7ο ΔΙΕΘΝΕΣ ΣΥΜΠΟΣΙΟ ΓΙΑ ΤΗ ΡΕΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΤΗ ΔΟΜΗ ΤΡΟΦΙΜΩΝ: Ένα νέο ιξωδόμετρο διεργασίας για εφαρμογές ρεολογίας τροφίμων
Επισκόπηση
Το Διεθνές Συμπόσιο για τη Ρεολογία και τη Δομή των Τροφίμων (ISFRS) φιλοξενήθηκε από το Ινστιτούτο Τροφίμων, Διατροφής και Υγείας στο ETH Ζυρίχη.
Το Διεθνές Συμπόσιο για τη Ρεολογία και τη Δομή των Τροφίμων πραγματεύεται τις ανάγκες των ερευνητών ρεολογίας και δομών τροφίμων. Το συμπόσιο είναι αφιερωμένο στη ρεολογία των τροφίμων και σε συναφή συστήματα, στην ανάλυση της δομής και της δομής των τροφίμων και στην πολύπλοκη σχέση μεταξύ της επεξεργασίας τροφίμων, της δομής, της ρεολογίας και της προκύπτουσας ποιότητας των τροφίμων. Μια επισκόπηση της τελευταίας τεχνολογίας και μια λεπτομερής εστίαση σε πρόσφατα προβληματικά πεδία δίνονται από την εναρκτήρια διάλεξη και πολλές βασικές διαλέξεις που παρουσιάζονται από γνωστούς επιστήμονες.
Dr. Joe Goodbread, CTO του Rheonics παρέδωσε μια ομιλία με θέμα – «Ένα νέο ιξωδόμετρο διεργασίας για εφαρμογές ρεολογίας τροφίμων»· αναφέροντας τη χρήση του SRV ιξωδόμετρο σε εφαρμογές ρεολογίας τροφίμων.
Περίληψη
Τα ιξωδόμετρα διαδικασίας δόνησης είναι γνωστά εδώ και σχεδόν 60 χρόνια, αλλά έχουν βρει μόνο μέτρια εφαρμογή στις διαδικασίες παραγωγής τροφίμων, όπου ο έλεγχος της συνοχής του προϊόντος αποτελεί υψηλή προτεραιότητα. Αυτό οφείλεται στην εδραιωμένη πεποίθηση εκ μέρους των χειριστών διεργασίας ότι μόνο οι μετρήσεις καθορισμένης διάτμησης είναι ικανές να προβλέψουν τη συμπεριφορά των συνήθως μη νευτώνειων, συχνά ανομοιογενών προϊόντων που κατασκευάζουν. Ένα νέο όργανο, το Rheonics Το ιξωδόμετρο διεργασίας SRV προέρχεται από μια σειρά ιξωδόμετρων δόνησης που έχουν βρει ευρεία αποδοχή στη βιομηχανία επεξεργασίας τροφίμων επειδή έχουν αποδείξει ότι είναι ικανά να ελέγχουν τη συνοχή σε περίπλοκες διαδικασίες όπως η ανάμειξη ζύμης, η πήξη τυριού και η πολτοποίηση μπύρας. Το SRV βασίζεται σε αυτή την κληρονομιά και του προσθέτει μια νέα, ισορροπημένη δομή αντηχείου που το καθιστά συμπαγές, απλό στην εγκατάσταση και απαλλαγμένο από την ευαισθησία στις συνθήκες τοποθέτησης που ταλαιπώρησαν προηγούμενα σχέδια που δεν έχουν συμμετρική δομή. Εφόσον τα ιξωδόμετρα δόνησης λειτουργούν με τη μέτρηση του ρυθμού απώλειας ενέργειας ενός συντονιστή βυθισμένου στο υπό δοκιμή ρευστό, τυχόν πρόσθετες απώλειες ενέργειας λόγω δονήσεων που μεταφέρονται στις γύρω δομές θέτουν όρια στη σταθερότητα και την αναπαραγωγιμότητα των μετρήσεων του οργάνου. ο Rheonics ο ισορροπημένος συντονιστής (εκκρεμεί δίπλωμα ευρεσιτεχνίας) εξασφαλίζει την υψηλότερη δυνατή αναπαραγωγιμότητα και σταθερότητα σε ένα συντονιστικό όργανο εξαλείφοντας τη μετάδοση των κραδασμών του αντηχείου στις γύρω δομές. Περαιτέρω βελτιώσεις στα παραδοσιακά ιξωδόμετρα δόνησης περιλαμβάνουν κατοχυρωμένα συστήματα για απόρριψη κραδασμών περιβάλλοντος λόγω αντλιών και άλλων μηχανημάτων διεργασίας, καθώς και προηγμένους ηλεκτρομαγνητικούς μετατροπείς με άνευ προηγουμένου απόρριψη μαγνητικής παρεμβολής από το γείτοναoring μηχανήματα. ο Rheonics Το SRV έχει ήδη αποδειχθεί σε μια σύνθετη γραμμή διεργασίας επίστρωσης πολτού για την οποία ο χειριστής αρχικά πίστευε ότι μόνο ένα ρεολογικά ακριβές όργανο θα μπορούσε να θέσει τη διαδικασία υπό έλεγχο. Ο χειριστής διαπίστωσε ότι η υψηλή ευαισθησία και σταθερότητα του SRV επέτρεψε τον έλεγχο της διαδικασίας με μέτρηση ενός μόνο σημείου, ενώ μια μπαταρία άλλων οργάνων ικανή να μετρήσει την πυκνότητα και την περιεκτικότητα σε στερεά δεν ήταν αρκετά ευαίσθητη για να μετρήσει τις μικρές διακυμάνσεις στη ροή της διαδικασίας που ήταν ζωτικής σημασίας για μια ομοιόμορφη, συγκολλητική επίστρωση.
Εφαρμογές
Το SRV μπορεί να χρησιμοποιηθεί οπουδήποτε απαιτούνται μετρήσεις ενός σημείου του φαινομένου ιξώδους, είτε σε Νεύτωνα είτε σε μη Νεύτωνα υγρά.
Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν:
- Ανάμιξη μπαταριών
- Έλεγχος ιξώδους βαρύ μαζούτ
- Παρακολούθηση διαδικασίας επίστρωσης πολτούoring και ελέγχου
- Βελτιστοποίηση άντλησης
- Μονάδα πολυμερισμούoring
Εξερεύνηση της δονητικής ιξωμετρίας για ρεολογικές μετρήσεις
- Το δονητικό ιξωδόμετρο μοιάζει με απίθανο υποψήφιο για ρεολογικές μετρήσεις:
- Η διάτμηση λαμβάνει χώρα σε ένα λεπτό οριακό στρώμα γύρω από τον ανιχνευτή, παρά στο χύμα υγρό
- Η διάτμηση είναι ταλαντευόμενη, αλλάζει κατεύθυνση με τη συχνότητα της δόνησης του καθετήρα – περίπου 7.4 kHz. για το Rheonics Srv.
- Ο αισθητήρας βυθίζεται αποτελεσματικά σε έναν ημι-άπειρο όγκο υγρού, έτσι ώστε οι κλίσεις ταχύτητας να είναι απροσδιόριστες.
- Από τη θετική πλευρά:
- Είναι πολύ σταθερά
- Αν και ο ρυθμός διάτμησης είναι άγνωστος και άγνωστος, είναι επαναλαμβανόμενος, έτσι ώστε τα δονητικά ιξωδόμετρα να είναι καλά για τη διατήρηση των ιδιοτήτων ροής ενός υγρού σταθερού σε ένα περιβάλλον διεργασίας
Η υπέρθεση ενός πεδίου μαζικής διάτμησης σε ένα δονητικό ιξωδόμετρο μπορεί να αποφέρει χρήσιμες ρεολογικές πληροφορίες
- Παρατήρηση: Όταν ένας αισθητήρας δόνησης, όπως ο SRV, τοποθετείται σε ένα υλικό ευαίσθητο στην ταχύτητα διάτμησης όπως το κέτσαπ ντομάτας, το υποδεικνυόμενο ιξώδες του κυμαίνεται έντονα καθώς ο ανιχνευτής κινείται μέσω του υλικού.
- Αυτό υποδηλώνει ότι εάν ο αισθητήρας τοποθετηθεί σε ομοιόμορφο, ελεγχόμενο πεδίο διάτμησης, η αλλαγή του ρυθμού διάτμησης θα μπορούσε να δώσει πληροφορίες σχετικά με τις ευαίσθητες στη διάτμηση ιδιότητες του υγρού.
Ένα απλό διάμετρο διάτμησης «ροόμετρο»
- Ένας κύλινδρος δείγματος περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του από κινητήρα ελεγχόμενης ταχύτητας
- Ο ανιχνευτής ιξωδόμετρου δόνησης βυθίζεται στο υγρό
- Το υποδεικνυόμενο ιξώδες του ρευστού καταγράφεται καθώς ο ρυθμός περιστροφής μεταβάλλεται
Ο «μετρητής κέτσαπ»
- A Rheonics Το ιξωδόμετρο SRV βυθίζεται σε έναν κύλινδρο που περιέχει ένα δείγμα κέτσαπ ντομάτας.
- Ένας ελεγχόμενος από υπολογιστή κινητήρας (κάτω από την ξύλινη πλατφόρμα) περιστρέφει το δείγμα σε μια σειρά σταθερών τιμών και διάρκειας.
- Το πλαίσιο ελέγχου ιξωδόμετρου μεταδίδει τις μετρημένες τιμές ιξώδους στον υπολογιστή.
Επικαλύπτεται διάτμηση συμπεριφορά του κέτσαπ
- Το υποδεικνυόμενο ιξώδες σε σταθερό κύλινδρο είναι περίπου 120 mPa.S. (Περιοχή 1)
- Καθώς ο κύλινδρος περιστρέφεται, υποδεικνύεται το ιξώδες. Κάθε βήμα είναι ο διπλασιασμός του ρυθμού περιστροφής. Το ιξώδες πλησιάζει ένα ασυμπτωτικό (Περιοχή 2)
- Όταν η περιστροφή σταματά, το ιξώδες αυξάνεται αργά σε ένα νέο ασυμπτωτικό επίπεδο (Περιοχή 3).
- Ορισμένα χαρακτηριστικά αυτής της συμπεριφοράς μπορούν να επαναληφθούν με ακρίβεια (δεύτερος κύκλος μέτρησης).
Παραδοσιακή μέτρηση της συνοχής του κέτσαπ: το Κονσόμετρο Bostwick
- Το κέτσαπ αφήνεται να ρέει κάτω από το δικό του βάρος. Η απόσταση που διανύθηκε σε 30 δευτερόλεπτα είναι ένα μέτρο της συνοχής του.
- Στο εργαστήριό μας χρησιμοποιήθηκε ένα αυτοσχέδιο γούρνα τύπου Bostwick για τη μέτρηση 3 διαφορετικών προϊόντων κέτσαπ. Οι αποστάσεις που ρέθηκαν ήταν:
- Κέτσαπ 1 (μια δημοφιλής επωνυμία): 13 mm
- Ketchup 2 (μια μάρκα καταστήματος "προϋπολογισμού"): 39 mm
- Ketchup 3 (μια «ελαφριά» μάρκα καταστήματος): 28 mm
Συμπεριφορά 3 κέτσαπ σε υπερτρήσεις διάτμησης
- Παρατηρήσεις
- Το K1 είχε το χαμηλότερο Bostwick, το υψηλότερο αρχικό ιξώδες και τη βραδύτερη ανάκαμψη.
- Το K2 είχε το χαμηλότερο ιξώδες υψηλής διάτμησης, ταχύτερη ανάκαμψη.
- Το K3 αραιώθηκε με διάτμηση με χαμηλούς ρυθμούς, με διάτμηση σε υψηλότερα ποσοστά
- Το τελικό ανακτηθέν ιξώδες συσχετίστηκε καλά με τη συνέπεια του Bostwick
συμπεράσματα
- Η υπερβολική διάτμηση είχε μεγάλη επίδραση στο υποδεικνυόμενο ιξώδες.
- Οι συσχετίσεις μεταξύ της υπερτιθέμενης διάτμησης και του υποδεικνυόμενου ιξώδους ήταν επαναλαμβανόμενες και για τις τρεις ποικιλίες κέτσαπ.
- Κάθε ποικιλία κέτσαπ είχε μια μοναδική και επαναλαμβανόμενη απόκριση «υπογραφής» στις παραλλαγές της διάτμησης που τοποθετήθηκε σε υπέρθεση.
- Το «Recovered» έδειξε ιξώδες που συσχετίστηκε καλά με τη μέτρηση του συνθετόμετρου Bostwick, υπονοώντας ότι αυτή η μέθοδος θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για διαδικτυακές, ενσωματωμένες μετρήσεις των ίδιων ιδιοτήτων που καταγράφηκαν από τις μετρήσεις Bostwick.
Ανοιχτές ερωτήσεις και μελλοντική δουλειά
- Πώς αλληλεπιδρά η τοπική διάτμηση στο ταλαντωτικό όριο στρώμα με την παγκόσμια διάτμηση στο υπέρθετο πεδίο διάτμησης;
- Τι μπορούν να μας πουν αυτές οι μετρήσεις για τη δομή των ουσιών που μοιάζουν με κέτσαπ - εκείνες με στρες απόδοσης και ιξώδες που εξαρτάται από τη διάτμηση; Συγκεκριμένα, γιατί το πιο πολύ δομημένο υλικό - κέτσαπ 1 - χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να επιστρέψει σε μια τιμή ηρεμίας από το λιγότερο δομημένο - κέτσαπ 2;
- Τα μελλοντικά πειράματα θα ποικίλλουν τα σχετικά πλάτη των ποσοστών διάτμησης τόσο στα ταλαντωτικά όσο και στα υπέρθετα πεδία διάτμησης για να κατανοήσουν τόσο τη σχετική τους συνεισφορά όσο και τη φύση των αλληλεπιδράσεών τους.
