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5. Lebensmitteltechnologie > Rheologie > Flashcards

Rheologie Flashcards

1
Q

Was ist Rheologie

A

Wissenschaft der Deformation von Materialien einschließlich des Fließens (als zeitliche Veränderung).

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2
Q

Was ist dilatantes Fließverhalten

A

Fließverhalten einer nicht-newtonschen Flüssigkeit
-> Viskosität (“Zähigkeit”) steigt mit zunehmender Scherbeanspruchung
=> Je stärker die Scherbeanspruchung / Verformung, desto dicker wird sie

Scherbeanspruchung: Kraft, die auf eine Flüssigkeit oder ein Material ausgeübt wird , wenn es in Schichten verschoben oder deformiert wird

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3
Q

Aufgaben der Rheologie (6)

A

◼ Bewertung der Qualität und Verarbeitungseigenschaften von Rohstoffen
◼ Kennzeichnung der Struktur und strukturelle Änderungen im Verlaufe technologischer Prozesse
◼ Prozesskontrolle
◼ Prozessgestaltung und Anlagenplanung
◼ Erzeugung der gewünschten Struktur von Lebensmitteln
◼ Qualitätskontrolle der Fertigprodukte

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4
Q

Welche 4 Klassifizierungen gibt es nach Texturmerkmalen

A
  1. Flüssige Lebensmittel (Milch, Kaffee)
  2. Halbfeste (pastöse) Lebensmittel (Marmelade, Kartoffelbrei)
  3. Feste Lebensmittel (Obst, Brot)
  4. Harte Lebensmittel (Zwieback)
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5
Q

Was ist die Fließgrenze

A

Als Kraft definiert, die aufgebracht werden muss, um einen Stoff zum Fließen (bleibende Verformung) zu bringen

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6
Q

5 Makrorheologische Klassifizierung

A
  • Viskose Körper:
    Lebensmittel ohne Fließgrenze, nicht formstabil, Deformation ist irreversibel
  • Plastische Körper:
    Lebensmittel mit Fließgrenze, fließen nicht durch eigene Schwerkraft, relativ formstabil, Deformation ist irreversibel
  • Elastische Körper:
    Formstabile Lebensmittel
  • Viskoelastische Lebensmittel:
    Lebensmittel ist nicht formstabil, Deformation geht teilweise nach Aufhebung der Spannung und zeitverzögert zurück
  • Plastoelastische Körper:
    Lebensmittel besitzt eine Fließgrenze und ist relativ formstabil, sonst wie viskoselastische Lebensmittel
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7
Q

Welche 3 Grundlegende Deformationsbeanspruchungen gibt es

A

Zug: auseinander ziehen <–>
Druck: zusammen drücken –> <–
Schub: auseinanderziehen auf unterschiedlichen Ebenen (z.B. oben rechts, unten links)

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8
Q

Welche 6 Deformationsarten gibt es

A
  1. Elastisches Deformationsverhalten (Verzerrung)
  2. Plastische Deformation (bleibende Verformung)
  3. Viskose Deformation (Fließen)
  4. Allseitige Kompression
  5. Volumendehnung (Dilatation)
  6. Gestaltänderung (Distorsion)
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9
Q

Welche 3 rheologische Grundmodelle zu rheologischen Verhalten gibt es

A

Dämpfermodell (Newton Element) = Ideal viskoser Körper
Federmodell (Hooke- Element) = Ideal elastischer Körper
Klotzmodell ( St.-Vernant-Element) = Ideal plastischer Körper

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10
Q

Was bedeutet viskoelastisches Verhalten

A

Substanzen, die zugleich elastische als auch viskoses Verhalten aufweisen: viskoelastische und plastoelasische Körper

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11
Q

Was bedeutet Viskosität

A
  • “Zähigkeit” –> wichtigste physikalische Größe in der Rheologie
    => Maß für die Verschiebbarkeit der Fluidteilchen gegeneinander
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12
Q

Was sind Adhäsionskräfte, was bedeutet das für die Fließgeschwindigkeit

A

Kräfte, die zwischen zwei verschiedenen Materialien wirken und dazu neigen, sie aneinander zu haften
–> hohe Adhäsionskräfte => niedrigere Fließgeschwindigkeit

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13
Q

Was ist die Schubspannung

A

Schubspannung ist die auf eine Fläche bezogene Kraft, die parallel zur Angriffsfläche einwirkt

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14
Q

Was ist die Schergeschwindigkeit(sgefälle)

A

Maß für die Bewegung der Fluidschichten, die sich unter Einwirkung der Schubspannung bewegen und einander nachziehen

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15
Q

Wie berechnet man die Viskosität

A

= Schubspannung / Schergeschwindigkeitsgefälle

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16
Q

Was ist die kinematische Viskosität (v) und wie wird sie berechnet

A

-> bezieht die dynamische Viskosität (n) auf die Dichte (p) des fluiden Stoffes

v = n / p

17
Q

Wie wirkt sich Druck auf die Viskosität aus

A

höherer Druck –> höhere Teilchendichte –> mehr Reibung der Teilchen –> höhere Viskosität

18
Q

Wie wirkt sich Temperatur auf Viskosität von Öl, Wasser, Gas aus

A

höhere Temperatur –> niedrigere Viskosität bei Wasser und Öl
=> Teilchen bewegen sich schneller und reiben weniger aneinander

höhere Temperatur –> höhere Viskosität bei Gasen => Teilchen, welche sonst nicht um Platz konkurrieren, stoßen bei höherer Temperatur eher zusammen

19
Q

Charakteristika vom newtonschen Fließverhalten + Beispiele

A
  • newtonsche Fluide sind reinviskos (gleichbleibende Viskosität)
  • Schubspannung und Schergefälle sind miteinander direkt proportional -> dynamische Viskosität ist eine Materialkonstante

Beispiele:
alle Gase
Wasser, Zuckerlösungen
Milch, Wein, Glycerin
pflanzliche Öle

20
Q

Ab wann überwiegen in dispersen Systemen die Fließeigenschaften der äußeren Phase

A

< 5% innere Phase (weniger als 5%)

21
Q

Charakteristika vom nicht-newtonschen Fließverhalten

A
  • nicht-newtonsche Fluide haben keine konstante Viskosität –> wird als scheinbare Viskosität bezeichnet
22
Q

Charakteristika für Strukturviskoses (pseudoplastisches) Fließverhalten

A
  • effektive Viskosität nimmt mit dem Schergradienten ab (Strukturzerstörung)
  • zeitunabhängig (rheostabil)
  • tritt bei dispersen Systemen auf (z.B. Emulsionen)
  • Anfangs- und Endviskosität stellen rheologische Stoffkonstanten dar
23
Q

Charakteristika für dilatantes Fließverhalten + Beispiele

A
  • effektive Viskosität nimmt mit den Schergradient zu (Strukturfestigung)
  • zeitunabhängig (rheostabil)
    Beispiele:
  • Stärke in Wasser
  • nasser Sand
24
Q

Charakteristika von nicht-newtonschem Fließverhalten mit Fließgrenze
- Bingham Fluide
- Cassonsche Fluide

A

Bingham Fluide:
- plastische Substanz
- Schubspannung ist direkt proportional zur Schergeschwindigkeit
- lineares Fließverhalten nach Überwinden des Fließpunktes
Beispiele: Mayonnaise (generell selten)

Cassonsche Fluide:
- plastische Substanz, bei der nach Überwinden des Fließpunktes ein nicht-lineares Fließverhalten auftritt
Beispiele:
- Zahnpasta
- Creme
- Schmierfett
- Kuvertüre

25
Q

Welche nicht-newtonsche Fließverhalten gibt es, die zeitabhängig sind

A

thixotropes Fließverhalten:
- zeitabhängig (rheodynamisch)
- Abnahme der Viskosität unter zeitlicher Einwirkung einer Schubspannung
- Viskosität als Funktion der Variablen Zeit und Schubspannung
- nach Beendigung der Scherung beginnt Regenerierung –> Fluid kehrt zur ursprünglichen Viskosität zurück, wobei der Verlauf der Regeneration nicht dem Verlauf der Scherung entspricht (Hysteresisschleife)
-> bei unechter Thixotropie ist Scherbeanspruchung irreversibel => Ausgangsviskosität wird nicht erreicht

rheopexes Fließverhalten:
- zeitabhängig (rheodynamisch)
- Viskosität nimmt unter zeitlicher Einwirkung der Schubspannung zu
- Aufbau von Strukturen
(ebenfalls Hysteresisschleife)

26
Q

Zweck der Beschreibung und Messung des rheologischen Verhaltens

A

◼ Molekülstrukturen ableiten können
◼ Vernetzungsvorgang beurteilen (z.B. Gelierungsvorgänge)
◼ Stabilitäten von dispersen Systemen kontrollieren
◼ Qualitätsparameter von Lebensmitteln beurteilen
◼ Sensorische Eigenschaften vorhersagen, kontrollieren und einstellen
◼ Strömungsarten während des Förderns bestimmen

27
Q

Womit kann die Viskosität bestimmt werden

A

Rotationsrheometer, Kugelfallviskosimeter, Kapillarviskosimeter für Newtonsche Flüssigkeiten

5. Lebensmitteltechnologie (13 decks)

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