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ISFRS2015 Rhéonique

7ÈME SYMPOSIUM INTERNATIONAL SUR LA RHÉOLOGIE ET ​​LA STRUCTURE DES ALIMENTS: Un nouveau viscosimètre pour les applications de la rhéologie alimentaire

Aperçu

Le Symposium international sur la rhéologie et la structure des aliments (ISFRS) a été organisé par l'Institut de l'alimentation, de la nutrition et de la santé à l'ETH Zürich.

Le Symposium international sur la rhéologie et la structure des aliments répond aux besoins des chercheurs en rhéologie et structure des aliments. Le symposium est consacré à la rhéologie des aliments et des systèmes connexes, à la structure et à l'analyse de la structure des aliments, et à la relation complexe entre la transformation des aliments, la structure, la rhéologie et la qualité des aliments qui en résulte. Un aperçu de l'état de l'art et un focus détaillé sur les problèmes récents sont donnés par la conférence d'ouverture et plusieurs conférences principales qui sont présentées par des scientifiques bien connus.

Le Dr Joe Goodbread, CTO de Rheonics a prononcé une conférence sur - «Un nouveau viscosimètre de procédé pour les applications de rhéologie alimentaire»; citant l'utilisation de  SRV viscosimètre dans les applications de rhéologie alimentaire.

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Livre des résumés ISFRS 2015

Abstrait

Les viscosimètres à processus vibratoire sont connus depuis près de 60 ans, mais n'ont trouvé qu'une application modeste dans les processus de fabrication des aliments, où le contrôle de la consistance des produits est une priorité élevée. Cela est dû à la croyance bien ancrée des opérateurs de processus que seules les mesures de cisaillement définies sont capables de prédire le comportement des produits généralement non newtoniens, souvent inhomogènes qu'ils fabriquent. Un nouvel instrument, le viscosimètre de processus Rheonics SRV, est issu d'une gamme de viscosimètres vibrationnels qui ont été largement acceptés dans l'industrie agroalimentaire car ils se sont révélés capables de contrôler la cohérence dans des processus complexes tels que le mélange de pâte, la coagulation du fromage, et le brassage de la bière. Le SRV s'appuie sur cet héritage et y ajoute une nouvelle structure de résonateur équilibrée qui le rend compact, simple à installer et exempt de la sensibilité aux conditions de montage qui a affligé les conceptions antérieures qui manquent de sa structure symétrique. Étant donné que les viscosimètres vibrationnels fonctionnent en mesurant le taux de perte d'énergie d'un résonateur immergé dans le fluide testé, toute perte d'énergie supplémentaire due aux vibrations transférées aux structures environnantes limite la stabilité et la reproductibilité des mesures de l'instrument. Le résonateur équilibré Rheonics (brevet en instance) garantit la reproductibilité et la stabilité les plus élevées possibles dans un instrument résonnant en éliminant la transmission des vibrations du résonateur aux structures environnantes. D'autres améliorations aux viscosimètres vibratoires traditionnels comprennent des systèmes brevetés pour le rejet des vibrations ambiantes dues aux pompes et autres machines de processus, ainsi que des transducteurs électromagnétiques avancés avec un rejet sans précédent des interférences magnétiques des machines voisines. Le Rheonics SRV a déjà fait ses preuves dans une ligne de processus complexe d'enduction de boue pour laquelle l'opérateur pensait initialement que seul un instrument rhéologiquement précis pouvait contrôler le processus. L'opérateur a constaté que la sensibilité et la stabilité élevées du SRV permettaient de contrôler le processus par une mesure en un seul point, alors qu'une batterie d'autres instruments capables de mesurer la densité et la teneur en solides n'était pas suffisamment sensible pour mesurer les petites variations du flux de processus qui étaient cruciales pour un revêtement uniforme et adhérent.

Applications

Le SRV peut être utilisé partout où des mesures en un point de la viscosité apparente sont requises, que ce soit dans des fluides newtoniens ou non newtoniens.

Les applications comprennent:

  • Mélange de pâte
  • Contrôle de la viscosité du fioul lourd
  • Surveillance et contrôle du processus de revêtement des boues
  • Optimisation du pompage
  • Surveillance de la polymérisation

Exploration de la viscosimétrie vibrationnelle pour les mesures rhéologiques

  • Le viscosimètre vibrationnel semble être un candidat peu probable pour les mesures rhéologiques:
    • Le cisaillement a lieu dans une fine couche limite autour de la sonde, plutôt que dans le fluide en vrac
    • Le cisaillement est oscillatoire, changeant de direction avec la fréquence de vibration de la sonde - environ 7.4 kHz. pour le Rheonics SRV.
    • Le capteur est effectivement immergé dans un volume semi-infini de fluide, de sorte que les gradients de vitesse ne sont pas définis.
  • Du côté positif:
    • Ils sont très stables
    • Bien que le taux de cisaillement soit inconnu et inconnaissable, il est reproductible, de sorte que les viscosimètres vibrationnels sont bons pour maintenir les propriétés d'écoulement d'un fluide constant dans un environnement de processus

La superposition d'un champ de cisaillement en vrac sur un viscosimètre vibrationnel peut fournir des informations rhéologiques utiles

  • Observation: Lorsqu'un capteur vibratoire tel que le SRV est placé dans un matériau très sensible au cisaillement comme le ketchup de tomate, sa viscosité indiquée fluctue fortement lorsque la sonde se déplace à travers le matériau.
  • Cela suggère que si le capteur était placé dans un champ de cisaillement uniforme et contrôlable, la modification de sa vitesse de cisaillement pourrait donner des informations sur les propriétés sensibles au cisaillement du fluide.

Un simple "rhéomètre" à cisaillement superposé

  • Un cylindre d'échantillonnage tourne autour de son axe par un moteur à vitesse contrôlable
  • La sonde viscosimétrique vibrationnelle est immergée dans le fluide
  • La viscosité indiquée du fluide est enregistrée lorsque la vitesse de rotation varie
Un simple "rhéomètre" à cisaillement superposé

Le «compteur de ketchup»

  • Un viscosimètre Rheonics SRV est immergé dans un cylindre contenant un échantillon de ketchup aux tomates.
  • Un moteur commandé par ordinateur (sous la plate-forme en bois) fait tourner l'échantillon à une série de taux et de durées fixes.
  • Le boîtier de contrôle du viscosimètre transmet les valeurs de viscosité mesurées à l'ordinateur.
Le «compteur de ketchup»

Comportement de cisaillement superposé du ketchup

  • La viscosité indiquée dans le cylindre stationnaire est d'environ 120 mPa.S. (Région 1)
  • Lorsque le cylindre tourne, la viscosité indiquée chute. Chaque étape est un doublement du taux de rotation. La viscosité s'approche d'une asymptote (Région 2)
  • Lorsque la rotation est arrêtée, la viscosité augmente lentement jusqu'à un nouveau niveau asymptotique (région 3).
  • Certaines caractéristiques de ce comportement sont reproductibles avec précision (deuxième cycle de mesure).
Comportement de cisaillement superposé du ketchup

Mesure traditionnelle de la cohérence du ketchup: le consististomètre de Bostwick

  • Le ketchup peut couler sous son propre poids. La distance parcourue en 30 secondes est une mesure de sa cohérence.
  • Un bac improvisé de type Bostwick a été utilisé dans notre laboratoire pour mesurer 3 produits de ketchup différents. Les distances parcourues étaient:
    • Ketchup 1 (une marque populaire): 13 mm
    • Ketchup 2 (une marque de magasin «économique»): 39 mm
    • Ketchup 3 (une marque de magasin «légère»): 28 mm
Consistomètre de Bostwick

Comportement de 3 ketchups dans des mesures de cisaillement superposées

  • Observations
    • K1 avait le Bostwick le plus bas, la viscosité initiale la plus élevée et la récupération la plus lente.
    • K2 avait la plus faible viscosité à cisaillement élevé, la récupération la plus rapide.
    • K3 était un amincissement par cisaillement à des taux faibles, un épaississement par cisaillement à des taux plus élevés
    • La viscosité finale récupérée était bien corrélée avec la consistance de Bostwick
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Conclusions

  • Le cisaillement superposé a eu une grande influence sur la viscosité indiquée.
  • Les corrélations entre le cisaillement superposé et la viscosité indiquée étaient reproductibles pour les trois variétés de ketchup.
  • Chaque variété de ketchup avait une réponse «signature» unique et reproductible aux variations du cisaillement superposé.
  • La «viscosité récupérée» indique une bonne corrélation avec la mesure du consistomètre Bostwick, ce qui implique que cette méthode pourrait être utilisée pour des mesures en ligne et en ligne des mêmes propriétés capturées par les mesures Bostwick.

Questions ouvertes et travaux futurs

  • Comment le cisaillement local dans la couche limite oscillatoire interagit-il avec le cisaillement global dans le champ de cisaillement superposé?
  • Que peuvent nous dire ces mesures sur la structure des substances de type ketchup - celles dont la limite d'élasticité et la viscosité dépendent du cisaillement? En particulier, pourquoi le matériau le plus structuré - le ketchup 1 - prend-il plus de temps pour revenir à une valeur de viscosité au repos que le moins structuré - le ketchup 2?
  • Les expériences futures varieront les amplitudes relatives des taux de cisaillement dans les champs de cisaillement oscillatoires et superposés pour comprendre à la fois leurs contributions relatives et la nature de leurs interactions.

Solutions

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