% 4% 104%
10.00 83% 17% 66% 124% 12% 105% 91% 79% 16% 75% 9% 96% 84% 7% 102%
Coeficiente de variación - Módulo viscoso
Frecuencia angular
(rad/s)
Esponje
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 64% 46% 43% 50% 54% 66% 86% 23% 19% 79% 37% 101% 11% 63% 115%
0.16 102% 44% 76% 20% 63% 112% 79% 15% 13% 102% 23% 101% 21% 24% 35%
0.25 108% 49% 84% 95% 66% 98% 68% 72% 16% 104% 22% 90% 37% 37% 66%
0.40 110% 47% 79% 22% 66% 132% 63% 77% 16% 106% 25% 85% 34% 41% 70%
0.63 109% 48% 78% 43% 68% 136% 59% 56% 14% 105% 26% 80% 41% 44% 71%
1.00 109% 46% 76% 134% 68% 97% 54% 0% 15% 104% 26% 79% 44% 43% 74%
1.59 109% 43% 74% 30% 68% 32% 125% 24% 15% 103% 29% 78% 45% 43% 73%
2.51 109% 40% 73% 11% 68% 100% 123% 35% 17% 101% 30% 76% 47% 41% 74%
3.98 107% 39% 71% 31% 68% 79% 121% 44% 18% 99% 29% 75% 46% 39% 76%
6.31 107% 36% 67% 58% 68% 83% 117% 45% 16% 96% 28% 69% 47% 37% 74%
10.00 106% 35% 64% 63% 69% 82% 111% 51% 15% 93% 31% 69% 46% 34% 73%
Coeficiente de variación - Módulo elástico
Frecuencia angular
(rad/s)
Reposo
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 69% 28% 37% 1% 52% 128% 85% 86% 8% 71% 12% 84% 2% 53% 14%
0.16 95% 29% 57% 6% 63% 81% 77% 91% 8% 93% 38% 74% 27% 2% 17%
0.25 100% 32% 63% 96% 65% 135% 69% 46% 6% 96% 27% 68% 34% 14% 43%
0.40 98% 37% 59% 106% 67% 135% 64% 22% 12% 97% 23% 65% 33% 15% 29%
0.63 98% 35% 56% 18% 67% 39% 60% 91% 6% 95% 26% 60% 42% 17% 48%
1.00 99% 31% 52% 1% 66% 126% 55% 98% 7% 92% 27% 55% 44% 16% 38%
1.59 97% 32% 51% 5% 67% 133% 119% 26% 11% 90% 24% 58% 44% 13% 52%
2.51 96% 30% 49% 100% 67% 53% 117% 57% 13% 87% 24% 56% 45% 11% 38%
3.98 97% 26% 46% 40% 66% 39% 116% 40% 12% 85% 24% 54% 45% 9% 26%
6.31 97% 23% 43% 50% 66% 51% 111% 45% 10% 81% 23% 51% 44% 6% 39%
10.00 95% 23% 39% 30% 65% 61% 105% 32% 10% 79% 24% 53% 42% 4% 32%
Coeficiente de variación - Módulo viscoso
Frecuencia angular
(rad/s)
Reposo
110rpm 120rpm 130rpm 140rpm 150rpm
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ANEXO D. Coeficientes de variación para la viscosidad a diferentes tasas de cizalla para todo el proceso, comparando con el proceso desarrollado simultáneamente
Mezclado 1 Tabla D. 1. Coeficientes de variación para la viscosidad para todo el proceso en el mezclado 1
Esponje Tabla D. 2. Coeficientes de variación para la viscosidad para todo el proceso en el esponje
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 53% 30% 26% 4% 47%
0.16 32% 27% 22% 5% 41%
0.25 33% 17% 19% 5% 29%
0.40 49% 7% 20% 6% 27%
0.63 60% 0% 20% 8% 29%
1.00 47% 11% 4% 14% 67%
1.59 62% 4% 8% 25% 75%
2.51 56% 5% 20% 13% 84%
3.98 51% 5% 15% 20% 89%
6.31 59% 12% 5% 31% 77%
10.00 62% 36% 2% 43% 74%
Coeficiente de variación - Viscosidad
Tasa de Cizalla (1/s)
Mezclado
130rpmGanchoPala
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 10% 28% 6% 13% 71%
0.16 17% 22% 7% 20% 74%
0.25 15% 21% 5% 20% 72%
0.40 21% 21% 5% 19% 67%
0.63 22% 27% 0% 22% 50%
1.00 18% 27% 14% 22% 40%
1.59 18% 24% 35% 25% 31%
2.51 12% 28% 67% 37% 25%
3.98 11% 26% 79% 24% 44%
6.31 22% 25% 81% 4% 36%
10.00 22% 51% 64% 18% 54%
Coeficiente de variación - Viscosidad
Tasa de Cizalla (1/s)
Esponje
130rpmPala Gancho
Página 40 de 56
Reposo Tabla D. 3. Coeficientes de variación para la viscosidad para todo el proceso en reposo
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 12% 9% 20% 5% 8%
0.16 10% 11% 31% 8% 9%
0.25 12% 6% 28% 5% 12%
0.40 17% 2% 24% 2% 14%
0.63 15% 5% 23% 1% 4%
1.00 11% 3% 28% 6% 5%
1.59 19% 4% 7% 3% 3%
2.51 9% 13% 9% 3% 11%
3.98 15% 20% 56% 0% 34%
6.31 34% 19% 88% 16% 55%
10.00 108% 38% 114% 85% 134%
Coeficiente de variación - Viscosidad
Tasa de Cizalla (1/s)
Reposo
130rpmPala Gancho
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ANEXO E. Coeficientes de variación para los módulos elástico y viscoso a diferentes velocidades de agitación para todo el proceso, comparando con el proceso desarrollado
simultáneamente
Mezclado Tabla E. 1. Coeficientes de variación para el módulo elástico para todo el proceso en el mezclado 1
Tabla E. 2. Coeficientes de variación para el módulo viscoso para todo el proceso en el mezclado 1
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 21% 5% 7% 8% 44%
0.13 34% 58% 13% 28% 53%
0.16 45% 89% 24% 10% 53%
0.20 59% 103% 32% 12% 54%
0.25 72% 109% 38% 14% 54%
0.32 78% 114% 41% 13% 54%
0.40 86% 116% 46% 12% 53%
0.50 90% 118% 50% 12% 53%
0.63 92% 118% 52% 8% 51%
0.79 94% 119% 54% 6% 51%
1.00 94% 119% 56% 6% 52%
Coeficiente de variación - Módulo elástico
Frecuencia angular (rad/s)
Mezclado
130rpmPala Gancho
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 6% 10% 0% 13% 36%
0.13 25% 65% 25% 24% 54%
0.16 42% 92% 35% 11% 56%
0.20 60% 100% 42% 13% 52%
0.25 75% 104% 46% 18% 49%
0.32 80% 110% 49% 13% 49%
0.40 87% 113% 54% 10% 52%
0.50 90% 112% 57% 11% 50%
0.63 92% 111% 61% 8% 48%
0.79 93% 112% 63% 6% 49%
1.00 93% 113% 66% 6% 50%
Coeficiente de variación - Módulo viscoso
Frecuencia angular (rad/s)
Mezclado
130rpmPala Gancho
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Esponje Tabla E. 3. Coeficientes de variación para el módulo elástico para todo el proceso en el esponje
Tabla E. 4. Coeficientes de variación para el módulo viscoso para todo el proceso en el esponje
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 15% 20% 39% 16% 88%
0.13 13% 26% 43% 18% 89%
0.16 15% 31% 42% 17% 92%
0.20 15% 37% 40% 15% 103%
0.25 11% 40% 42% 20% 104%
0.32 4% 41% 42% 15% 108%
0.40 4% 45% 35% 14% 110%
0.50 1% 55% 29% 12% 113%
0.63 1% 59% 19% 11% 115%
0.79 4% 63% 20% 12% 118%
1.00 7% 71% 22% 5% 119%
Coeficiente de variación - Módulo elástico
Frecuencia angular (rad/s)
Esponje
130rpmPala Gancho
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 17% 22% 34% 17% 78%
0.13 13% 31% 40% 17% 95%
0.16 13% 39% 37% 16% 93%
0.20 13% 43% 36% 17% 102%
0.25 10% 43% 37% 20% 102%
0.32 2% 45% 34% 14% 106%
0.40 2% 47% 27% 13% 108%
0.50 1% 58% 23% 11% 110%
0.63 3% 56% 11% 8% 114%
0.79 7% 59% 13% 9% 115%
1.00 11% 65% 13% 5% 116%
Coeficiente de variación - Módulo viscoso
Frecuencia angular (rad/s)
Esponje
130rpmPala Gancho
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Reposo Tabla E. 5. Coeficientes de variación para el módulo elástico para todo el proceso en reposo
Tabla E. 6. Coeficientes de variación para el módulo viscoso para todo el proceso en reposo
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 20% 4% 0% 74% 6%
0.13 32% 15% 17% 8% 20%
0.16 37% 22% 22% 13% 19%
0.20 39% 27% 25% 9% 21%
0.25 40% 30% 25% 13% 20%
0.32 39% 30% 29% 16% 23%
0.40 39% 31% 30% 11% 22%
0.50 40% 33% 32% 12% 25%
0.63 40% 33% 34% 14% 25%
0.79 40% 35% 36% 13% 27%
1.00 39% 36% 40% 14% 28%
Coeficiente de variación - Módulo elástico
Frecuencia angular (rad/s)
Reposo
130rpmPala Gancho
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 16% 2% 5% 19% 39%
0.13 30% 15% 8% 53% 44%
0.16 32% 19% 12% 7% 22%
0.20 34% 22% 15% 1% 32%
0.25 32% 24% 15% 21% 27%
0.32 29% 23% 19% 6% 26%
0.40 27% 23% 21% 9% 24%
0.50 25% 22% 19% 10% 26%
0.63 25% 21% 20% 12% 25%
0.79 22% 22% 23% 11% 27%
1.00 20% 22% 24% 12% 29%
Coeficiente de variación - Módulo viscoso
Frecuencia angular (rad/s)
Reposo
130rpmPala Gancho
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Laminado Tabla E. 7. Coeficientes de variación para el módulo elástico para todo el proceso en el laminado
Tabla E. 8. Coeficientes de variación para el módulo viscoso para todo el proceso en el laminado
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 60% 6% 1% 73% 23%
0.13 63% 9% 3% 67% 23%
0.16 63% 8% 1% 66% 22%
0.20 62% 8% 1% 63% 22%
0.25 63% 8% 0% 62% 22%
0.32 61% 6% 1% 58% 20%
0.40 61% 6% 2% 57% 20%
0.50 60% 5% 2% 55% 20%
0.63 60% 5% 2% 53% 19%
0.79 60% 4% 3% 52% 18%
1.00 59% 4% 3% 51% 18%
Coeficiente de variación - Módulo elástico
Frecuencia angular (rad/s)
Reposo
130rpmPala Gancho
Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3
0.10 50% 1% 22% 69% 28%
0.13 54% 7% 8% 66% 17%
0.16 53% 7% 7% 61% 19%
0.20 54% 5% 6% 59% 18%
0.25 49% 7% 6% 57% 17%
0.32 51% 6% 4% 54% 17%
0.40 50% 6% 3% 54% 16%
0.50 51% 6% 1% 53% 17%
0.63 49% 5% 2% 51% 17%
0.79 49% 5% 0% 51% 17%
1.00 49% 3% 1% 51% 17%
Coeficiente de variación - Módulo viscoso
Frecuencia angular (rad/s)
Reposo
130rpmPala Gancho
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ANEXO F. Diseño de experimentos para la primera parte del proceso A continuación se pueden ver los resultados de normalidad, homocedasticidad y las pruebas de Tukey
para los datos de la primera parte, transformados mediante la ecuación de Box-Cox, con ayuda del
programa Minitab®:
Mezclado
Figura F. 1. Transformada de Box-Cox para el mezclado
Figura F. 2. Prueba de normalidad para el mezclado
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En este caso, se utilizó una significancia del 1%. Debido a esto, se puede decir que los residuos tienen
un comportamiento normal, pues su valor P es de 0.021.
Figura F. 3. Test de homocedasticidad para el factor Pruebas en el mezclado
Figura F. 4. Test de homocedasticidad para el factor Velocidad (rpm) en el mezclado
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Figura F. 5. Test de homocedasticitdad para el factor Tasa de Cizalla (rad/s) en el mezclado
Como se puede ver en los test de homocedasticidad, todos los intervalos se sobreponen, por lo que
cumplen con este test.
Figura F. 6. Test de Tukey para el mezclado y el factor Pruebas
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Figura F. 7. Test de Tukey para el mezclado y el factor Velocidad (rpm)
Esponje
Figura F. 8. Transformada de Box-Cox para el esponje1
1 El λ óptimo obtenido tiene un valor de -0.0005.
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Figura F. 9. Prueba de normalidad para el esponje
En este caso, se utilizó una significancia del 5%. Por lo tanto, se puede decir que los residuos tienen
un comportamiento normal, pues su valor P es de 0.07.
Figura F. 10. Test de homocedasticidad para el factor Pruebas en el esponje
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Figura F. 11. Test de homocedasticidad para el factor Velocidad (rpm) en el esponje
Figura F. 12. Test de homocedasticidad para el factor Tasa de Cizalla (1/s) en el esponje
Como se puede ver en los test de homocedasticidad, todos los intervalos se sobreponen. Por lo tanto,
se cumple con esta prueba.
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Figura F. 13. Test de Tukey para el esponje y el factor Pruebas
Figura F. 14. Test de Tukey para el esponje y el factor Velocidad (rpm)
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Reposo
Figura F. 15. Transformada de Box-Cox para el reposo
Figura F. 16. Prueba de normalidad para el reposo
En este caso, al igual que en el esponje, se utilizó una significancia de 5%. Por lo tanto, se puede decir
que los residuos se comportan normalmente, pues tienen un valor P de 0.147.
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Figura F. 17. Test de homocedasticidad para el factor Pruebas en el reposo
Figura F. 18. Test de homocedasticidad para el factor Velocidad (rpm) en el reposo
Página 54 de 56
Figura F. 19. Test de homocedasticidad para el factor Tasa de Cizalla (1/s) en el reposo
Como se puede ver en los test de homocedasticidad, todos los intervalos se sobreponen. Por lo tanto,
se cumple esta prueba.
Figura F. 20. Test de Tukey para el reposo y el factor Pruebas
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Figura F. 21 Test de tukey para el reposo y el factor Velocidad (rpm)
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ANEXO G. Aspecto de las galletas después del horneado
Figura G. 1. Coloración de las galletas de algunas pruebas después del horneado
Figura G. 2. Coloración de las galletas de algunas pruebas después del horneado