Door naar hoofdmenu
ISFRS2015 Rheonics-functie

7E INTERNATIONAAL SYMPOSIUM OP DE RHEOLOGIE EN STRUCTUUR VAN VOEDSEL: Een nieuwe procesviscometer voor reologietoepassingen in voeding

Overzicht

Het International Symposium on Food Rheology and Structure (ISFRS) werd georganiseerd door het Institute of Food, Nutrition and Health van ETH Zürich.

Het International Symposium on Food Rheology and Structure richt zich op de behoeften van voedselreologie en structuuronderzoekers. Het symposium staat in het teken van reologie van voedsel en aanverwante systemen, van voedselstructuur en structuuranalyse, en van de complexe relatie tussen voedselverwerking, structuur, reologie en resulterende voedselkwaliteit. Een overzicht van de stand van zaken en een gedetailleerde focus op recente probleemgebieden worden gegeven door de openingslezing en een aantal keynote-lezingen die worden gegeven door bekende wetenschappers.

Dr. Joe Goodbread, CTO van Rheonics hield een lezing over - "Een nieuwe procesviscometer voor toepassingen in voedselreologie"; onder vermelding van het gebruik van  SRV viscometer in toepassingen van voedselreologie.

ETH-Logo 2
Boek met samenvattingen ISFRS 2015

Abstract

Viscometers voor vibratieprocessen zijn al bijna 60 jaar bekend, maar hebben slechts een bescheiden toepassing gevonden in voedselproductieprocessen, waarbij controle van de productconsistentie een hoge prioriteit heeft. Dit is te danken aan de diepgewortelde overtuiging van procesoperators dat alleen met metingen gedefinieerde schuifkracht het gedrag van de doorgaans niet-Newtonse, vaak inhomogene producten die zij vervaardigen, kan voorspellen. Een nieuw instrument, de Rheonics SRV-procesviscometer, stamt af van een reeks trillingsviscometers die algemeen aanvaard zijn in de voedselprocesindustrie, omdat ze bewezen hebben dat ze de consistentie in complexe processen zoals het mengen van beslag, coagulatie van kaas, kunnen controleren. en bier pureren. De SRV bouwt voort op dit erfgoed en voegt er een nieuwe gebalanceerde resonatorstructuur aan toe die hem compact, eenvoudig te installeren en vrij van de gevoeligheid voor montageomstandigheden maakt die eerdere ontwerpen die zijn symmetrische structuur missen, heeft geplaagd. Aangezien trillingsviscometers werken door het meten van de snelheid van energieverlies van een resonator die is ondergedompeld in de te testen vloeistof, plaatsen eventuele extra energieverliezen als gevolg van trillingen die worden overgedragen op omliggende structuren grenzen aan de stabiliteit en reproduceerbaarheid van de metingen van het instrument. De gebalanceerde Rheonics-resonator (patent aangevraagd) zorgt voor de hoogst mogelijke reproduceerbaarheid en stabiliteit in een resonerend instrument door de transmissie van de trillingen van de resonator naar omliggende structuren te elimineren. Verdere verbeteringen aan traditionele trillingsviscometers zijn onder meer gepatenteerde systemen voor het onderdrukken van omgevingsvibraties als gevolg van pompen en andere procesmachines, evenals geavanceerde elektromagnetische omvormers met een ongekende onderdrukking van magnetische interferentie van naburige machines. De Rheonics SRV heeft zichzelf al bewezen in een complexe slurry-coating proceslijn waarvan de operator aanvankelijk dacht dat alleen een reologisch accuraat instrument het proces onder controle kon brengen. De operator ontdekte dat de hoge gevoeligheid en stabiliteit van de SRV controle van het proces mogelijk maakte door een meting met één punt, terwijl een batterij van andere instrumenten die de dichtheid en het gehalte aan vaste stoffen konden meten niet voldoende gevoelig was om de kleine variaties in de processtroom te meten die waren cruciaal voor een uniforme, hechtende coating.

Toepassingen

De SRV kan overal worden gebruikt waar eenpuntsmetingen van schijnbare viscositeit vereist zijn, zowel in Newtonse als niet-Newtonse vloeistoffen.

Toepassingen zijn onder andere:

  • Beslag mengen
  • Viscositeitscontrole voor zware stookolie
  • Monitoring en controle van het slurry coatingproces
  • Optimalisatie van pompen
  • Monitoring van polymerisatie

Verkenning van trillingsviscometrie voor reologische metingen

  • Vibratie-viscometer lijkt een onwaarschijnlijke kandidaat voor reologische metingen:
    • Afschuiving vindt plaats in een dunne grenslaag rond de sonde in plaats van in de bulkvloeistof
    • Afschuiving is oscillerend en verandert van richting met de frequentie van de trillingen van de sonde - ongeveer 7.4 kHz. voor de Rheonics SRV.
    • Sensor is effectief ondergedompeld in een semi-oneindig volume vloeistof, zodat de snelheidsgradiënten niet gedefinieerd zijn.
  • Aan de positieve kant:
    • Ze zijn erg stabiel
    • Hoewel de afschuifsnelheid onbekend en onkenbaar is, is het herhaalbaar, zodat trillingsviscometers goed zijn om de stromingseigenschappen van een vloeistof constant te houden in een procesomgeving

Het superponeren van een bulkschuifveld op een trillingsviscometer kan nuttige reologische informatie opleveren

  • Observatie: Wanneer een trillingssensor zoals de SRV wordt geplaatst in een zeer snelheidsgevoelig materiaal zoals tomatenketchup, fluctueert de aangegeven viscositeit sterk als de sonde door het materiaal wordt bewogen.
  • Dit suggereert dat als de sensor in een uniform, bestuurbaar afschuifveld zou worden geplaatst, het veranderen van de afschuifsnelheid informatie zou kunnen geven over afschuifgevoelige eigenschappen van de vloeistof.

Een eenvoudige "reometer" met gesuperponeerde afschuiving

  • Een monstercilinder wordt om zijn as gedraaid door een motor met regelbaar toerental
  • De vibrerende viscositeitsmeter-sonde wordt ondergedompeld in de vloeistof
  • De aangegeven viscositeit van de vloeistof wordt geregistreerd als de rotatiesnelheid wordt gevarieerd
Een eenvoudige "reometer" met gesuperponeerde afschuiving

De "ketchupmeter"

  • Een Rheonics SRV-viscometer wordt ondergedompeld in een cilinder met een monster tomatenketchup.
  • Een computergestuurde motor (onder het houten platform) roteert het monster met een reeks vaste snelheden en duur.
  • De viscositeitsmeter stuurt de gemeten viscositeitswaarden naar de computer.
De "ketchupmeter"

Gesuperponeerd schuifgedrag van ketchup

  • De aangegeven viscositeit in een stationaire cilinder is ongeveer 120 mPa.S. (Regio 1)
  • Als de cilinder draait, daalt de aangegeven viscositeit. Elke stap is een verdubbeling van de rotatiesnelheid. Viscositeit nadert een asymptoot (Regio 2)
  • Wanneer de rotatie wordt gestopt, neemt de viscositeit langzaam toe tot een nieuw asymptotisch niveau (regio 3).
  • Bepaalde kenmerken van dit gedrag zijn nauwkeurig herhaalbaar (tweede meetcyclus).
Gesuperponeerd schuifgedrag van ketchup

Traditionele meting van ketchupconsistentie: de Bostwick Consistometer

  • Ketchup mag onder zijn eigen gewicht stromen. De afgelegde afstand in 30 seconden is een maat voor de consistentie.
  • In ons laboratorium is een geïmproviseerde Bostwick-trog gebruikt om 3 verschillende ketchupproducten te meten. De afgelegde afstanden waren:
    • Ketchup 1 (een populair merk): 13 mm
    • Ketchup 2 (een 'budget' winkelmerk): 39 mm
    • Ketchup 3 (een 'licht' winkelmerk): 28 mm
Bostwick-consistentiemeter

Gedrag van 3 ketchups bij gesuperponeerde afschuifmetingen

  • Waarnemingen
    • K1 had de laagste Bostwick, de hoogste initiële viscositeit en het langzaamste herstel.
    • K2 had de laagste viscositeit bij hoge afschuifkrachten, het snelste herstel.
    • K3 was dunner bij lage snelheden, verdikking bij hogere snelheden
    • De uiteindelijke herstelde viscositeit correleerde goed met de Bostwick-consistentie
Picture-5

Conclusies

  • Boven elkaar geplaatste afschuiving had een grote invloed op de aangegeven viscositeit.
  • Correlaties tussen gesuperponeerde afschuiving en aangegeven viscositeit waren voor alle drie de ketchupvariëteiten herhaalbaar.
  • Elke ketchup-variëteit had een unieke en herhaalbare "handtekening" -reactie op variaties in gesuperponeerde afschuiving.
  • "Hersteld" gaf aan dat de viscositeit goed correleerde met de Bostwick-consistentometermeting, wat impliceert dat deze methode zou kunnen worden gebruikt voor online, inline metingen van dezelfde eigenschappen vastgelegd door Bostwick-metingen.

Open vragen en toekomstig werk

  • Hoe werkt lokale schuifkracht in de oscillerende grenslaag samen met globale schuifkracht in het gesuperponeerde schuifveld?
  • Wat kunnen deze metingen ons vertellen over de structuur van ketchup-achtige stoffen - die met vloeispanning en afschuifafhankelijke viscositeit? Waarom kost het meer sterk gestructureerde materiaal - ketchup 1 - meer tijd om terug te keren naar een rustviscositeitswaarde dan het minst gestructureerde - ketchup 2?
  • Toekomstige experimenten zullen de relatieve amplituden van afschuifsnelheden in zowel de oscillerende als de over elkaar geplaatste schuifvelden variëren om zowel hun relatieve bijdragen als de aard van hun interacties te begrijpen.

Oplossingen

Bezoek de pagina met oplossingen voor meer informatie over onze oplossingen voor de voedingsindustrie.

Rheonics-oplossingen voor de voedingsindustrie
Zoeken