vat ly thuc pham thiet bi do do nhot

Bài tiểu luận môn vật lý thực phẩm, hệ đại học liên thông, các thiết bị đo độ nhớt trong thực phẩm. Độ nhớt của một chất lỏng liên quan chặt chẽ đến vận tốc chuyển động của chất lỏng đó. Chúng ta đã biết rằng các chất lỏng tự chảy với vận tốc khác nhau: các loại dầu có độ nhớt lớn trong khi nước hay benzen lại có độ nhớt rất nhỏ. Các khí cũng có độ nhớt nhất định nhưng so với chất lỏng thì nhỏ hơn nhiều. Các chất lỏng thì hay dính bám trong khi chất khí thì ít hơn. Các lực tương tác giữa các phân tử ít nhiều gây cản trở cho sự trượt của các phân tử đối với nhau cũng như chuyển động của một vật trong chất lỏng đứng im hay ngược lại sự chảy của chất lỏng trên bề mặt vật dẫn.

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TPHCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO MÔN: VẬT LÝ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI: THIẾT BỊ ĐO ĐỘ NHỚT

TPHCM, NGÀY 27/05/ 2017

Độ nhớt của một chất lỏng liên quan chặt chẽ đến vận tốc chuyển động của chất lỏng

đó Chúng ta đã biết rằng các chất lỏng tự chảy với vận tốc khác nhau: các loại dầu

có độ nhớt lớn trong khi nước hay benzen lại có độ nhớt rất nhỏ Các khí cũng có độnhớt nhất định nhưng so với chất lỏng thì nhỏ hơn nhiều Các chất lỏng thì hay dínhbám trong khi chất khí thì ít hơn

Các lực tương tác giữa các phân tử ít nhiều gây cản trở cho sự trượt của các phân tửđối với nhau cũng như chuyển động của một vật trong chất lỏng đứng im hay ngượclại sự chảy của chất lỏng trên bề mặt vật dẫn

Độ nhớt tương ứng với lực cản lớn bao nhiêu thì lực tương tác giữa các phân tử cũnglớn bấy nhiêu Khi một chất lỏng chảy trên một bề mặt, lớp chất lỏng gần sát bề mặthầu như không chuyển động trong khi các lớp càng xa bề mặt thì chảy càng nhanh

Tỷ số giữa vận tốc và khoảng cách đến thành dv/dy là gradient vận tốc

+ Đơn vị cũ: Poise, viết tắt (P)

+ Đơn vị mới: Pascal.sekunde = Pascal.giây, viết tắt [Paξ]

Mối quan hệ của chúng:

1P = 0,1Pa S ; 1Pas = 10P = 1Ns/m2 x 1 kg/ m.S

Phần lớn các chất lỏng Newton có độ nhớt nhỏ

ví dụ: Nước nguyên chất, bơ ca cao nguyên chất, dầu thực vật nguyên chất, các dung dịch có chứa độ khô < 60Bx…

Đối với chất lỏng Newton, người ta có thể biểu diễn trạng thái độ nhớt của nó qua đường cong chảy.

 Đặc trưng đối với độ nhớt Newton:

– Đường cong chảy là đường thẳng

– Đường cong chảy đi qua gốc toạ độ

– Góc α1 > α thì độ nhớt tăng, khi độ nhớt ban đầu với góc α

– Góc α2 > α thì độ nhớt giảm, khi độ nhớt ban đầu với góc α

Nếu biểu diễn quan hệ trên bằng một đường cong độ nhớt, ta có:

 Đặc trưng đối với độ nhớt Newton:

– Đường cong độ nhớt là một đường thẳng

– Đường cong độ nhớt song song với trục hoành

+ Chất lỏng không Newton: Khối sôcôla lỏng, bột nhão… không phải là chất lỏng nguyên chất mà là hỗn hợp phân tán của các cấu tử ở dạng (lỏng, rắn hoặc bán rắn hay bán lỏng) khác nhau

Ví dụ: Quan hệ chảy của khối sôcôla thay đổi do các cấu tử khuyếch tán trong bơ cacao (chất lỏng nguyên chất) theo các biểu hiện sau đây:

– Độ nhớt của khối sôcôla lỏng lớn hơn độ nhớt của bơ cacao nguyên chất

– Độ nhớt của khối sôcôla thay đổi như là một hàm số của vận tốc cắt

 Đặc trưng của chất lỏng không Newton: (ví dụ: sôcôla)

• Đường cong chảy:

– Đường cong chảy không bắt đầu tư τ = 0, mà là từ τ = τo: nghĩa là điểm đầu tiên sau khi vượt qua giới hạn cháy

– Sự tăng lên của góc α của đường cong ở giá trị lớn nhất (độ nhớt cao) và thay đổi theo vận tốc cắt (γ’) tăng

• Đường cong độ nhớt:

– Sau khi vượt qua giới hạn chảy τo thì khối sôcôla bắt đầu chảy với độ nhớt ban đầucực đại ηo Với vận tốc cắt tăng thì độ nhớt giảm và độ nhớt cân bằng không thay đổi η∝ Với vận tốc cắt tăng thì độ nhớt giảm và độ nhớt cân bằng không thay đổi η∝ đạt được giá trị cao của vận tốc cắt γ’

– Độ nhớt ban đầu cao ηo là do cấu trúc của các phần tử khuếch tán trong bơ cacao.– Nhờ lực cắt tác dụng τ mà cấu trúc giảm đi với vận tốc cắt tăng Cuối cùng, một sự giảm cấu trúc hoàn toàn xảy ra ở độ nhớt cân bằng η∝

– Việc giảm cấu trúc là thuận nghịch, nghĩa là vận tốc cắt (γ’) giảm thì lực cắt tác dụng (τ) cũng giảm và cấu trúc được tạo thành trở lại nhất thời hoặc lâu dài Ví dụ: Trạng thái của đường non C: trước, trong và sau khi khuấy trộn.

2. Mục đích xác định độ nhớt:

Độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất, từ độ nhớt ta có thể tính toán được những vấn đề sau:

– Độ thuần khiết của dung dịch Newton và không Newton

– Nồng độ chất hoà tan, nồng độ chất khuếch tán

– Chất lượng của bán thành phẩm và thành phẩm qua sự thay đổi độ nhớt trong quá trình công nghệ, ví dụ chất lượng của mặt rỉ trong quá trình bảo quản, chất lượng của bánh

mì trong quá trình nướng v.v

– Ngoài ra nó còn phục vụ cho việc tính toán truyền nhiệt, chuyển khối, thiết bị khuấy trộn, đồng hoá, vận chuyển bằng vít tài và các thiết bị gia công khác…

3. Độ nhớt động học và độ nhớt động lực:

– Độ nhớt được đo bằng hai phương pháp: động học và động lực

Phương pháp động học là độ nhớt được chảy qua một ống chuẩn ở nhiệt độ chuẩn thường là 40 – 100 độ C Đơn vị là centiStokes (sCt = mm2/s)

Phương pháp động lực là số đo làm trượt một chất dầu trên một chất dầu khác Đơn

vị là centiPoise (cP=mPa.s)

4. Tính nhớt khi đo độ nhớt

Độ nhớt là thước đo của sự ma sát nội bộ của một chất lỏng Ma sát này trở nên rõràng khi di chuyển một lớp chất lỏng đến một lớp khác Việc ma sát nhiều hơn, lực lớn hơn

số lượng của lực cần thiết để gây ra chuyển động này được gọi là trượt (shear) Trượt xảy ra

bất cứ khi nào các chất lỏng là chất chuyển hoặc phân phối như rót, trải ra, phun, trộn, vvchất lỏng nhớt cao do đó đòi hỏi nhiều lực hơn để di chuyển hơn so với vật liệu ít nhớt

Isaac Newton xác định độ nhớt bằng cách dựa trên mô hình đại diện trong hình trên

Hai mặt phẳng song song của chất lỏng của khu vực bằng A được ngăn cách bởi một khoảng cách dxvà đang di chuyển cùng hướng với vận tốc khác nhau V1 và V2 Newton cho rằng

các lực cần thiết để duy trì sự khác biệt trong tốc độ tỉ lệ với sự khác biệt về tốc độ thôngqua các chất lỏng, hoặc gradient vận tốc Để thể hiện điều này, Newton đã viết: trong đó h làmột hằng số cho một loại vật liệu nhất định và được gọi là độ nhớt của nó

Vận tốc gradient, dv/dx là thước đo sự thay đổi về tốc độ mà tại đó các lớp trung gian

di chuyển đối với nhau Nó mô tả những kinh nghiệm xé lỏng và do đó được gọi là tốc độ

trượt Điều này sẽ được ký hiệu là S trong các cuộc thảo luận tiếp theo Đơn vị đo lường

của nó được gọi là nghịch đảo thứ hai (giây -1 )

Thuật ngữ F/A chỉ lực trên một đơn vị arearequired để sinh ra các hành động trượt

Nó được gọi là ứng suất cắt và sẽ được biểu tượng bằng F ‘ Đơn vị của nó đo lường

là dynes mỗi centimet vuông (dynes / cm 2 )

Sử dụng những từ ngữ đơn giản, độ nhớt có thể được định nghĩa toán học bằng công thức này:

của một sự cân nhau hoặc 100 centipoise Bạn sẽ gặp phải đo độ nhớt hiện trong

Pascal-giây (Pa • s) hoặc milli-Pascal-Pascal-giây (mPa · s); đây là những đơn vị của hệ thống quốc tế và

đôi khi được sử dụng trong các ưu tiên cho các chỉ định Metric Một Pascal-thứ hai là bằngmười sự cân nhau; một milli-Pascal – thứ hai là tương đương với một centipoise

Newton cho rằng tất cả các vật liệu có, ở một nhiệt độ nhất định, độ nhớt mà là độclập với tốc độ cắt Nói cách khác, hai lần lực lượng sẽ chuyển dịch nhanh gấp hai lần

Như chúng ta sẽ thấy, Newton đã chỉ đúng một phần

5. Những yếu tố ảnh hưởng đến đo độ nhớt

điều cần thiết trong việc đánh giá các nguyên liệu sẽ phải chịu sự thay đổi nhiệt độ trong sửdụng, chế biến chẳng hạn như các loại dầu động cơ, mỡ bôi trơn, chất kết dính và nóngchảy.

Giải thích : khi nhiệt độ tăng cao, các phân tử dầu nhờn sẽ di chuyển nhanh hơn ,dovậy lực ma sát nội phân tử giữ chúng tăng lên và kết quả là độ nhớt tăng lên

5.2. Áp suất - độ nhớt :

Giải thích : nếu áp suất bên ngoài tác dụng lên dầu nhờn tăng sẽ làm tăng lức hút giữa cácphần tử dầu nhờn vá giảm lực đẩy giữa chúng , do vậy lực ma sát nội phân tử giữ chúngtăng lên và kết quả là độ nhớt tăng lên

5.3. Điều kiện làm việc và bản chất dầu nhờn dầu mỡ bôi trơn :

Giải thích : các phân đoạn sôi cuối của dầu mỏ cho chúng ta các loại dầu nhờn có độnhớt khá cao ,khi phân đoạn sôi cuối càng cao ,dầu càng chứa nhiều phân tử nặng và độnhớt càng lớn , nó càng ảnh hưởng nhiều đên quan hệ độ nhớt - nhiệt độ và độ nhớt - áp suất Nếu trong dầu nhờn có chứa nhiều tạp chất và canự bẩn thì độ nhớt của nó sẽ càng cao

Ngoài 3 yếu tố chính ảnh hưởng trực tiếp đến độ nhớt của dầu mỡ bôi trơn còn cómột số nguyên nhân khác như:

- Là sản phẩm được tái chế: có rất nhiều đơn vị tái chết, chiết lọc lại các loại dầu mỡbôi trơn thải của các nhà máy, máy móc Phần lớn những đơn vị tái chế này không đáp ứng

đủ các tiêu chuẩn cho phép cũng như chất lượng của nó Loại dầu mỡ này vẫn được thịtrường chấp nhận vì giá thành của nó rất rẻ so với sản phẩm chính hãng Vì sự hám lợi trướcmắt mà người sử dụng đang "âm thầm" làm giảm tuổi thọ cũng như hiệu xuất làm việc củamáy móc

- Là sản phẩm nhái, sản phẩm hàng giả: cũng giống như ở trên, đã có một vài số đơn

vị làm nhãn mác giả giống hệt vớ sản phẩm chính hãng, nhằm đánh lừa người tiêu dùng

- Sản phẩm đã bị nhiễm bẩn trước khi sử dụng: do một yếu tố khách quan nào đó trong dâytruyền sản xuất mà đã qua khâu kiểm định chất lượng sản phẩm, hay do cố tình trộn lẫn sảnphẩm đã bị nhiễm bẩn với lô hàng lớn Sự nhiễm bẩn này có thể là bụi bẩn hay các dungmôi khác bị pha lẫn vào dung dịch dầu mỡ chính Quá trình nhiễm bẩn cũng thường xảy ravới các bộ phận hở, rò rỉ không được bảo vệ như các loại sên, vòng bi hở

6. Nguyên lý hoạt chung thiết bị đo độ nhớt

Brookfield

Brookfield engineering laboratories trong hơn 75 năm qua đã đi tiên phong trongviệc phát triển các thiết bị đo để đo độ nhớt và xử lý dữ liệu kích thích sự phát triển củakhoa học Chúng tôi có những điều kiện tiên quyết “biết làm thế nào xác định và kinhnghiệm” giúp bạn lựa chọn các máy đo độ nhớt thích hợp để kiểm soát quá trình sản xuấtcủa bạn

Đầu tiên, bạn sẽ lựa chọn spindle phù hợp và điều chỉnh về tốc độ đo độ nhớt phùhợp và tiến hành đo mẫu ở thể tích 500ml Vì máy đo độ nhớt của brookfield khi xuấtxưởng đều được hiệu chuẩn nên người dùng có thể dùng trực tiếp Kết quả đo chính xác sẽ

thể hiện độ cp và nhiệt độ Thực hiện đo liên tục 3 lần tại cùng một mẫu trên cùng một nhiệt

độ rồi lấy giá trị trung bình

Đối với các mẫu giá trị cao, người nghiên cứu có độ nhớt dưới 15cp hoặc thể tíchmẫu dưới 16ml hoặc cả hai thì cần sử dụng thêm ul adapter để có được độ chính xác cao vàhạn chế sai số hệ thống cao

7. Phân loại máy đo độ nhớt

• Thiết bị đo độ nhớt dòng hiển thị số là dòng DVE bao gồm:

LVDV-E-RVDVE-HADVE-HBDVE

• Thiết đo độ nhớt dạng cơ LV: LVT-RVT-HAVT-HBVT

• Máy đo độ nhớt hiển thị số dòng 1M: LVDV-1M; RVDV-1M; HADV-1M; HBDV-1M

• Máy đo độ nhớt hiển thị số dòng 2T: LVDV-2T; RVDV-2T; HADV-2T; HBDV-2T

• Thiết bị đo độ nhớt lưu biến

7.1. Thiết bị đo độ nhớt dòng hiển thị số DVE

7.1.1. Tính năng cơ bản:

- Điều khiển bằng phím bấm

- Đọc kết quả trực tiếp từ màn hình hiển thị ( Không qua bước tính toán như dòng máy

cơ : LVT,RVT,HAVT,HBVT)

- Hiển thị giá trị độ nhớt: Theo đơn vị cP, P, mPa.s, Pa.s)

- Hiển thị % lực xoắn: % torque

- Hiển thị tốc độ, cánh khuấy

- Máy dễ dàng sử dụng, có phím Range xác định khả năng đọc nhớt tối đa của toànthang đo

- Tốc độ lựa chọn: 18 tốc độ

- Có bong bóng cân bằng nằm phía trước máy (Dễ dàng điều chỉnh)

- Độ chính xác máy: ± 1.0% thang đo

- Độ lặp lại: 0.2% thang đo

- Hiển thị: Màn hình Led, hiển thị độ nhớt, % xoắn, cánh khuấy và tốc độ đang sửdụng

- Kết quả: cPs hoặc mPa.s

- Động cơ: điện tử, hoạt động yên tĩnh và tin cậy

- Thiết kế chống cháy nổ: U.L Class 1, Division 1, Group D locations ( w/oElectronics Drive).

- Nguồn: 220V / 60 Hz

7.1.3. Khoảng đo của các dòng máy đo độ nhớt DVE thường dùng

DVE LV : 1 ~ 2.000.000 cPs ( các đơn vị khác như P, mPa.s, Pa.s) Thường thìkhoảng đo này phù hợp với các mẫu độ nhớt thấp: Mực in, dầu, dung môi, sơn, sơn dầu, sơnnước, thực phẩm, dầu gội đầu, sữa tắm, mỹ phẩm, keo dạng loãng… Riêng bột mỳ nên sửdụng dòng DVE RV để đảm bảo độ bền của thiết bị và đo chính xác hơn

DVE RV : 100 ~ 13.000.000 cPs Dùng để đo mẫu có độ nhớt trung bình : kem, thựcphẩm, sơn…

DVE HA : 200 ~ 26.000.000 cPs Dùng để đo mẫu có độ nhớt cao : Gel, sô cô la,epoxy…

DVE HB : 800 ~ 104.000.000 cPs Dùng để đo mẫu có độ nhớt rất cao : nhựa đường,chất trám, mật mía…

7.2. Thiết bị đo độ nhớt dạng cơ

7.2.1. Tính năng cơ bản

- Khả năng cảm biến mô-men xoắn liên tục

- Độ chính xác đo mô-men xoắn: 1% toàn thang đo

- Độ lặp lại: 0.2% toàn thang đo

- Điều chỉnh tốc độ dễ dàng và on / off kiểm soát

- Tương thích với tất cả các phụ kiện

- Hoạt động đáng tin cậy

7.2.2. Thông số kỹ thuật

- Thang đo độ nhớt : 1 – 2.000.000 cP

- Tốc độ: 3 – 60 rpm

- Điều chỉnh tốc độ: 8 cấp

- Độ chính xác: ± 1.0% trên toàn tầm đo

- Độ lặp lại: ± 0.2 % trên toàn tâm đo

7.3. Máy đo độ nhớt hiển thị số dòng 1M

- Đơn vị đo độ nhớt (cP,P, m Pa.s, Pa.s)

- Độ chính xác: ±1.0% của thang đo

Tốc độ quay moment xoắn

Số spindle đi kèm LVDV- 1M 15 2,000,000 3 -100 (18) 4

Dao diện sử dụng máy đơn giản, dễ dàng sử dụng tiện lợi

Cài đặt đa ngôn ngữ sử dụng rộng rãi toàn thế giới

Máy có khả năng hiển thị giá trị độ nhớt nhiệt độ mẫu kiểm tra,giá trị moment

xoắn,tốc độ quay của cánh khuấy

7.4.2. Thông số kỹ thuật

Khoảng đo độ nhớt (cp hoặc mpa.s) Tốc độ

Model Min Max Rpm Lựa chọn tốc độ DV2T-LV 1 (*) 6,000,000 0.1 – 200 200

DV2T- RV 100 (**) 40,000,000 0.1 – 200 200

DV2T-HA 200(**) 80,000,000 0.1 – 200 200

DV2T-HB 800(**) 320,000,000 1.1– 200 200

- Màn hình hiển thị : màn hình màu 5 inch

- Giá trị hiển thị : Độ nhớt ( đơn vị đo cP, hoặc đơn vị độ nhớt là mPs ), nhiệtđộ mẫu (°C, °F), lực shear rate, % moment xoắn, tốc độ Spindle

- Bảo mật cao với chức năng : Password cho người sử dụng

- Cài đặt thời gian đo mẫu,giá trị trung bình

- Tích hợp đầu dò nhiệt độ đo mẫu ( cung cấp kèm máy)

- Độ chính xác : ± 1 % của thang đo với giá trị hiển thị trên kết quả đo

- Độ lặp lại: ± 0.2 %

7.4.3. Cách lựa chọn máy đo độ nhớt DV2T

Máy đo độ nhớt thấp DV2TLV: Cung cấp cánh khuấy LV sử dụng để đo cho mẫu có

độ nhớt thấp như: mực in, dầu ăn,dung môi…

Máy đo độ nhớt DV2TRV: Cung cấp kèm 6 cánh khuấy RV, sử dụng đo độ nhớt mẫu như dạng kem , thực phẩm , sơn…

Máy đo độ nhớt DV2THA: Cánh khuấ tRV, đo độ nhớt mẫu dạng như dạng Gel, chocolate, Epoxy, keo dính, keo trong nghành thuộc da…

Máy đo độ nhớt DV2THB: cánh khuấy HA, đo độ nhớt mẫu như: nhựa đường, mật rỉđường, bột trét

7.5. Thiết bị đo độ nhớt lưu biến

- Thang đo độ nhớt: 20 – 32000000 cP

- Tốc độ điều chỉnh: 0.1 – 1000 vòng/phút

- Độ chính xác: ± 1% thang đo

- Sử dụng các loại spindle dạng cone: CPE-40, CPE-41, CPE-42, CPE-51, CPE-52

- Tốc độ cắt mẫu (shear rate): 2.0N, 3.84N, 2.0N, 7.50N sec-1(với N = RPM)

- Có 1000 nấc chỉnh tốc độ khác nhau

- Nhiệt độ mẫu đo có thể điều chỉnh được từ -15 to 2500C

- Điều nhiệt thông qua bể điều nhiệt có dây nối

- Màn hình LCD lớn hiển thị các thông số đo sau: nhiệt độ, tốc độ, shear tress, độ nhớt

Ngoài ra, một tính chất quan trọng đáng chú ý của độ nhớt của một hỗn hợp nhiềuthành phần là tính chất không cộng tính Đây là một tính chất cần được quan tâm khi tiếnhành pha trộn nhiều thành phần có độ nhớt khác nhau Vì khi pha trộn độ nhớt thực tế baogiờ cũng thấp hơn độ nhớt tính toán theo lý thuyết trung bình thể tích của các thành phầnhỗn hợp

Khi so sánh độ nhớt của hai chất lỏng phải dùng cùng một đơn vị độ nhớt ở cùngđiều kiện đo

Nhiệt độ càng tăng thì độ nhớt chất lỏng càng giảm Đối với chất khí thì ngược lại,nhiệt độ càng tăng độ nhớt chất khí càng tăng

Ảnh hưởng của áp suất đến độ nhớt không đáng kể.

Nếu p < 20 MPa thì không cần xét tới sự thay đổi độ nhớt khi áp suất thay đổi Sự thay đổi này được mô tả bằng phương trình:

νp= ν (1+kp)

Với:

_ ν : độ nhớt ứng với áp suất khí quyển

_ k : hệ số phụ thuộc loại dầu: k=0,002÷0,003

Trong ngành dược phẩm- mỹ phẩm, thiết bị đo độ nhớt dùng đo độ nhớt sữa tắm, đo

độ nhớt cho dầu gội, đo độ nhớt cho dung dịch thuốc,…

Được ứng dụng trong dạy học, nghiên cứu: đo độ nhớt trong môi trường nuôi cấy vi sinh, môi trường nuôi cấy tế bào,…

Còn trong thực phầm, thiết bị đo độ nhớt dùng để đo độ nhớt của sữa, đô độ nhớt sữachua, độ nhớt chocolate, đo độ nhớt thực phẩm dạng dung dịch đóng hộp, đo độ nhớt nước giải khác dạng chiết xuất,…