1.Wielkości określające właściwości fizyczne materiałów spożywczych.
a. gęstość materiału - jednoskładnikowej substancji nazywa się stosunkiem masy do objętości.
m – masa, v – objętość w m
a. gęstość nasycona ( luźno nasyconego materiału z uwzględnieniem przestrzeni):
kg/m
- gęstość nasycona materiału,
- gęstość rzeczywista materiału ziaren,
V- objętość luźno sypanego materiału,
V- objętość luźnych przestrzeni,
- porowatość materiału ziarnistego.
b. ciężar właściwy:
c. współczynnik wypełnienia – objętość materiału do objętości całkowitej.
Vm – materiał
d. współczynnik porowatości – odwrotność współczynnika wypełnienia.
e. współczynnik kształtu
Fk- powierzchnia kulki, Fm- pow. materiału rzeczywistego.
Jak uwzględnia się wieloskładnikowość w określaniu właściwości?
Wieloskładnikowość
uwzględnia się na podstawie właściwości materiałów wieloskładnikowych (właściwości zależą od składu), np. mleko (woda-białko).
a. C- dowolna cecha mieszaniny (ciężar właściwy, gęstość, lepkość)
X- udział masowy składnika,
X- udział masowy w całkowitej masie mieszaniny.
Materiały dwuskładnikowe (sucha masa+woda)
w- woda, s- sucha masa
b. sprężystość E – na ile ciało odkształca się pod wpływem obciążenia.
Odkształcenie może mieć charakter liniowy, np. sprężyny lub pręta.
c. lepkość – charakteryzuje właściwość wynikającą z odkształcenia nieodwracalnego.
1. Model reologiczny wyjaśniający zjawisko relaksacji.
Reologia – nauka zajmująca się badaniem zachowania ciał o właściwościach złożonych.
a. ciało sprężyste-lepkie (element sprężysty można połączyć z elementem lepkim w sposób szeregowy).
-prędkość, ciało lepkie- istotna jest prędkość z jaką następuje odkształcenie.
b. ciało lepkie
c. ciało złożone – ciało Maxwella
Funkcja relaksacji dla ciała Maxwella:
Relaksacja – zanikanie naprężeń w t.
Proces relaksacji – rozpoczyna Asię od momentu obciążenia materiału. Następuje redukowanie naprężeń, które powstają w materiale w czasie jego odkształcenie. Na początku występuje relaksacja natychmiastowa, a następnie płynięcie materiału. Po dostatecznie długim czasie materiał przestaje relaksować, a niezrelaksowana część odkształcenia wyznacza odkształcenie trwałe.
Model reologiczny wyjaśniający zjawisko pełzania.
Pełzanie materiału –zachodzi pod działaniem siły. Krzywa pełzania składa się z odkształcenia natychmiastowego, które obrazuje odkształcenie sprężyste. Następnie obserwuje się odkształcenie plastyczne i lepkie.
4.Rodzaje i zasady działania generatorów przepływu.
A generatory przepływu – urządzenia wymuszające przepływ:
- wentylatory (osiowe,promieniowe,skośne,poprzeczne),
- pompy (osiowe, promieniowe),
- pompy-generatory wyporowe (wyporowe,wirnikowe,tłokowe),
- dmuchawy (gaz),
- sprężarki (porcjowe,wyporowe).
Wentylatory – są to wirnikowe maszyny łopatkowe przekazujące energię mechaniczną do przemieszczalnego gazu, wywołując w ten sposób ciągły jego przepływ, przy maksymalnym sprężeniu.
Wentylatory są stosowane głownie do celów wentylacyjnych w przemyśle spożywczym (filtracja, odpylanie, suszenie, transport pneumatyczny).
Wentylator osiowy – o mniejszym przyroście ciśnienia ale o bardzo dużej wydajności.
Tego rodzaju generatory mają najwyższą wydajność.
Zasada działania: podczas obrotu wirnika za każdą łopatką powstaje obszar ciśnienia gazu obniżonego w stosunku do ciśnienia panującego przed łopatką co powoduje zasysanie czynnika, wentylator obracając się powoduje, że cząstki płynu ślizgają się względem łopatek tego wirniak.
Wentylator promieniowy
Głównym elementem jest wirnik składający się z piast. Na piaście montowane są łopatki spiralne. Mogą być mocowane na tarczy.
Sprężarka – maszyna energetyczna, której zadaniem jest podwyższenie ciśnienia gazu[1] lub wymuszenie jego przepływu (nadanie energii kinetycznej).
W sprężarce ciśnienie ssawne - ps jest nieznacznie niższe od ciśnienia atmosferycznego (na tyle tylko by zachować zdolność ssania), zaś ciśnienie tłoczne pt znacznie wyższe od atmosferycznego, jak na to wskazuje parametr π.
Rodzaje sprężarek: wyporowe (tłokowe, przeponowe), wirowe (promieniowe i osiowe), rotacyjne (łopatkowe).
Zasada działania sprężarek tłokowych: Podczas ruchu tłoka następuje zmniejszenie ciśnienia w komorze cylindra, a po otwarciu zaworu ssawnego ciśnienie zatrzymuje się na stałym poziomie.
Dmuchawa składa się z kadłuba i pary wirujących krzywek. Krzywki te w każdym położeniu dotykają do korpusu i do siebie. Do jednej z krzywek doprowadzony jest napęd, druga jest napędzana za pośrednictwem przekładni zębatej.
Pompa jest to urządzenie do transportowania cieczy z jednego poziomu na drugi
Typowa pompa napędzana jest energią mechaniczną. Energia przekazywana jest cieczy za pomocą organu roboczego, którym może być wirnik, tłok lub membrana. Działanie pompy polega na wytwarzaniu różnicy ciśnień pomiędzy stroną ssawną (wlotem) i tłoczną (wylotem).
Pompy tłokowe – pracują w cylindrze w nim umieszczony jest tłok. Występuje zawór ssący i wylotowy.
Pompy wirowe – zasada działania – poleg ana tym, że wirnik powoduje zwiększenie momentu pędu bądź krążenia przepływającej cieczy. Przepływ realizuje wirnik z łopatkami. Zmniejszenie ciśnienia w króćcu ssawnym pompy wywołuje zjawisko[1] ssania, a energia mechaniczna przekazana przez wirnik zwiększa moment pędu cieczy.
Wśród pomp wirowych wyróżniamy: odśrodkowe, helikoidalne, diagonalne i śmigłowe.
6.Zaleznosc miedzy wydajnością i ciśnieniem wytwarzanym przez generatory przepływu.
- przepływ uzależniony jest od ciśnienia które wymusza ruch –o prędkości przemieszczenia decyduje lepkość ,im większa tym większe opory przepływu –stopień wypełnienia –jeżeli urządzenie ma wysoki wydatek to Male ciśnienie –gdy jest duże ciśnienie to małą wydajność
– duża przepustowość Male ciśnienie
7.Charakterystyka pompy oporu instalacji i punkt pracy.
Charakterystyka rurociągu ∆hs=f(v) nazywa się wykreślenie ,zależność miedzy wysokością strat hydraulicznych w instalacji pompowej a strumieniem objętości. Punkt przecięcia charakterystyki instalacji a char. pompy jest rzeczywistym punktem pracy pompy. Zakładając przybliżona liniowa charakterystykę teoretycznej wysokości podnoszenia od strumienia objętościowego pompy można ją ogólnie zapisać H=X-Y*V gdzie:XiY- stale dla danej pompy przy n=const
8.Mechanizmy ruchu materiału w wytłaczarce ślimakowej
Wytłaczarki ślimakowe są stosowane do formowania makaronów składa się z leja załadowczego ,ślimaka tłoczącego ,cylindra oraz matrycy. Konstrukcja ślimaka jest uzależniona od rodzaju formowanego materiału. Materiał znajdujący się w przestrzeni pomiędzy cylindrem i ślimakiem jest wprawiany w ruch promieniowy i osiowy. Prędkość promieniowa ciasta maleje od max. Wartości przy rdzeniu ślimaka do 0 na wewnętrznej powierzchni cylindra. Prędkość osiowa zwiększą się od 0 przy rdzeniu ślimaka do max. Wartości przy zew. Krawędzi ślimaka. W miarę przesuwania się ciasta a kierunku matrycy wzrasta ciśnienie w materiale. Ruch ciasta zostaje wyhamowany a w niektórych momentach może występować wsteczny przepływ materiału. Intensywny ruch materiału w wytłaczarce powoduje wytworzenie się pewnych ilości ciepła wskutek tarcia. Temperatura materiału może podnieść się o 15-20 C.(
9.Rozklad ciśnienia na wys. zbiornika cieczy i materiału sypkiego.
A)ciecz-tarcia podczas spoczynku zanika i ciśnienie wywierane na plyn na poziomie h pod powierzchnia wynosi p=po+p*g*h po- ciśnienie nad poziomem cieczy lub w najwyższym poziomie punkcie zbiornika p- gęstość płynu Dla wody zmiana ciśnienia z wysokością wynosi np.0.1 bar/m(rysunek) b)materiał sypki w zbiorniku o ścianach pionowych W ciałach stałych również i w stanie spoczynku występują siły tarcia które powodują inny rozkład cisnien.Skladowa pozioma tego ciśnienia ph sprawia ze parcie na dno nie jest równe iloczynowi powierzchni dna, gęstości przyspieszenia ziemskiego i wysokości warstwy materiału lecz mniejsze od tej wartości o ciężar materiału równoważony tarciem materiału o ścianę. Składowa pionowa ciśnienia pv wzrasta ze zwiększeniem wysokości warstwy materiału ale wskutek tarcia także mniejsze. Skladowa pv zmierza do wartości asymptotycznej f1-wspolczynnik tarcia materiału o ściankę A- przekrój zbiornika lo-obwód (rysunek) c)materail sypki zbiornik stożkowy- wartość pv przechodzi przez max
10.Dlaczego otwory silosów musza mieć otwory większe od średnicy krytycznej?
Dlatego aby nie następowało zatykanie otworu wysypywanego silosu na skutek np. niejednorodności wielkości cząstek materiału sypkiego.
11. Metody rozdrabniania a właściwości materiału spożywczego?
A. materiały kruche( zboża, kawa, lód, zamrożone mięso, pieprz)
a. metoda rozdrabniania przez zgniatanie
b. rozdrabnianie przez zderzanie np. rozdrabnianie młotkowe
c. metoda udarowa- rozdrobnione cząstki są rozpędzone a następnie uderzają o nieruchomą przegrodę oraz wzajemnie się zderzają na skutek różnicy prędkości ( stosowane w rozdrabniaczach strumieniowych)
B. materiały o konsystencji stałej ale o różnym stopniu plastyczności i wytrzymałości (warzywa, owoce, ziemniaki, mięso)
a. rozdrabnianie metodami bezpostaciowymi oparte na metodzie udarowej polega na rozdrobnieniu poprzez rozcieranie ( metoda mikroskrawania uzyskuje się dużą ilość bardzo małych elementów, wiórek)
b. metoda rozdrabniania kształtowego, za pomocą: cięcia np. ser, krojenia np. chleb. Formułuje się odpowiednie kształty.
C. metoda rozdrabniania płynów przy tworzeniu zawiesin lub emulsji (np. margaryna- cząsteczki tłuszczu zawieszone w wodzie, mleku) rozdrabniane w ośrodku płynnym. Rozdrabnia się kuleczki tłuszczu i białka w mleku.
Homogenizacja- rozdrabnianie cieczy lub rozdrobnienie w ośrodku ciekłym.
12. opór cięcia noża klinowego
Ostrze noża uformowane w postaci klina. Klin zagłębiony w strukturze materiału rozdrabnianego. Aby spowodować cięcie trzeba wykorzystać pewną siłę, aby pokonać opory materiału. Nóż w stosunku do materiału przemieszcza się. Działa na materiał siłą P z którą naciska nóż. Sile cięcia p przeciwdziałaja 2 siły: siła normalna i siła tarcia, wynikające z przemieszczania się ostrza noża w głąb materiału rozdrabnianego.
W wyniku działania Q następuje rozrywanie materiału
P= Nk + Tk P= tgα/2 + Q*µ
P= Q(tgα/2 + µ)
N= Q/ cos α/2
Nk= N* sin α/2 à Nk= Q*( tgα/2 / cos α/2 )= Q* tgα/2
Siła tarcia to siła normalna i współczynnik tarcia µT= N*µ
Tk= T* cos α/2
Tk= Nµ* cos α/2
Tk= Q/ cos α/2 *µ* cos α/2 à Tk= Q*µ
Q- określa spoistość materiału, powoduje rozrywanie struktury materiału.
Tgα/2 kąt klina
Duża efektywność procesu tarcia, ale krótka trwałość.
Im kąt klina jest mniejszy to opór klina będzie mniejszy. W procesie cięcia najważniejszy jest klin.
a)Energia jest proporcjonalna do ilości rozdrobnionego materiału Er=m*Em gdzie:Er- energia rozdrabniania materiału ,m- ilość rozdrobnionego materiału, Em- współczynnik energii jednostkowej
Moc rozdrabniania-masowe natężenie przepływu i energii jednostkowej Em
Energia zależy od wskaźnika jednostkowego ,energii nie odniesionego do powierzchni i pomnożone przez przyrost powierzchni Er=ef*∆f-(teoria powierzchniowa)i jest bardzo stałym parametrem
Sprawność rozdrabniania- Energia teoretyczna rozdrabniania =sprawność rozdrabniania *energia mechanizmu rozdrabniającego Etr=ŋr*Emr Wielkość sprawności energetycznej jest bardzo zróżnicowaną waha się w granicach 5-80%,∆Er=Emr-Etr,Emr-energia mechanizmu rozdrabniania, Etr- energia teoretyczna rozdrabniania ,∆Er- zostanie zamieniona na energie cieplna procesu rozdrabniania Qr. Jest to energia strat. Obniża sprawność rozdrabniania. Moc silnika maszyny rozdrabniania 4kW-40kW,srednia sprawność 30-40%a pozostałe to straty. Podgrzewanie materiału podczas rozdrabniania jest niekorzystne, obniża, sprawność
14 Istota ciecia poślizgowego (poślizg zmniejsza opór)
Λ=Vt/Vn (rysunek)
Proces ciecie jest realizowany sama krawędzią noża. Vn- kierunek normalny do krawędzi ciecia, Vt- kierunek styczny
Wybrany punkt na nożu przemieszcza się w kierunku normalnym. Prędkość całkowita ruchu noża V to wypadkowa kierunku vn i Vt
Cieciem poślizgowym(krojenie)nazywamy ciecie z prędkością styczna. Współczynnik poślizgu λ=Vt\Vn Vt=0→λ=0 Vt>0→λ>0Ze znacznie mniejszym oporem, wykonuje się ciecie, gdy nóź wykonuje kierunek styczny. Mechanizm zmniejszania op...
t500