ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені 5В072700 «Азық-түлік өнімдерінің технологиясы» мамандығына арналған азық-ТҮлік өнімдерінің реологиясы

Дәріс жоспары:

1. Құрылымдық-механикалық қасиеттерді өлшеу аспаптарының классификациясы.

2. Ығысулық қасиеттерді өлшеу аспаптары.

3. Компрессионды қасиеттерді өлшеу аспаптары.

4. Беттік қасиеттерді өлшеу аспаптары.

Материалдардың құрылымдық-механикалық қасиетерін өлшеу аспаптары үш топқа жіктеледі: абсолютті, салыстырмалы және шартты.

Абсолютті аспаптар – тәжірибені өткізу жағдайы мен жұмысшы бөліктің геометриялық өлшемдеріне негізделіп, өнім қасиетінің мәнін абсолютті жүйеде көрсетеді.

Салыстырмалы аспаптар материал қасиетіне сәйкес алдын-ала дайындауды қажет етеді де, өлшемсіз салыстырмалы көрсеткіштерді көрсетеді. Бұл мәндерді абсолютті мәнге оңай ауыстыруға болады. Бұл екі топтың аспаптарының көмегімен алынған мәндерді аппараттардың жұмысшы тораптарын есептеуге және шикізат пен өнімнің сапасын бағалауда қолдануға болады.

Үшінші, шартты топ аспаптары өлшенетін шамалардың шартты мәндерін көрсетеді, бұларды есептерде қолдануға келмейді. Бұл аспаптарды өнімнің технологиялық сипаттамасының өзгеруінің кіші диапазонындағы қандайда бір сапалық көрсеткіштерін салыстыру үшін қолданады.

Сонымен қатар аспаптарды дифференциалды және интегралды деп ажыратады. Біріншісі, уақыт пен қиманың кез-келген моменті үшін аспаптағы өнімнің жылдамдығы мен деформациясының таралуын бақылауға мүмкіндік береді. Екіншісі, өлшеудің соңғы, жалпы жағдайын анықтайды. Өнім қасиеті шамасының мәндерін есептеу және бақыланған мәндерді жалпы негіздеу үшін математикалық модельді дұрыс таңдау қажет. Бұл өнімнің нақты жағдайлардағы күйін жоғары дәлдікте сипаттауға мүмкіндік береді.

Негізгі фундаменталды айнымалы болып келесі төрт айнымалы: 1) күш, момент, кернеу; 2) арақышықтық, деформация және деформация жылдамдығы; 3) уақыт; 4) энергия. Осыған сәйкес механикалық өлшеу аспаптары күштің, деформацияның, уақыттың мәндерін есептейтін құрылғылармен жабдықталады. Энергияны осы көрсеткіш бойынша немесе арнайы аспаптар көмегімен анықтайды. Кез-келген аспаптың қиындық туындайтын жері, ол жұмысшы органы болып табылады. Жұмысшы органның аспап көрсеткіштеріне әсерін тәжірибелік жолмен анықтайды. Аталған фундаменталды айнымалылардың ішінде динамикалық факторларды өлшеу қиындық туғызады. Себебі, оның мәні тәжірибе кезінде тұрақты болмайды. Көптеген зерттеулер нәтижесінде реологиялық зерттеулер нәтижесіне өлшеу жүйесінің қатаңдығының әсері зор екені анықталды. Мұны әсіресе қалыптаспаған режимдер үшін және эксперименттік қисықтың бастапқы алаңшаларында байқауға болады. Реологиялық аспаптарды өлшенетін шамасының түріне байланысты төрт топқа жіктейді (кесте 5.1).
Кесте 5.1

Өлшенетін шама	Тұрақты шамалар		Мысал (аспаптың аталуы)
Динамикалық (күш, момент, кернеу)	Геометриялық, кинематикалық		«Peomecm» викозиметрі; ВНИИМП-тің әмбебап аспабы; Симонян ығысуды өлшегіш аспабы
Кинематиклық (уақыт, жылдамдық)		Динамикалық, геометриялық	Вискозиметрлер: РВ-8, Оствальд, Уббелоде, Гепплер
Геометриялық (ұзындық, аудан, көлем)	Динамикалық, кинематикалық		Пенетрометрлер (конусты пластометр КП-3 және басқа)
Энергия (қуат)	Геометриялық, кинематикалық		Брабендер фаринографы; Большаков-Фомин приборы; күш–арақашықтық диаграммасын орындайтын приборлар

Аспаптардың мәндерді ауытқып көрсететіндігінен, бұл жіктелу шартты болып саналады. М.М. Кусаков реологияда екі өлшемді әдістерді қарастырып капилярлы вискозиметрге сипаттама береді. Вискозиметрдің алдын-ала сығымдалған серіппесі тудыратын сұйықты ығыстырушы күші айнымалы болады. Сонымен қатар ығысу жылдамдығының және жүктелудің өзгерісі белгілі заңдылықпен берілетін аспаптар болады. Кестеде 5.1 көрсетілген әдістердің ішінде алғашқы екеуі кең таралаған. Бірінші әдіс – ығысудың тұрақты жылдамдық әдісі. Бұл әдіс электромеханикалық немесе гидравликалық жетек арқылы жүзеге асады. Ол күш әртүрлі диномаметрлермен есептеледі. Екінші әдіс – тұрақты жүктелу әдісі. Бұл әдіс конструкциялы түрде қарапайым, өйткені орын ауыстыру жылдамдығын секундомермен өлшеуге немесе диаграммалық таспаға жазуға болады.

2. Ығысулық қасиеттер өнімнің жанама ығысуы кезінде туындайды. Аққыш жүйелердің ығысулық қасиеттерін өлшеу аспаптары жұмыс істеу әрекеттері бойынша келесі топтарға бөлінеді: ротоционды, капиллярлы, пенетрометрлер. Капилляр деп диаметрі бірнеше ондаған мм-ге дейінгі түзу түтікшені айтады.

Технологиялық процесс кезіндегі өнімнің ішкі өзгерісін тек өзгеріске ұшыраған физикалық қасиеттер арқылы анықтауға болады.

Аспаптардың жұмысы кезінде жүйелік және кездейсоқ қателіктердің болуы мүмкін. Пластикалы-тұтқыр қасиеттерді өлшеген кезде қателік 10%, ал сұйық өнімдерді өлшегенде 2% аспауы керек. Экспериментті жүргізу жоспарын мұқият дайындаған жағдайда қателік 5 және 0,5%-тен аспайды. Ығысулық, компрессиондық және беттік қасиеттерді өлшеуге арналған аспаптардың өзіне тән ерекшелігі болады.

Ротационды және капиллярлы визкозиметрлерде алынған мәндерге сүйеніп, мұнда турбулентті ағын болмайтынын байқауға болады. Яғни, қозғалыс режимі ламинарлы және құрылымдық болады. Қозғалыс режимі Рейнольдс критерийімен сипатталады. Бұл өлшемсіз шама және ағынның кинематикалық энергиясының қатынасына пропорционал болады.

4. Тамақ өнімдерінің беттік қасиеттеріне - қатты бет пен өнімнің шектескен жерінде туындайтын – адгезия және сыртқы үйкеліс жатады. Тамақ өнімдерінің беттік қасиеттерін анықтауға арналған аспаптар адгезиометрлер және сыртқы үйкелісті анықтауға арналған аспаптар болып бөлінеді.

Адгезиометрлердің жұмыс істеу принципі сыртқы күштерді түсіру арқылы адгезиялық қабатты бұзуға негізделеді. Күштің түсуіне байланысты үзу және (бірқалыпты және бірқалыпты емес) және ығыстыру әдістері белгілі. Адгезиометрлерге МТИММП-тің әмбебап адгезиометрі; В.А. Данилов, Ю.А. Мачихин және О.Г. Силаевтың адгезиометрлері; Ю.А. Клаповскийдің адгезиометрі; МТИПП-тің АМ-1 адгезиометрі жатады.

Сыртқы үйкелісті анықтауға арналған аспаптардың классикалық түрлері ауданы бірнеше квадрат миллиметрден ондаған квадрат сантиметрге дейін болатын, жазық беттері жанасатын денелер жұбынан құралады. Ығысу (үйкелу) денелерінің бірін тензометрлік, серіппелі және басқа датчиктердің көмегімен өлшейді. Аз жылдамдықты үйкеліс кезінде беттердің түзусызықты орынауыстыруы жүзеге асады.

Сыртқы үйкелісті анықтауға арналған аспаптардың кең таралған түрлеріне трибометр және Н.Н. Мозениннің құрылғысы жатады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар

1. Материалдардың құрылымдық-механикалық қасиетерін өлшеу аспаптары қандай топқа жіктеледі? 2. Абсолютті аспаптар не үшін қолданылады? 3. Негізгі фундаменталды айнымалы болып қандай айнымалы табылады? 4. Реологиялық аспаптарды өлшенетін шамасының түріне байланысты қандай топқа жіктейді? 5. Аққыш жүйелердің ығысулық қасиеттерін өлшеу аспаптары жұмыс істеу әрекеттері бойынша қандай топтарға бөлінеді? 6. Өнімдердің механикалық деформацияларының негізгі түрлеріне ығысуға қоса көлемдік және өстік сығылу, сонымен қатар өстік созылу жатады. Аталған сипаттамаларды өлшеудің негізгі әдістері қандай? Олардың артықшылықтары мен кемшіліктерін көрсетіңіздер? 7. Пластинаның жетегінің түріне байланысты құрылымдық сұлбалар қалай жіктеледі?

1. Горбатов А.В. Реология мясных и молочных продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 384 с.

2. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых продуктов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 215 с.

3. Реология пищевых продуктов. /Еркебаев М.Ж., Кулажанов Т.К., Мачихин Ю.А., Медведков Е.Б. – Алматы, 2003. – 192 с.

4. Реология пищевых масс /К.П. Гуськов, Ю.А. Мачихин, С.А. Мачихин и др. – М.: Пищевая промышленность, 1970. – 207 с.

5. Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник /Под ред. Ю.А. Мачихина. – М.: Агропромиздат. – 1990 – 271 с.

Дәріс жоспары:

1. Ротационды вискозиметрлер. Роторлардың геометриялық пішіндері. Ротационды вискозиметрлердің теориялық негіздемесі.

2. Капиллярлы вискозиметрлер. Тұтқыр сұйықтәріздес өнімдерге арналған капиллярлы вискозиметрдің принциптік сұлбалары. Капиллярлы вискозиметрлер теориясы.

Пластикалы-тұтқыр дисперсті жүйелерді реологиялық қасиеттерін өлшеу кезінде жұмысшы бетпен өнімнің сырғанауы байқалады. Осы құбылыс болмауы үшін жұмысшы беттерді рифельді етіп жасайды. Мысалы: тегіс роторлы «Peoтecт» вискозиметрі еттартқышта ұсақталған еттің тұтқырлығын өлшеуге жарамсыз болып шықты. «Peoтecт» вискозиметрі өте жоғары емес жылдамдық градиенті аймағында, жоғары ылғалдылықты шұжық фаршына жарамды және Воларовичтің ротационды вискозиметріне ұқсас шамаларды береді.

Ротационды вискозиметрдердің теориясы әртүрлі жұмысшы бет үшін алуан түрлі. Сондықтан біз, ет және сүт өнімдерінің қасиеттерін меңгеруде қолданылатын негізгі ұғымдар мен есептік теңдеулерге тоқталамыз. Ротационды вискозиметрлер – көлемі кіші және өте үлкен ығысу деформациясы үшін кернеу мен деформацияның практикалық біртекті өрісін алуға мүмкіндік беретін теориялық түрде негізделген алғашқы аспап болып табылады. Құрылымдық-механикалық қасиеттерді ротациондық вискозиметрмен зерттеу кезінде келесілерді дұрыс есептеп, таңдаудың ерекше маңызы зор: аспаптың жұмысшы құралдарын тәжірибелік шамаларды жалпы негіздеу үшін математикалық моделдеу, аспаптың көрсеткіштеріне цилиндрдің жақ бетінің әсерін, градиенті қабаттың қалыңдығын және жылдамдық градиентінің шамасы. Кейінірек, осы факторлардың әсері мұқият қарастырылады.

Өлшеуіш роторлардың өлшемі аспаптың көрсеткіштеріне әсер етеді. Әдебиеттерде бұл жайында жалпылама белгіленген тоқталым жоқ, дегенмен аспаптардың жұмысшы құралдарының оңтайлы өлшемдерін таңдауға арналған келесі ұсыныстар бар: сақиналық жұмысшы саңылаудың өлшемі неғұрлым кіші болғанда оңтайлы болып саналады, бұл кезде саңылаудың биіктігі бойынша қысымның таралуы біркелкі болады. Саңылау қалыңдығы бөлшек өлшемдерінен әлдеқайда үлкен болуы тиіс, себебі өлшеу кезінде механикалық бөгелу (кедергі) болмауы тиіс.

РВ-8 типті жартылай сфералы цилиндрлі вискозиметрлер үшін саңылаудың кішіреюімен тұтқыр сұйықтың ағынынан туындайтын қателіктерде де азаяды. Мысалы, майда ұсақталған ет фаршы үшін роторлы сыртқы радиусының RB стақанның ішкі радиусына қатынасы 0,85-0,90 аралығында болғанда оңтайлы болып саналады.

Мысал ретінде цилиндрлі вискозиметрдің коаксиальді саңылауындағы өнімнің ағуын қарастырайық. Вискозиметрдің радиусы R_с қозғалмайтын цилиндрі және бұрыштық  жылдамдықпен айналатын радиусы R_i роторы бар.

Коаксиалді саңылауындағы пластикалы тұтқыр дененің деформациялы күйін зерттеуде үш қабатты байқауға болады. Бірінші қабат – үлкен жылдамдық градиенті бар айналмалы цилиндр. Екінші қабат – ол біріншіден азаяды, ал үшінші – нөлге тең болады, бұнда сырғанақ типті деформациялардың болу мүмкіндігі бар.

Жылдамдық градиенті – градиентті қабаттың қалыңдығымен анықталады. Егер – градиентті қабаттың қалыңдығы Δr деп белгілесек, және Δr≤Rc- Bi, онда ротордың жақ бетінің шеңберлік жылдамдығын ω(м/с) белгілі екенін ескеріп

мұнда N – ротордың айналмалы жиілігі, айн/с,

Бұл теңдеуден қабаттың қалыңдығы градиент шамасын анықтайтынын көреміз.

мұндағы „–” - таңбалы радиус үлкейгенде жылдамдықтың азаятынын көрсетеді.

Коаксиальді саңылаудағы ығысу кернеуі қабаттардың салыстырмалы ығысуы нәтижесінде туындайды.

(6.3) теңдеуіндегі айнымалыларды бөліп және интегралдағаннан кейін (6.1) теңдеуді ескеріп, жылдамдық градиентін есептеуге арналған лагорифмдік заңды аламыз.

(6.1) теңдеуді ескеріп, (6.2) пен (6.4) теңдеуді салыстырғанда, жылдамдық градиенті ротордың айналуындағы шеңберлік жылдамдықпен анықталатынын байқауға болады:

мұнда а - жылдамдық градиентін әр түрлі тәсілдермен анықтау кезіндегі коэффициент.

1. Ротационды визкозиметрлердің жұмысшы органдары қандай болады? 2. Ротационды вискозиметрлер қандай аспап болып табылады? 3. Өлшеуіш роторлардың өлшемі аспаптың көрсеткіштеріне әсер етеді. Әдебиеттерде бұл жайында жалпылама белгіленген тоқталым жоқ, дегенмен аспаптардың жұмысшы құралдарының оңтайлы өлшемдерін таңдауға арналған қандай ұсыныстар бар? 5. Пластометрдың негізгі сипаттамалары болып не табылады? 6. Жылдамдық градиенті деген не? 7. Жылдамдық градиентін жуықтап қандай сызықтық тәуелділік түрінде өрнектеуге болады?

1. Горбатов А.В. Реология мясных и молочных продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 384 с.

2. Мачихин Ю.А., Мачихин С.А. Инженерная реология пищевых продуктов. – М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. – 215 с.

3. Реология пищевых продуктов. /Еркебаев М.Ж., Кулажанов Т.К., Мачихин Ю.А., Медведков Е.Б. – Алматы, 2003. – 192 с.

4. Реология пищевых масс /К.П. Гуськов, Ю.А. Мачихин, С.А. Мачихин и др. – М.: Пищевая промышленность, 1970. – 207 с.

5. Реометрия пищевого сырья и продуктов: Справочник /Под ред. Ю.А. Мачихина. – М.: Агропромиздат. – 1990 – 271 с.