Material Properties of Agricultural Products PDF
Document Details
Uploaded by LionheartedTrigonometry
جامعة المنوفية
Tags
Summary
This document describes the various physical properties of agricultural products, including shape, size, surface area, volume, density, porosity, and water activity. It emphasizes the importance of measuring these properties for analysis and design purposes in agriculture.
Full Transcript
الخصائص الطبيعية للمنتجات الزراعية الخواص التي يمكن وصفها و/أو قياسها بطرق فيزيائية (طبيعية).ويمكن أن تشمل أيضا ً الخصائص التي يمكن حسها أو مالحظتها مثل الرائحة والطعم والنكهة واللون. الشكل والمقاس Shape مساحة ا...
الخصائص الطبيعية للمنتجات الزراعية الخواص التي يمكن وصفها و/أو قياسها بطرق فيزيائية (طبيعية).ويمكن أن تشمل أيضا ً الخصائص التي يمكن حسها أو مالحظتها مثل الرائحة والطعم والنكهة واللون. الشكل والمقاس Shape مساحة السطح Surface area الحجم والكثافة Volume and Density المسامية Porosity النشاط المائي Water activity أهمية قياس الشكل والمقاس ما هو الشكل الذي يجب افتراضه لمادة زراعية ما؟ وما هي األبعاد التي يجبب اتبتادام ا فبي البتبابا ؟ هبذين التؤالين هما من أول األتئلة التي يجب اإلجابة علي ا قبل تحليل منحنى التبريد لفاك ة ما -على تببيل المثبال - أو قبل اتتيعاب كيفية فصل البذور والحبوب الزراعية من الشوائب العالقة ب ا باتتادام الدفع بال واء شااكل المببادة الممئببم مببن معبامم وفببي عمليااان نقاال المااواد الصاالبة باتببتادام ال ببواء أو المبباء يعتبببر افتببرا التصميم ال امة.فالتقدير الدقيق للمتابة المواج ة ( )Frontal areaواألقطار ( )Diametersالمتعلقة ب ا ،ل با أهمية بالغة عند إيجاد الترعة الن ائية ( )Terminal Velocityومعامل التبدبر ( )Drag Coefficientورقبم رينولدز (.)Reynolds Number ويمثل الشكل غير المنتظم والطبيعة المسامية لعديد من المنتجا الزراعية عائقًا يشكل صعوبة عند إجراء القياتا إليجاد البجم والكثافة على تبيل المثال. Criteria For Describing Shape And Size طرق قياس الشكل والمقاس: ( )1المقارنة بأشكال قياسية ()Charted Standards ً شفاف للمقاطع ي االست الرسم باستخدام مثاليف هذه الطريقة يتم مقارنة شكل المنتجات الزراعية ( الطولية والجانبية للمنتج) بأشكال قاسية . الوصف الشكل يقارب الشكل الكروي ()Spheiold -1مستدير ()Round منبسط عند نهاية الساق وفي قمة الجزء األعلى. -2مفلطح (منبطح عند القطبين) ()Oblate القطر الرأسي أكبر من القطر األفقي. -3مستطيل الشكل ()Oblong حاد في اتجاه القمة. -4مخروطي الشكل ()Conic بيضاوي الشكل وعريض عند نهاية الجذع. -5بيضاوي ()Ovate المحاور الموصلة بين الجذع والقمة مائلة. -6منكفي (مائل إلى جنب) ()Lopsided بيضاوي مقلوب. -7بيضاوي مقلوب ()Obovate مقارب للجسم اإلهليلجي. -8إهليلجي (ناقص المقطع) ()Elliptical التشابه مع أجسام هندسية معلومة المساحة والحجم يف بعض ض ضضن امحيض ض ضضا شماننض ض ضضا جقت ض ض ضضك أشض ض ضضكال بعض ض ضضن المن جض ض ضضا محض ض ضضد امشض ض ضضكال ال ندس ض ض ضية المن ظم ضضة المع ضضروح اي ي ضضة حس ضضا المس ضضاحة والحج ضضم لع ضضدم أش ضضكال من ضضا ال ضضرم الماع ضضك م ضضوا وغيها.مثل: ر المس طيال االسطوانة أ -الشكل ال رو المدبك ()Prolate Spheroid األساس ،مثل الليمون ي االهليليج ( )Ellipseحول محوره ي ب -والذي يتكون عندما يدور الشكل (.)Limonويمكن استخدام المعادالت الرياضية التالية لتقدير الحجم ( )Vومساحة السطح يل: ( )Sكما ي ab V = 4/3 (ab 2 ); S = 2 b 2 + 2 Sin -1 e e الشكل المخروطي الدائري المستقيم ( )Right Circular Coneأو الشبكل األتبطواني مثل الجزر ( )Carrotsأو الايار (.)Cucumbersويمكن اتتادام التعبيرا الرياضية التالية: = V 3 ) h ( r12 + r1 r2 + r22 ); S = (r1 + r2 ) h 2 + (r1 - r2 2 0.5 Roundness : حساب استدارة الثمار تعتبر االستدارة مقياسا ً لمدى حدة زوايا الجسم الصلب ولقد اُقترحت طرق كثيرة لتقديرها، الطريقة األولى لتقدير االستدارة: Roundness = Ap/Ac بيث: = Apالمتابة المتتاقطة الكبرى للجتم في بالة تكونه الطبيعية. =Acمتابة أصغر دائرة تبيط بالجتم ،كما في الشكل الطريقة الثانية لتقدير االستدارة: (= r / nRاالتتدارة) Roundness بيث: =rنصف قطر االنبناء كما هو موضح في الشكل ()8 = Rنصف قطر أكبر دائرة يمكن أن تبيط بالجتم من الدال. =nالعدد الكلي للزوايا التي تم من امل ا تبديد أنصاف أقطار ) (rاالنبناءا والتي تم جمع ا في البتط () r " نسبة االستدارة" جـ.الطريقة الثالثة لقياس االستدارة: (Roundness Ratio = rs / Raveنتبة االتتدارة) بيث: ( ) Raveفي هذه البالة هو نصف القطر المتوتط للجتم ( )rsهو نصف قطر االنبناء ألكثر الزوايا بدة ً. حيث أن نصف قطر االنحناء لزاوية منفردة يُم ّكن من إيجاد مدى الدائرية (االستدارة) أو التسطح، طرق قياس مساحة السطح للثمار ()Fruit Surface Area .1إيجاد مساحة السطح الحقيقية: يتم قياس متابة فاك ة (مثل التفاح) بالاطوا التالية: تقشير كامل الثمرة على شكل مقاطع طولية ضيقة. اتتشفاف هذه المقاطع على ورق رتم بياني. اتتادام البمنيميتر (أو أي طريقة قياس) لقياس متابات ا. جمع هذه المتابا والتي تعتبر متابة التطح البقيقية للثمرة. -2المقارنة بأشكال هندسية معلومة المساحة بداللة أبعادها: كما تبق التطرق له في طرق قياس الشكل والمقاس مثل األشكال الكرويبة واالتبطوانية والكبببروي المبببدبب والمفلطبببح والماروطبببي و يرهبببا.وكبببذلل للشبببكل اإلهليلجبببي ( )Elipsoidبمباوره a b c )(3𝑟 − ℎ ℎ 𝑑2 𝑆1,5 = 2𝜋𝑟ℎ = 𝑉1,5 𝜋ℎ2 𝑟= + 3 2 8ℎ او بفرض r =d/2 ℎ1 𝑑12 1 (2.94)2 = 𝑟1 + : = 𝑟1 + =1.58 cm 2 8ℎ1 2 8∗1 𝑆1 = 2𝜋𝑟1 ℎ1 : 𝑆1 = 2𝜋 ∗ 1.58 ∗ 1 = 9.93 𝑐𝑚2 2 (3𝑟1 ) − ℎ1 2 )(3∗1.58−1 𝑉1 = 𝜋ℎ1 : 𝑉1 = 𝜋1 =3.92 𝑐𝑚3 3 3 وبالمثل القطاع 5 𝑆5 = 2𝜋𝑟5 ℎ5 : 𝑆5 = 2𝜋 ∗ 3.04 ∗ 2.85 = 54.49 𝑐𝑚2 2 (3𝑟4 ) − ℎ5 )(3∗3.04−2.85 𝑉5 = 𝜋ℎ5 : 𝑉1 = 𝜋2.852 = 53.6 𝑐𝑚3 3 3 𝑆2 = 𝜋(𝑟1 + 𝑟2 ) ℎ2 2 + (𝑟1 − 𝑟2 )2 𝑆2 = 𝜋(1.47 + 3.19) 42 + (1.47 − 3.19)2 = 63.65𝑐𝑚2 𝑆3 = 𝜋(𝑟2 + 𝑟3 ) ℎ3 2 + (𝑟2 − 𝑟3 )2 = 31.2 𝑐𝑚2 𝑆4 = 𝜋(𝑟3 + 𝑟4 ) ℎ4 2 + (𝑟3 − 𝑟4 )2 = 31 𝑐𝑚2 𝜋ℎ4 𝜋1.5 = 𝑉4 = (𝑟3 2 + 𝑟3 𝑟4 + 𝑟42 ) : 𝑉4 (3.382 + (3.38 ∗ 3.04) + 3.042 ) = 48.6 𝑐𝑚2 3 3 وبالمثل قطاعان 2,3,4 3تقدير الحجم والكثافة ()Density and Volume الكثافة ( )Densityللمواد الغذائية والمنتجاان الزراعياة تلعاب دورا ا هاماا ا فاي كثيار مان التطبيقاان الحيوية.أمثلة لبعض هذه التطبيقان تشمل: oالتدريج والفرز وفصل الشوائب وإيجاد مدى نقاء البذور oعمليان تجفيف وكبس وتخزين األعالف. oتصميم صوامع الغالل واألحمال على جدرانها. oتقييم درجة النضج وجودة المنتجان الزراعية مثل البسلة والاذرة الشاامية الحلاوةا والفاصاوليا والبطااطس والتي تزداد كثافتها كلما اقتربن من النضج. oتقييم قوام ومدى ليونة الفواكه وتقدير المسامان في أنسجة النبان oتسااتخدم فااي حسااابان االنتقااال الحااراري وخاصااة خاارائط توزيااع درجااة الحاارارة داخاال الثمااار المبااردة أو المعالجة. m وتعرف الكثافة بأنها كتلة المنتج لوحدة الحجما = V p = SG بينما الكثافة النوعية هي نسبة كثافة المنتج لكثافة الماءا أي w وهناك عدة تقسيمان للكثافة منها: أ -كثافة الحبة :ويكون الحجم للحبة الواحدة (مثل التفاح أو البطيخ) ب -الكثافة الظاهرية :ويكون الحجم لمجموعة من الحبوب مملوءة في وعاء ذو حجم محدد. ن -الكثافة الحقيقية :ويكون الحجم للحبوب بعد طحنها بحيث ال تكون هناك مسام (نسابيا ا) بينياة باين أو داخال الثمار أو الحبوب. البيانوميي )Pycnometer Method ر طت قة قنينة ال ثافة وال ولو ن ( تعت ببر طريق ببة قنان ببة ال ثا ببة النوعي ببة (البيكن ببوم ر) والتولب بوين ( Toluene الت تم اسبتخداماا للببذور والحببوب لسبنوات عديبدة. ة ر المباش )C6H5CH3من الطرق ي وتب ببتم هب ببذه الطريقب ببة وضب ببع الحبب ببوب يف القنانب ببة (وعب ببا ) ثب ببم تب ببتم تعب ب ببة المسب ببام ب ب الحباب ببات بم ببادة صات مواص ببفات اص ببة.حج ببم ه ببذه الم ببادة ال ب يبت ت ببم ض ببا تاا يمث ببل حجم المسام الحبابات.ويكون: حجم البذور = حجم القنانية – حجم التولوين المضاف. ولسائل التولوين الذي تم ا تياره وائد عدة يمكن تلخيصاا يما ي يل: -1ال يترسب دا ل الحبوب والبذور لتبليلاا ال بقدر بسيط جدا. بطج لب ( )Surface Tensionمبنخف وهبذا يب دي ي شيانب شيانبا -2التبوتر الس ي ناعما ( )Smooth Flowوق سطح الحبة. -3اصات التذويبية منخفضة اصة للدهون والزيوت المتواجدة يف الحبة. -4نقطة غليان عالية بصورة معقولة. -5ال تتغر كثا ت النوعية ولزوجت عند تعرض للجو العادي. -6كثا ت النوعية منخفضة. شل: للبذور لقياس ال ثافة فيما ي ججتبة قنينة ال ثافة خطوا ً ر البيانوميي بو نه فارغا وبو نه بعد ملئه بماء مقطر عند درجة 20م. -1إشجاد حجم قنينة ال ولو ن الضذ شمضا البيانضوم ريي ومقارن ضه بضو -2إشجاد ال ثافة النوعية لل ولو ن الذ يراد اس خدامه عن طت ق و ر البيانوميي عند ن س درجة الحرارم. الماء المقطر الذ شما ا لة ال ولو ن ال ثافة النوعية لل ولو ن = ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ا لة الماء ر ا ر -3او عشم جراما -مثل-من الحبو أو البذور ي الت يراد ر َ البيانومي ثم اساك إشجاد ال ثافة النوعية ل ا وض ْع ا يف نحت ج غىط به الحبو أو البذور.علي ا كمية مناسبة من ال ولو ر ر ً -4اسحك ال واء جدر جيا من البيانوميي باس خدام مضخة ج ت ض ضضغ. من ال ت ض ضضغ وسحك ال ت ض ضضغ -5عند اخ اء فقاعا ال واء وبعد عدم دورا حت جصل درجة الحرارم إىل 20م. ر البيانوميي بال ولو ن وان ظر ر مع إعادم ملء شل: ر -6او البيانوميي واحسك ال ثافة النوعية للحبو أو البذور كما ي ال ثافة النوعية لل ولو ن × ا لة الحبو أو البذور ال ثافة النوعية للحبو أو البذور = ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ض ا لة ال ولو ن المزاح عن طت ق الحبو أو البذور كتلة التولوين المزاح عن طريق الحبوب أو البذور يمكن يجاده بطرح الفرق يف أوزان البيكنوم ر عند مل بالتولوين وعند احتوائ عل الحبوب أو البذور من كتلة ع نة الحبوب أو البذور ( 10جرامات يف هذه الحالة): العينة) – ا لة ال ولو ن المزاح = ا لة العينة–[(ا لة الوعاء +ال ولو ن + (ا لة الوعاء +ال ولو ن)] مثال : اوجد بجم 16ببة من الذرة الشامية إذا تم تزويدل بالمعلوما التالية : كتلة العينة ( 16ببة ذرة شامية) = جم 4.4598 كتلة الوعاء = 55.6468 جم كتلة الوعاء +التولوين = 78.2399 جم كتلة الوعاء +التولوين +العينة = 79.6226 جم كتلة الوعاء +الماء = 81.7709 جم الحل : = الكثافة النوعية للتولوين = 55.6468 - 55.6468/81.7709 - 78.2399 0.8648 4.4598 × 0.8648 = 1.256 الكثافة النوعية للذرة الشامية = ـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ [ ])78.2399 - 79.6226( - 4.4598 4.4598 كتلة العينة تم3 بجم العينة =ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = ــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ = 3.558 1.256 كثافة العينة قياس المسامية)Porosity( : النتبببة المئويببة للفرا ببا الموجببودة بببين ببيبببا المببواد مثببل العلببف والق ب والبببببوب والمنتجبببا المتبببامية األابببرى يبببتم االبتيبببا إلي بببا فبببي أ لبببب األببببوال فبببي الدراتببا الااصببة بتببريان ال ببواء وتببريان البببرارة إضببافة إلببى عديببد مببن التطبيق با األارى. يطلببببق علببببى المتببببامية ( )Porosityفببببي بعبببب األبيببببان اتببببم معامببببل البشببببو ( )PF( )Packing Factorوالتي يمكن بتاب ا من العمقة التالية: الكثافة الصلبة -الكثافة الظاهرية المتامية (أو معامل البشو ( =))PFـــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــــ الكثافة الصلبة ويمكن إيجاد كثافة المادة الصلبة باتبتادام إببدى الطبرق المعروفبة لقيباس الكثافبة، وكثافببة البشببو يمكببن إيجادهببا بببوزن بجببم معببين مببن الجتببيما المعببب ة أو المبشببوة (.)Packed Particleهنا أبد الطرق الشائع اتتادام ا لقياس المتامية. النشاط المائي للمنتجات الحيوية Water Activity of Biological Materials المائ ي أهمية دراسة النشاط ت ب ببركر السب ب بوائل عملي ب ببات تجفي ب ببئ الم ب ببواد الغذائي ب ببة والزراعي ب ببة وك ب ببذل .1 الغذائية. المكونات الغذائية يف عمليات تصن ع األغذيبة متوسبطة انتقال الما .2 الرطوب. ي المحتوى انتقب ببال بخب ببار المب ببا مب ببن المنب ببتج عنب ببد التخب ببزين يف أجب ببوا رطو ب ببة س ب ببية .3 محددة. نفاصي ببة بخ ببار المب ببا وتوازنب ب ب ب ل س ببم الرقب ببائق الب س ببتيكية المغلف ببة .4 للغذا أثنا التخزين السببيطرة عببل التفبباع ت ال يميائيببة مثببل تببدهور الف تام نببات وتحببوالت .5 اإلسمرار غر اإلنزيمية وأكسدة الدهون وتفاع ت التدهور األ رى. دالببة عببل عببدد مببن صببائم وجببودة المببادة الغذائيببة مثببل القببوام ،الحالبة .6 الزجاجية ،و رة الص حية. الطريقة الوزنية :Gravimetric method في هذه الطريقة توضع عينة للمادة الغذائية في إناء زجاجي مبكم التد بيث تعر العينة إلى هواء رطوبته النتبية مثبته عن طريق تبضير مبلول ملبي مركز .درجة برارة ال واء أيضا ً مثبته وذلل بوضع اإلناء الزجاجي داال باضنة أو فرن عند درجة برارة معينة.يتم أاذ قراءا لوزن العينة عند فترا زمنية منتظمة بتى الوصول إلى وزن ثاب وعندها يتم تبديد المبتوى الرطوبي للتوازن للمادة والذي يعني النشاط المائي ل ا.تتميز هذه الطريقة في أن ا ت لة. أقل تكلفة لكن يعاب علي ا أن ا قد تتتغرق وقتا ً طويمً مما يعر العينة الماتبرة إلى نشاطا ميكروبية وفيزوكيميائية. طريقة مقياس النشاط المائي Water activity meter في هذه الطريقة توضع عينة للمادة الغذائية في ج از المقياس بيث تعطي مباشرة ً قيمة النشاط المائي للمادة.كما هو واضح فإن ا ت لة وتوفر كثير من الوق والج د والمال. طريقة مقياس الرطوبة النسبية Hygrometer method في هذه الطريقة توضع عينة للمادة الغذائية في إناء مبكم التد وتترل بتى نصل إلى بالة التوازن مع هواء الوتط المبيط ب ا وعندئذ يتم مباشرة ً بج از قياس الرطوبة النتبية للتوازن لل واء والتي تعني في نفس الوق النشاط المائي للعينة .لذلل ف ي أيضا ً طريقة ت لة وتوفر كثير من الوق والج د والمال . طرق قياس النشاط المائي في المواد الغذائية : ).أثبت الببوث التجريبية أن هنال دائما ً كمية -1Unfreezable waterطريقة المجمد ( : مبددة من الماء المتواجد في الغذاء ير قابلة للتجمد فإذا تم تجميد عينا من المواد الغذائية ذا مبتويا مائية ماتلفة إلى درجا تقل كثيرا ً عن نقطة تجمد الماء (°50-م وأقل) ثم تم ) ]Differential Thermal Analyzer [DTAتتاين ا في ج از تبليل براري تفاضلي ( ) على متجل قراءا ج از التبليل البراري التفاضلي Peaksفإن عدم وجود نقاط الذروة ( يشير إلى وجود الماء الغير قابل للتجمد فقط.وعند التتاين فإن البرارة الكامنة لمنص ار تؤدي إلى ظ ور نقاط للذروة والتي تدل بدورها على أن المبتوى المائي اكبر من متتوى الماء الغير قابل للتجمد.وبالتالي فإن اتتادام عدد كافي من العينا وبمبتويا مائية ماتلفة تتؤدي وبصورة دقيقة إلى إيجاد النقطة التي يكون في ا جميع الماء المتبقي ير مجمدا ً. ) -2Nuclear magnetic resonance [NMR] :.قياس الرنين المغناطيسي النووي( ) بشكل روتيني إليجاد بالة الماء في NMRتتتادم طريقة الرنين المغناطيتي النووي ( المواد الغذائية.قواعد هذه الطريقة يمكن تلايص ا في أن بروتونا الجزيئا في البالة التائلة الناتجة عن البركة العشوائية ل ذه الجزيئا تتعر لمبصلة بقل مغناطيتي نتيجة لوضع ا على مغناطيس وبالتالي تتعطي إشارا كبيرة وبادة تمثل رنين ا المغناطيتي النووي ) نتيجة المتصاص ا طاقة إشعاعية على نفس متتوى التردد.أما بالنتبة للمواد الصلبة (NMR فإن تفاعل ا التبادلي مع الذرا المجاورة تؤدي إلى تغير اتتجابة البروتونا وبالتالي فإن االمتصاصية لعديد من البروتونا تتشت على نطاق ترددي واتع.وعليه فإن إشارا الرنين المغناطيتي النووي تصبح عريضة وضبلة وقد تكون م ملة مقارنة بتلل التي للتوائل. ) :جزء من الماء الكلي في -3Dielectric propertiesقياس خواص العزل الكهربائي( المواد الغذائية يعطي إشارا وتطية في اصائص ا بين ماء التوائل وماء المواد الصلبة ،وإذا كان الكمية الكلية معلومة فإنه يمكن اتتادام الرنين المغناطيتي النووي لتقدير كمية الماء Hydrophilic foodالمقيد.وتقدر كمية الماء المقيد في مكونا المواد الغذائية الماصة للماء ( ) ببوالي 0.1إلى 0.3جم ماء /جم مادة صلبة.وباإلمكان أيضا ً إيجاد كمية components الماء المقيد في البروتينا والبوليمرا والمواد الغذائية بقياس ااصية العزل الك ربائي. وتعتمد اصائص العزل الك ربائي لجزيئا الماء على مدى برية بركة هذه الجزيئا نتيجة التتجابت ا للتغيرا في البقل الك ربائي المتلط علي ا.وينتج عن الماء المقيد اصائص متوتطة بين أقطاب الثلج الثنائية المرتبطة بصمبة وجزيئا الماء التائل األكثر برية في بركت ا.وتجدر اإلشارة إلى صعوبة إيجاد كمية الماء المقيد ب ذه الطريقة.ومن القيم التي نشرها بع البابثين كان كمية الماء المقيد في البروتينا في البدود 0.05إلى 0.1جم ماء /جم مواد صلبة وفي النشا في البدود 0.3إلى 0.4جم ماء /جم مواد صلبة. قياس الرطوبة النسبية للجو المحيط بالمواد الغذائية :وهي من أكثر الطرق نجابا ً في دراتة )Sorption Isotherms ،النشاط المائي والتي تتضمن إيجاد منبنيا التبارر لإلمتزاز ( والتي توضح العمقة بين الضغط الجزئي للماء (الرطوبة النتيبة عند التوازن )%:في الغذاء وبين المبتوى الرطوبي للغذاء عند درجة برارة ثابتة.وكل هذه الطرق تعتمد على إيجاد النشاط المائي من قياس الرطوبة النتبية المتوازنة بول الغذاء.وهنال العديد من الطرق لقياس ضغط باار الماء فيما يلي أهم ا. للمنتجات الزراعية الخواص الميكانيكية االحتكاك هي القوة المقاومة التي تحدث عند تحرك سطحين متالصقين باتجاهين متعاكسين عندما يكون بينهما قوة ضاغطة تعمل على تالحمهما معا (وزن أحد الجسمين مثال) قياس معامل االحتكاك -2الصالبة زاوية التكويم Angle of Repose زاوية التكويم هى اكبر زاوية نزول أو تراجع بالنسبة للمستوى األفقي الذي يمكن أن تتكدس فيه المادة دون التراجع Repose= tanx h x r - Drag coefficientمعامل التدحرج تتتادم في بتاب مقاومة مائع لبركة جتم فيه. معادلة مقاومة ال واء ،هي صيغة رياضية تتتادم لبتاب قوة االبتكال التي تنش بتبب تبرل جتم في مائع يغطيه من جميع الجوانب أو تبرل جتم في ال واء. القوة المؤثرة Frعندما يتدفق التائل بول األجتام المغمورة ،فإن عمل القوى المشتركة تشمل على المبور FLعلى المبور االفقى (التدبر ) و FDعلى الجتم والتي يتم تبليل ا الى ، ρf ،كثافة التوائل Apالرأتى(الرفع).تعتمد هذه القوى على المتابة التي يتبرل في ا V.والترعة ηاللزوجة والمعادال التالية توضح معامل التدبر والرفع. معامل الرفع وصافى القوة (المقاومة) تعطى من المعادلة التالية CLعبارة عن معامل التدبر و CDبيث , وتعتمد على معامل التدبر الكلى. هى صافى المقاومة أو قوة التدبر (التبب)Fr.بيث معامل التبب الكلي C m2المتابة تبعا ً التجاه البركة Ap هي كثافة الكتلة من المائع ρf هي الترعة النتبية بين الجتم الرئيتي للمائع والعنصرV. رقم رينولد الخواص الحرارية الحرارة النوعية ال ُموصلية الحرارية األنتشارية الحرارية المحتوى الحراري تعريف الخواص الريولوجية علم الجريان ) (Rheologiaأو الريولوجيا أو علم الصلب سائلية أوعلم يدرس حاالت المادة وما يحدث فيها من حيث اللزوجة والتمدد والتلدن بتأثير العوامل الخارجية. الخواص الريولوجية كخصائص ميكانيكية تتناول العالقة بين القوة والتشوه في األجسام المادية.والتى تؤدي إلى التشكل وتدفق المواد في وجود اإلجهاد. أهمية دراستها الريولوجى هو العلم الذي يدرس تشكل المواد تب ت ثير اإلج ادا والصفا الريولوجية مطلوبة في تقييم جودة المنتج ،والبتابا ال ندتية الااصه بتصميم اطوط التصنيع الغذائى .بيث يعتبر ف م تلول التدفق ضروري لتبديد بجم المضاة واألنابيب المتتادمه وكذلل ومتطلبا الطاقة Home Shear Stress Shear stress: The force required to overcome a fluid’s Rheology resistance to flow, divided by the area that force is acting 1: Introduction upon. F – shear stress, N/m2 = Pa = 10 dynes/cm2 = 2: Definition 3: Types of Fluids F – force applied, N 4: Rheological A A – surface area subjected to stress, m2 Flow Models 5: Measurements 6: Instruments Developers References Summary قانون نيوتن للزوجة : Newton law of viscosity بفر وجود تائل ما بين اثنين من األلواح الكبيرة المتوازية ذا متابه ،Aبين ما متافة صغيرة ( )yالنظام في البداية في رابة او تكون ولكن عن زمن ) ، )t=0يتبرل اللوح التفلى في البركة في اتجاه zوبترعة ثابته ( )V من امل تعرضه لقوة ( ) Fفي اتجاه zبينما يبقى اللوح العلوي ثاب .وعند زمن ) )t=0تكون الترعة صفر في كل مكان باتتثناء اللوح التفلي ،التي ل ا ترعة ( Vالشكل .)2.2ثم يبدأ توزيع الترعة في االزياده كدالة للزمن وأايرا ، يتم الوصول الى بالة متتقرة و يتم البصول على توزيع منتظم للترعه الاطيه.تم العثور على ترعة التائل تجريبيا ً على أن ا تاتلف بطريقه اطيًه عن صفر في اللوح العلوى إلى الترعة Vفي اللوح التفلى. تعرف اللزوجة الديناميكية ب ن ا مقاومة التائل للتدفق.وبدة اللزوجة الديناميكية هي البواز ( )g / cm · sفي نظام .CGSاللزوجة تاتلف مع درجة البرارة.ت ثير درجة البرارة على لزوجة التوائل والغازا مرتبطة بالفرق في تركيب ا الجزيئي.لزوجة معظم التوائل يتناقص مع زيادة درجة البرارة. Home Shear Rate Rheology 1: Introduction Shear rate: The relative velocity of the fluid layers divided by 2: Definition their normal separation distance. 3: Types of Fluids 4: Rheological Flow Models 5: Measurements 6: Instruments V = – shear rate, sec-1 V – velocity, m/sec d d – plate distance, m Developers References Summary Home Viscosity Rheology 1: Introduction Viscosity is the resistance a material has to change in form. 2: Definition This property can be thought of as an internal friction. 3: Types of Fluids 4: Rheological Flow Models 5: Measurements 6: Instruments – viscosity, Pas = – shear stress, Pa – shear rate, sec-1 Developers References Summary 2-2 تظهر النتائ التجريبية أن القوة المطلوبة للحفا على حركة اللو السفلى لكل وحدة المساحة متناسبة م التدر الكبير فى السرع وثابت التناسب ( ) μهي لزوجة المائ والقانون المستخدم هو النهائي له ه المعادلة بقانون لزوجة نيوتن الصي يُعر يحتوي إجهاد القص ومعدل القص على جزئين :يمثل zاتجاه القوة ويمثل yاالتجاه الطبيعي إلى السطح ال ي تعمل علي القوة.يتم تقديم عالمة سلبية في المعادلة ألن تدر السرعة سالبة ،أي تقل السرعة في اتجاه نقل الحرك . ثا 2.1 بسرعة ( Vالشكل لوحيين متوازيين على بعد 0.1متر.اللو السفلى ثابت بينما العلوى يتحر .)E.2.2.1والسائل المار بين اللوحين هو الماء ،والتي لديها اللزوجة .1 cp -1حسا جهد القص الالزم للحفا على الو العلوي في الحركة بسرعة 0.30متر /ثاني -2إ ا تم استبدال الماء بسائل ا ر و اللزوجة ، cp 100و ل جهد القص ثابت اوجد السرعة الجديدة للو العلوي. الحل الموائع اللزجة :Viscous fluids ت ثير إج اد مطبق علي ا ويمكن تقتيم ا الموائع اللزوجة :تميل إلى تغيير شكل ا بإتتمرار تب إلى نوعين هما : موائع نيوتونية Newtonian fluids تتمى التوائل التي تتبع قانون لزوجة نيوتن (مثال )2.2التوائل النيوتونية.ميل منبنى إج اد ومتتقل عن معدل القص في التوائل القص فى الرتم البياني لمعدل القص واللزوجة ثاب النيوتونية (الشكل .)2.4 والماء؛ ومعظم التوائل التي تبتوي على أكثر من ٪ 90الماء مثل الشاي والزيو الغازا والق وة والمشروبا الغازية وعصائر الفاك ة والبليب تظ ر التلول النيوتوني. Home Newtonian Fluid Rheology 1: Introduction Newtonian behaviour: Viscosity remains constant no matter 2: Definition what the shear rate. 3: Types of Fluids تظل اللزوجة ثابتة بغ النظر عن معدل القص:التلول النيوتوني 4: Rheological Flow Models 5: Measurements 6: Instruments Consistency curve for a Newtonian fluid. From IDF 1982.التوائل النيوتونية هي أبتط أنواع التوائل وال تبتوي على جزيئا أكبر من الجزيء فإن إج اد القص يتناتب طرديا مع معدل، مثل الماء أو الزي، في التائل النيوتوني بينما يكون التائل في تدفق الصفبي، القص Developers References Summary Home Non – Newtonian fluids موائع غير نيوتونية Rheology تواء القص الرقيق أو القص.تعرف التوائل التي ال تتبع قانون لزوجة نيوتن بالتوائل ير النيوتونية 1: Introduction :)Ostwald-de Waele التميل وتتبع نموذ قانون الطاقة (معادلة 2: Definition 3: Types of Fluids 4: Rheological Flow Models 5: Measurements 6: Instruments The Power Law Model The Power Law model is considerably more complex than the Bingham Plastic model, but it provides for far greater accuracy in the determination of shear stress at low shear rates. = K n The Power Law model actually describes three types of fluids, based on the n value: – shear stress, N/m2 = Pa = 10 dynes/cm2 n=1: The fluid is Newtonian – shear rate, sec-1 n1: The fluid is non-Newtonian K – consistency index (constant) n1: The fluid is Dilatent (shear n – Power Law index thickening) Developers References Summary تقسم السوائل الغير نيوتينية الى: موائع ُمخففة القص Shear – thinning fluidsشبيهة البالستيك في هذا النوع من الموائع (يمثله المنبنى األبمر في الشكل , )4.8كلما إزداد معدل القص يزداد إج اد القص بمعدل متناقص في شكل المنبنى مقعرا ً إلى أتفل .معجون الموز ,صلصة التفاح وعصائر الفاك ة المركزة تعتير من أمثلة جيدة ل ذا النوع من الموائع. موائع ُمغلظه القص ديالتينية Shear – thickening fluids في هذا النوع من الموائع (يمثله المنبنى األاضر في الشكل , )4.8كلما إزداد معدل القص يزداد إج اد القص بمعدل متزايد في شكل المنبنى مقعرا ً إلى أعلى .معلقا نشا الذرة الصفراء يعتير مثال جيد ل ذا النوع من الموائع. ومعظم المنتجا الغذائية تتلل تلوكا ماتلطا بين المواد المرنة واللزجة وتاتلف في ذلل عن تلول المواد (الموائع ) النيوتونيه بمعني أن العمقة التي تبكم تناتب اج اد القص مع معدل القص عمقة ير اطية تعتمد علي كل من الزمن ومعدل التناقص في ترعة الطبقا علي بعض ا . وفي مباوال عديدة وجد أن أنتب عمقة لتمثيل التلول الغير نيوتوني رياضيا هو اتتادام ما يتمي قانون األس Power Law حيث : = kمعامل القوام وهو مايعادل معامل اللزوجة في حالة الموائع النيوتونيه. = nاألس ويساوي الواحد الصحيح في حالة الموائع النيوتونيه . ويمكن تقسيم الموائع غير النيوتونيه الي مايلي -: -2موائع شبي ة البمتتيل Pseudo Plastic -1موائع بنج ام بمتتيل Bingham Plastic Fluids : Fluids وهي تمثل أ لبية التوائل الغير نيوتونيه بيث وهي مواد ل ا ااصية عدم البدء في التريان أو يكون هنال تناقص في اج اد القص كلما زاد معدل التدفق قبل الوصول الي اج اد اضوع Yield nأقل من الوابد القص وبذلل تكون قيمة Stressوبعدها يكون التريان لز عادي . الصبيح ويكون منبني التريان مقعرا الي اتفل . وتنقتم المواد الديمتينية Dilatentالي نوعين طبقا لتغير اج اد القص بالنتبة للزمن مع معدل القص .فاذا زاد إج اد القص مع الزمن فإنه يطلق علي ا موائع متزايدة القوام Rheopectic.وإذا ما نقص إج اد القص مع الزمن فإنه يطلق علي ا مواد متناقصة القوام Thixotropicوينتج عن Hystresisكما بالشكل التالي ذلل قصور في طاقة االبتكال بين الطبقا طاقة االبتكال بين طبقا المائع وتتب ثر كببل مببن اللزوجببة والقببوام إلببي بببد كبيببر بدرجببة البببرارة ويعتبببر اتببتادام معادلببة ارهينيببوس Arrhenius Equationعلي نطاق واتع معبرا عن هذه العمقة بيبث يتناتبب معامبل اللزوجبة أو معامل القوام تناتبا عكتيا مع درجة البرارة المطلقة للمائع. وفي كثير من تطبيقا صناعة اال ذية نجد ان هنال مباوال لقياس اللزوجة النيوتونية دون الباجة Apparent الببي معرفبببة اصببائص انتبببياب التبببائل وينببتج عبببن ذلببل قيببباس اللزوجبببة الظاهريببة Viscosityوهي التي تعبر عن اللزوجة لتائل نيوتوني له مقاومة للتريان عند قص مبدد Shear Rateكما بالشكل وفي أ لب باال الموائع الشبه بمتتيكية تتناقص اللزوجة الظاهرية عند زيادة معدل القص . Plastic fluidsالموائع البالستيكية نج ا المر Bingham plastic fluids سوائ في ه ه األنوا من السوائل يظل السائل جام ًدا عندما يكون إجهاد القص أص ر من الض ينت عن إجهاد ( )τ0ولكن يتدفق مثل السائل النيوتوني عندما يتجاوز إجهاد القص (.)τ0معجون األسنان هو مثال األنبو .ومن أمثلة ه ا النو من السوائل نمو جي لسائل باكنجهام المرن حيث ال يتدفق ما لم يتم المايونيز ،معجون الطماطم ،والكاتشب المعادلة ( )2.15تبين سلو السوائل المرن لباكنجهام Non - Bingham plastic fluids في ه ه األنوا من السوائل يجب تجاوز الحد األدنى من إجهاد القص المعرو باسم (اجهاد االنتا )yeiled stressقبل بداية التدفق كما هو الحال في سوائل بين هام المرن وم ل ف ن الرسم البياني طي.السوائل من ه ا النو هي إما قص رقيق أو قص سمي م الجهاد القص مقابل معدل القص لي اجهاد االنتا . هير ل -بوجود مصطلح إجهاد االنتا ( )τ0في معادلة قانون الطاقة. تتميز السوائل التي تطي نمو معج هير ل.ك ل سلو تدفق دقيق األرز السم المفروم ومعجون الزبيب يخضعون ل نمو الخلي المستخدم في المنتجات المقلية يخض لنمو هير ل ( & ،Herald ،Mukprasirtفلوري ، )2000 سوائ Home The Bingham Plastic Model Rheology 1: Introduction The Bingham Plastic model establishes a distinct relationship 2: Definition between shear stress, yield point, plastic viscosity and shear 3: Types of Fluids rate. 4: Rheological 300 rpm Flow Models Apparant Viscosity = - dial reading 5: Measurements RPM rpm – rotation per minute 6: Instruments Plastic Viscosity = 600 − 300 Yield Point = 300 − Plastic Viscosity = 2 300 − 600 PV: the portion of the resistance to flow (viscosity) that is caused by interparticle friction (relates to solids concentration, size and shape of the solids, viscosity of the liquid phase). YP: the portion of viscosity that is related to the interparticle attractive force. From IDF 1982 Developers References Summary