7º SIMPÓSIO INTERNACIONAL DE REOLOGIA E ESTRUTURA ALIMENTAR: Um novo viscosímetro de processo para aplicações de reologia alimentar
Visão geral
O Simpósio Internacional de Reologia e Estrutura de Alimentos (ISFRS) foi realizado pelo Instituto de Alimentos, Nutrição e Saúde da ETH Zurique.
O Simpósio Internacional de Reologia e Estrutura de Alimentos atende às necessidades dos pesquisadores de reologia e estrutura de alimentos. O simpósio é dedicado à reologia de alimentos e sistemas relacionados, à estrutura e análise de estruturas e à complexa relação entre processamento de alimentos, estrutura, reologia e qualidade resultante dos alimentos. Uma palestra sobre o estado da arte e um foco detalhado em áreas problemáticas recentes são apresentados na palestra de abertura e em várias palestras apresentadas por cientistas conhecidos.
Dr. Joe Goodbread, CTO da Rheonics proferiu uma palestra sobre – “Um novo viscosímetro de processo para aplicações de reologia alimentar”; citando o uso de SRV viscosímetro em aplicações de reologia alimentar.
Sumário
Os viscosímetros de processo vibracional são conhecidos há quase 60 anos, mas encontraram apenas aplicações modestas em processos de fabricação de alimentos, onde o controle da consistência do produto é uma alta prioridade. Isto se deve à crença arraigada por parte dos operadores de processo de que apenas medições de cisalhamento definidas são capazes de prever o comportamento dos produtos geralmente não newtonianos e muitas vezes não homogêneos que eles fabricam. Um novo instrumento, o Rheonics O viscosímetro de processo SRV é descendente de uma linha de viscosímetros vibracionais que encontraram ampla aceitação na indústria de processamento de alimentos porque provaram ser capazes de controlar a consistência em processos complexos, como mistura de massa, coagulação de queijo e mosturação de cerveja. O SRV baseia-se nesta herança e acrescenta-lhe uma nova estrutura ressonadora equilibrada que o torna compacto, simples de instalar e livre da sensibilidade às condições de montagem que atormentava os designs anteriores que não possuíam a sua estrutura simétrica. Como os viscosímetros vibracionais funcionam medindo a taxa de perda de energia de um ressonador imerso no fluido sob teste, quaisquer perdas de energia adicionais devido a vibrações transferidas para as estruturas circundantes impõem limites à estabilidade e reprodutibilidade das medições do instrumento. O Rheonics O ressonador balanceado (patente pendente) garante a mais alta reprodutibilidade e estabilidade possíveis em um instrumento ressonante, eliminando a transmissão das vibrações do ressonador para as estruturas vizinhas. Outras melhorias nos viscosímetros vibracionais tradicionais incluem sistemas patenteados para rejeição de vibração ambiente devido a bombas e outras máquinas de processo, bem como transdutores eletromagnéticos avançados com rejeição sem precedentes de interferência magnética de vizinhos.oring máquinas. O Rheonics O SRV já provou seu valor em uma complexa linha de processo de revestimento de lama, para a qual o operador inicialmente acreditou que somente um instrumento reologicamente preciso poderia controlar o processo. O operador descobriu que a alta sensibilidade e estabilidade do SRV permitia o controle do processo por meio de uma medição de ponto único, enquanto uma bateria de outros instrumentos capazes de medir a densidade e o conteúdo de sólidos não eram suficientemente sensíveis para medir as pequenas variações no fluxo do processo que foram cruciais para um revestimento uniforme e aderente.
Aplicações
O SRV pode ser usado sempre que forem necessárias medições de um ponto da viscosidade aparente, seja em fluidos newtonianos ou não newtonianos.
As aplicações incluem:
- Mistura de massa
- Controle de viscosidade de óleo combustível pesado
- Monit do processo de revestimento de pastaoring E controle
- Otimização de bombeamento
- Monitor de polimerizaçãooring
Exploração de viscometria vibracional para medições reológicas
- O viscosímetro vibracional parece um candidato improvável para medições reológicas:
- O cisalhamento ocorre em uma fina camada limite ao redor da sonda, e não no fluido a granel
- O cisalhamento é oscilatório, mudando de direção com a frequência de vibração da sonda – aproximadamente 7.4 kHz. para o Rheonics SRV.
- O sensor é efetivamente imerso em um volume semi-infinito de fluido, para que os gradientes de velocidade sejam indefinidos.
- Pelo lado positivo:
- Eles são muito estáveis
- Embora a taxa de cisalhamento seja desconhecida e incognoscível, é repetível, de modo que os viscosímetros vibracionais são bons para manter constantes as propriedades de fluxo de um fluido em um ambiente de processo
A sobreposição de um campo de cisalhamento a granel em um viscosímetro vibracional pode produzir informações reológicas úteis
- Observação: Quando um sensor vibracional, como o SRV, é colocado em um material altamente sensível à taxa de cisalhamento, como a ketchup de tomate, sua viscosidade indicada flutua fortemente à medida que a sonda é movida pelo material.
- Isso sugere que se o sensor fosse colocado em um campo de cisalhamento uniforme e controlável, alterar sua taxa de cisalhamento poderia fornecer informações sobre propriedades sensíveis ao cisalhamento do fluido.
Um simples "reômetro" de sobreposição de cisalhamento
- Um cilindro de amostra é girado em torno de seu eixo por um motor de velocidade controlável
- A sonda viscosímetro vibracional é imersa no fluido
- A viscosidade indicada do fluido é registrada conforme a taxa de rotação varia
O "medidor de ketchup"
- A Rheonics O viscosímetro SRV é imerso em um cilindro contendo uma amostra de ketchup de tomate.
- Um motor controlado por computador (abaixo da plataforma de madeira) gira a amostra a uma série de taxas e durações fixas.
- A caixa de controle do viscosímetro transmite os valores de viscosidade medidos para o computador.
Comportamento de cisalhamento sobreposto ao ketchup
- A viscosidade indicada no cilindro estacionário é de cerca de 120 mPa.S. (Região 1)
- À medida que o cilindro gira, a viscosidade indicada diminui. Cada passo é uma duplicação da taxa de rotação. A viscosidade se aproxima de uma assíntota (Região 2)
- Quando a rotação é interrompida, a viscosidade aumenta lentamente para um novo nível assintótico (Região 3).
- Certos recursos desse comportamento são repetíveis com precisão (segundo ciclo de medição).
Medição tradicional da consistência do ketchup: o Consistômetro Bostwick
- É permitido que o ketchup flua com seu próprio peso. A distância percorrida em 30 segundos é uma medida de sua consistência.
- Uma calha improvisada do tipo Bostwick foi usada em nosso laboratório para medir três produtos diferentes de ketchup. As distâncias percorridas foram:
- Ketchup 1 (uma marca popular): 13 mm
- Ketchup 2 (uma marca de loja “econômica”): 39 mm
- Ketchup 3 (uma marca de loja “leve”): 28 mm
Comportamento de 3 ketchups em medidas de cisalhamento sobrepostas
- Observações
- O K1 apresentou o menor Bostwick, a maior viscosidade inicial e a recuperação mais lenta.
- O K2 apresentou menor viscosidade de alto cisalhamento, recuperação mais rápida.
- O K3 foi afinando com taxas baixas, espessando com taxas mais altas
- A viscosidade final recuperada correlacionou-se bem com a consistência de Bostwick
Conclusões
- O cisalhamento sobreposto teve uma grande influência na viscosidade indicada.
- As correlações entre cisalhamento sobreposto e viscosidade indicada foram repetíveis para todas as três variedades de ketchup.
- Cada variedade de ketchup teve uma resposta única e repetível da “assinatura” às variações no cisalhamento sobreposto.
- “Recuperado” indicou que a viscosidade estava bem correlacionada com a medição do consistômetro Bostwick, o que implica que esse método poderia ser usado para medições on-line e inline das mesmas propriedades capturadas pelas medições de Bostwick.
Perguntas abertas e trabalhos futuros
- Como o cisalhamento local na camada limite oscilatória interage com o cisalhamento global no campo de cisalhamento sobreposto?
- O que essas medidas podem nos dizer sobre a estrutura de substâncias do tipo ketchup - aquelas com tensão de escoamento e viscosidade dependente do cisalhamento? Em particular, por que o material mais altamente estruturado - ketchup 1 - leva mais tempo para retornar a um valor de viscosidade em repouso do que o menos estruturado - ketchup 2?
- Experimentos futuros variarão as amplitudes relativas das taxas de cisalhamento nos campos de cisalhamento oscilatório e sobreposto, para entender suas contribuições relativas e a natureza de suas interações.
