i'* . .*
b S a i i U i i h l p
UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA
EXPEDIENTE DE SERVICIO SOCIAL
CONTESTAR CON ~AQUINA DE ESCRIBIR
I
I
FIRMA DEL PReSTADOR DEL FIRMA DE APROBACIÓN DE LAUNIDAD UlAPALAPA
México
D.F.a
14de
juniode
1999
M. en
C.
Consuelo Díaz T o mCoordiiudora
de la
oficinade docencia
y
atencióna
alumnosUnMrsidd Autónoma Metropolitana Unidad Iztrpalripa
Dn.
Muín José ArroyoP
-Dirsoton
de
la Divisiónde
Ciencias Básicase
ingenieríaUn¡-
Autbnoma MetropolitensUnidad
IztipalrpaU * I W 1 z I A M P A
Irv. Mchasch y b Purhiinia, Col. Vicantina, Inapalapa, D.F. 09340. Til? 724-48-00 Tblofax: 16) 888-8948 Telex UAMME 176496
INFORME
FINAL
DEL SERVICIO SOCIAL1 DATOS DEL PRESTADOR
/Nombre: Octavio
sánck
River0Matrícula:
92323601Area de concentración:
J Licenciatura: ingenieria Química
Desarrollo y diseiio de procesos
2 LUGAR Y PERIODO DE REALUACION
Umversidad Autónoma Metropolitana Umdad Iztapalapa
Departanimito de Procesos e Hidraiilica
,/
Divisiónde
Ciencias Básicas e Ingeniería Area de IngenieríaQuimica
/
Dd
1 denoviembrede1!398ai31 demayode19991
3
NOMBRE
DEL PROYECTO4 ASESOR
RESPONSABLE
-..-- ~ ~ . . ~~ ..
5 INTRODUCCION
En
la
naturaleza existen dispersiones coloidalesconstituidas
por dos fases inmiscibles, estas puedenser
líquido-líquido o líquido-sólido, las primeras se denominan emulsiones ylas
segundas suspensionesLas
emulsiones sencillas son sistemas que constan de dosfases
inmiscibles, como agua y zdte,una
de las fases es continua(fase continua)
y la otrafese
se encuentradispersa
(fsse
dispersa) en forman de pequeñas gotas dentro de la primera Como todo sistema heterogéneodisperso una
emuisión es un sistema termodimimico inestable, debido a que tieneuna
alta energía libre asociada con su gran área interfacial Para poder disminuir dicha energía hay que disminuir el área ~nterfacal lo cual se logra cuando lacantidad
de gotas de la fase dispersa es mínimaCuando se preparan emulsiones donde se desea mantener
la
dispersión de una fase dentro de la otra durante largo tiempo, es necesario introducir dentro del sistema un tercer componente, denominado agente tuisoaCtivo que es un componente quereduce
la tensión interfacial y actúa como estabilkador neu- las distintas fuenas denatumieza química
o
mecánica que tienden a desestabilizar la emulsión.\
Las
emuisiones repmentan productos de vital importancia en las industrias pstroquíniica seandada, farmacáitica y cosmética, debido a que presentan grades Mitajasen
sus propiedades de flujo, textura, dispembíídad, absorción y estabüidad con respecto a las mismas propiedades de los componentes que lapcoiietihiyai.
Apesiir de que termodui8mi ' 'camcnte son sistemas inestables y complicados
se
pwds afirmar que existe una gran atidad de litsr;mrra cientiña que
nos
permite elhrmuiar,
obtener, caractaizar y utilizar las emulsionessencü&s
deuna
manera
racional.
Sin
embargo, reciatmente ha surgido un interés my marcadopor las
d s i o n e snuütiph acerca de las
cuales
solo existe informaciónesoasa
e imprecisa donde los agentm emulsifioantes utiiizados son compuestos de bajopeso
molecuiar y únicameateen aplidoncs en
la
industriafannaccutica
Las
mailsiaies múitiples o dobles estánhnmuhs
por trtsfsses
c u p
w m b i ~ ~ ¡ wpueda^ w agua en
acate
en agua(W/O/W)
y d een
agua a aceite (O/W/O),d
*tipo de amilsión
se
consideracomo
emulsión detipo
aceite en agua y el segundocomo
en aceite., en cadauna deellas
la frise dispersa contiene a suvez
p c q ~gousde
fisc
oontllaia
dispasa enla
primeru.Estc
tipo de Sistemas ha sido observadodesde
Prinapios
de
sigio, sin embargo el problema que. se tiene desde e n t o m c9 SUmst&Md,
es
asícomo las
estudios recientes se ewniantran enfocados a detumtm.
d
olor
&tares que provocan su inestabii entre los que se emmtran los siguientes:a) CoJe3wwrp
.
delas
gotaa dela
emulsióninterna
b) CoJaaeaoU
+
&iasgotasdelaemuisiónmúitipleLa
descencia es el término que seutiliza
para refairse ai fenómeno que comsponde a la fusión delas
gotas de la fasedispersa
para formar gotas de mayor tam&.Tipo de
emulsión
SencillaFase dispersa Fase continua Denominación
Aceite Asua Aceite en agua
Agua Aceite Agua en aceite
( O W
Multiple
6 OBJETiVOS
WIO ABua Agua en aceite en
Aceite &teenaguaen O/W
agua
(w
/o/w)
aceite (O/w/O)
Para
esteservicio social se fijaron los siguientes objetivos:-
Formular emuisiones mriltiples.-
-
Determimu el comportamiento de flujo en eltiempo
de
d s i o n c s múltiples. Determinar el cambio de la distribución delglóbulo
en eltiempo
de laemulsión
múltiple.Detaminar
d
tamaiT0 promedio del glóbuloen
eltiempo
de la emulsióninterna.
Determinar la cinética de coalesctm~ de los globuios.-
-
Se formularon cuatro d s imúltiples ~ del tipo WIOIW; en dos de
ellas
la
emulsiónuitaar
( h edispsraa
dela
d s i 6 nniúltipls)
estaba compuesta poruna
reiacibnde
30% aguaen ~ W O
aceite y éstase
dispasabaen
la
fapecontiiiiia
de la
emulsión múitiple muna miación
de
300? en 700’0, ambasreiaciones
sonen
bue
alpeso,
ias dos
emulsioncstadin wctllll~nte
la misma
hmudsción a exoepCión de queen
una se uth5 goma demequite
y
la
otra goma arábigacomo
agenteeatrbitisante
;en
les
otras dos dsiones múltiplesla
fape dispersa sstaba compu«rtapor
una relaciónW?
agur y 500/. aceite, que se dispersó al igual que las muestras antmiomen
una
relación de 30?? m 7Wi, nuevamente enuna
se utiliz6 goma d i g a enuna y
en
la otra soma de..
-=Pite.
Sc
anpiearonles
siguientes
d a sprimas: aceite de girasol, agua desionisada, l0srl)enteSt- * s polisorbac 40y
srbac 80, losconsavadores
ácido cítrico ybaoao
de
d o ,
el dotante natural hidmsouble actrado decochirullq
gama W i8 ACTiVlDADES REALIZADAS
Compuwos
Emuisión interna
Asua
Colorante Polosorbac 40sorbac
80 A&Cde*l FasecontinuaAsua
Goma de mequite Goma arábiga Bemonto de sodio
Acid0
dtricoLas
emuisiones múltiples se prepararon siguiendo un procedimimto en dos etnpas:1' etapa
Para preparar la emulsión interna (fase dispersa de la emulsión múitipie) se
hizo
io siguiente: A la fase continua de la emuisión interna (aceite degirasol)
se le agregaron elpoiisorbac 40 y el mbac 80
hasta
obtener UMmasa
homogénea y la fase dispersa(w
+
colorante) se agregó gota a gotacon
agitaciónconstante
hasta obtener la emuisión interna W/O, la cual fue homogenizada durante 3 minutos utilizando un homogenuador Silverson 4LR a velocidad máxima.Emulsión GAB
8.6
o.
10.3 1.2 19.8 58.5 10.5 0.8 0.2 w
-
2' Etapa
Para
preparar la emuisión múitiple, unavez
tenida ia emulsión interna, sehizo
lo siguiente:La
emulsión interna W/O, preparadacon
anterioridad, se agregó auna
solución acuosa de goma de mezquite o de goma d i g a(fase
continua dela
emulsión múltiple) gota a gota con agitacióncontinua
hasta
obtener la emulsión múltiple WIOMr.GAA
14.6
o.
1 0.3 1.2 13.8 58.5--
10.5 0.8 0.2 .GMB GMA
8.6 14.6
o.
1o.
10.3 0.3
1.2 1.2
19.8 13.8
58.5 58.5
10.5 10.5
0.8 0.8
0.2 0.2
-
Emulsión
I
EmulsiónI
EmulsiónEl
tamaño superfíciai promediode
laspsrtícuias
deles
emuimones múltiples se d e t m utiümado un analizedor de tMLaa0de
paiticuiaS Malvean moddo2600
a 25Y!.
La viscosidad de
la
emuisiones múltiples se midió con un viscosimetroBrooWd
LVT a 25 "C,el
cambio dela viscosidad
con
el tiempo de añejamiento se medio auna
vdocidad mtacionai constante de 5 r.p.m., durante un lap= de varios días.Las
emuisiones
múitipies fueron observadas end
tiempo conun
microscopioÓptico N'ikon 104 y se
les
him un sqgimiento fotográiico con ayuda del dispositivo de microíbtografiaN'ikon
HFX-DX, de esta forma se obsgvaron los cambios morfol&gicos de lasemulsioaee
miiltiplcs
con
el tiempo deañejaniieaao.
.
A partir de las microfotografias obtenidas y utilizando los factores de aumento adecuados y
una
graticula graduada se determinaron los tamaños promedio de partícula de la fase dispersa de las emulsiones internasen
el tiempo tomando 20 lecturas aleatoh y aplicando las relaciones adecuadas.La constante de la tasa de coalescencia
(C)
se derivó de la tasa de cambio enla
concentración numérica de gotaspor
mi (Nt) de la emulsión múltiple o de la emulsión interna al tiempo (t) utilizando La ecuación de primer ordenNFNo e ~ p ( -C t)
Nt4
PI
D3
tDonde P es la fracción volumétrica de la fase dispersa, D es el tamaro superñcial promedio de glóbulo y No es el número de gotas al tiempo inicial t=O.
9 OBJETIVOS ALCANZADOS
De acuqdo a los objetivos que se plantearon al Ecio del Servicio social se puede decir que se alcanzaron los siguientes objetivos:
-
Se hnnuiaron emuisiones múltiples-
-
-
-
Se
determinó
el comportamiento de flujo en el tiempo de emulsiones multiples Sedaenniní>
el cambio en la distribución del glóbulo en el tiempo dela
emulsión múltipleSe
determinó el tamaño promedio del gióbuloen
el tiempo de la emulsióninterna
Se determinó la cinética deCoalesEarOia
de los glóbulos10 RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Se formulamn 4 emuisiones múltiples del tipo agua en aceite em agua
(WOW
cuyascomposiciones
sedetaüan
enla
tabla
2,de las
fotosrafiastomadas
fueevidente
que todas ias emuisionas múltiples secaracterizaron
por tenerla
emisióninterna
en fomM
de
glóbuios
individuales
dispersos
en la fhse
continua de la emulsión interna. Se observó que algunas gotas dela
emulsión múitiile preparada con goma arábiiGAB
yGAA
se
rompen rápidamente o simplemente no se foxman,
para
las emuisiones múitipies pnpandas con goma de mezquiteGMB
y GMA se observaron los mismos fenómenos queen
dcaso
delas
emdsiones prepamla con goma arábiga peroen
atecaso la
emuisión presaita mayor estabüidad, así mismo existe uniformidad en eltipo
y tamail0de
lasgotas.L o s resultados de
la
viscosidad aparente de las e-muisioncs múltiplescon
eltiempo de añejamiento a
una
velocidad rotacional constante de 5 r.p.m. se pnsaitan eltabla 3. -
Tabla 3. Comportamiento de la viscosidad aparente
con
el tiempo de añejamiento de emulsiones mllltiples a una tasa decorte
de 5 r.p.m.
Emulsión c(s-')
GAB 1.55 E 4
GAA 8.76 E-7
GMB 3.8 E-8
GMA 2.5 E-8
1
c
s-GAB 3.61 E-5
GAA 2.7 E-5
GMB
1.33 E-7GMA 1.49 E-7
Es
comimbre
utilizar
el valor dela
tasa
dela
constante de cod-cia para estimarla
estabüidad relativaen las
emulsionessencillas,
asi los valores deC
varían generalmente de1E-3
para
emulsions inestable a 1E-ópara
emdsiones estables, d s i o m s-e cstabiei llegan a'adiibir
tasas
de coalescenCia del orden de 1E-12,por
lo que M e este punto devista
las nmilsioneselaboradas
con
goma de muquiteson
más d i e s quelas elaboradas con
goma d i g aLos cambios en el tamaño de gotas de las emulsiones mutipies se aianifiesein ensu comportamiento de flujo, como se muestra
en
lafigura
1 en donde se o hcomo d
gradiente de cambioen
la viscosidad fue mucho mayor para las enmisiones mirltiples incorporando goma d i g a que la goma de mezquite, y mayor para las emuisioms con una baja concentración defase
dispersa en la emulsión interna que ei de aqudlas con una alta conoentración, conforme el tamaño de gota de las emulsiones múltiplesaumenta
con el tiempo de añejamiento, la cantidad defase
continua querodea
los glóbulos dispersos es mayor, por lo que la viscosidad de las emulsiones disminuye, esto esde
esperarse puesto que las emulsiones consideradas por su tasa de coalescaicia &&id cano m8S inestables muestran también el mayor gradiente en el cambio de la viscosidad aparente con el tiempo de añqamientoigura 1. Variación
de la
viscosiáad con el tiempo de añejamiento paraaiiulsiones
gnittipleS
De
las
emulsiones múltiples preparadas ya seacon
goma aribiga ocon
goma demaquite,
redtaron miis estables aqueiias emuisiones múitipies coouna
coMmtr(Lci6n.
11 RECOMENDACIONES
En
este trabajo se estudió la cinética de coalescencia de una emulsión múltiple deltipo
WION,
dando resultados para la emulsión W/O (emulsión múltiple) y para la emulsión interna O N , no obstante estos resultados también se deben a la interacción de ambasemulsiones por lo que se espera un cornpodento distinto si se les observa a estos sistemas por separado, por lo que para compietar el estudio de la emulsión múltiple se
recomienda
que la cinética de dichos sistemas se estudie por separado.12 BJBLIOGRAFIA
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tkirBlem&. J. Texture Studies t7,97-103.
Ad-
-
M.
en C. Carlos Vera MartinezCoordinador de
ia
licenciatura de ingenieria químicaPmmdp del Servicio Social
