Практическая часть

Среди пищевых продуктов особую группу составляют продукты, которые принято называть жидкостями или жидкообразными (мясной бульон, животный жир при температуре выше плавления, молоко, водо-белково-солевые растворы и пр.). Они относятся к системам, не имеющим статического предельного напряжения сдвига, т.е. обладают текучестью при любых напряжениях сдвига. Эти системы могут быть аномально-вязкими, когда их течение в осях координат, характеризуются кривой линией или истинно-вязкими (ньютоновскими), когда течение характеризуется прямой линией.

Движение жидкостей сопровождается внешним трением ее о стенки канала или трубы и внутренним трением, возникающим в жидкости вследствие скольжения движущихся струек или слоев друг о друга. Внутреннее трение является мерой вязкости - свойства жидкости, характеризующего текучесть, смазывающую способность, растекание, т.е. свойства жидкости оказывать сопротивление касательным усилиям.

Главным требованием, предъявляемым к капиллярным вискозиметрам, является отсутствие турбулизации потока, т.е. режим движения должен быть ламинарным или структурным. Длительность истечения жидкости через капилляр не должна быть меньше 100 сек.

Работа выполняется на капиллярном вискозиметре ВПЖ-4.

Вискозиметры капиллярные стеклянные ВПЖ-4 применяются для определения кинематической вязкости прозрачных жидкостей, а ВНЖ – для определения кинематической вязкости непрозрачных жидкостей.  Погрешность вискозиметра ВПЖ-4 составляет ±0,3%.

Таблица 1. Технические характеристики вискозиметров капиллярных стеклянных

Значение постоянной К, мм2/с2	Диапазон измерения вязкости, мм2/с	Диаметр капилляра d, мм
0,003	0,6-3	0,37
0,005	1-5	0,42
0,01	2-10	0,62
0,03	6-30	0,82
0,1	20-100	1,12
0,3	60-300	1,47
1,0	200-1000	2,00
3,0	600-3000	2,62
10,0	2000-10000	3,55

Рис. 3. Вискозиметр капиллярный стеклянный ВПЖ-4

Вискозиметр ВПЖ-4 (рис. 3) представляет собой U образную трубку и состоит из правого колена (1), в которое впаян стеклянный капилляр (6), а также двух шарообразных резервуаров (4) и (5) для измеряемой жидкости, и правого колена (2), которое имеет плоский шарообразный резервуар (7) для приема жидкости и отводной патрубок (3) для подсоединения резинового шланга. Диаметр впаянного капилляра равен 2 мм.

Перед определением вязкости жидкости вискозиметр должен быть тщательно промыт и высушен. Вискозиметр вначале промывают бензином, а затем петролейным эфиром. После растворителя промывают водой и заливают не менее чем на 5-6 час хромовой смесью. После этого вискозиметр промывают дистиллированной водой и сушат. Для более быстрой сушки вискозиметр можно промыть спиртом-ректификатом или ацетоном.

Измерение вязкости при помощи вискозиметра ВПЖ-4 основано на определении времени истечения через капилляр определенного объема жидкости из измерительного резервуара.

Для набора исследуемой жидкости в вискозиметр в отводную трубку (3) вставляют резиновую грушу, зажимают пальцем колено (2) и, перевернув вискозиметр, опускают колено (1) в сосуд с исследуемой жидкостью и засасывают ее до отметки М-2, одновременно следя за тем, чтобы в жидкости не образовались пузырьки воздуха.

В тот момент, когда уровень жидкости достигнет отметки М-2, вискозиметр вынимают из сосуда и быстро перевертывают в нормальное положение. Снимают с внешней стороны конца колена (1) избыток жидкости и надевают на него резиновую грушу.

Вискозиметр устанавливают в термостат так, чтобы расширение (5) было ниже уровня жидкости в термостате. После выдержки в термостате не менее 15 мин при заданной температуре засасывают жидкость в колено (1), примерно до одной трети высоты расширения (5). Сообщают колено (1) с атмосферой и, включая секундомер, определяют время истечения (опускания мениска) жидкости от отметки М-1 до отметки М-2.

Для получения точных результатов измерения проводят в 3-5 раз.

Кинематическую вязкость рассчитывают по формуле:

, (8)

где К – постоянная вискозиметра, мм²/с² (согласно паспорту вискозиметра, имеющегося в лаборатории кафедры ТПП, К = 0,9660 мм²/с²);

Т - время истечения жидкости через капилляр, с;

g - ускорение свободного падения в месте проведения измерений, м/с².

Если неизвестен диаметр капилляра и постоянная вискозиметра, существует другой способ определения кинематической вязкости ν исследуемой прозрачной жидкости:

(9)

где ν₀ – кинематическая вязкость эталонной жидкости, мм²/с;

Т₀ –время истечения эталонной жидкости через капилляр, с.

Следовательно, зная кинематическую вязкость эталонной жидкости (например, воды), время ее прохождения через капилляр и время прохождения Т₁ через капилляр такого же объема исследуемой жидкости, можно определить кинематическую вязкость последней.

Проведем измерение кинематической вязкости растворов спирта или глицерина различной концентрации данным способом. Растворы этилового спирта и растворы глицерина готовятся заранее.

Три раза измерим время Т₀ протекания дистиллированной воды через капилляр вискозиметра. Найдем Т₀^ср.

Используя табличное значение кинематической вязкости ν₀ для эталонной жидкости при той температуре воздуха, которая есть в данный момент в лаборатории (табл. 2), вычислим постоянную вискозиметра

Зальем в вискозиметр раствор спирта (или глицерина) и трижды определим время Т_х^ср истечения.

По формуле рассчитаем значение кинематической вязкости раствора.

Таблица 2. Динамическая вязкость при различной температуре

Вещество	η·103 (Па·с) при температуре, ºС
	0	10	20	25	30
Вода	1,792	1,308	1,005	0,894	0,801
Этиловый спирт	1,773	1,446	1,200	1,096	1,030
Глицерин	12,1·103	3,95·103	1,50·103	0,95·103	0,63·103

Различают динамическую вязкость (Па·с) и кинематическую вязкость (м²/с). Кинематическая вязкость может быть получена как отношение динамической вязкости к плотности вещества.

Для перевода динамической вязкости (Па·с) в кинематическую (мм²/с), необходимо Па·с поделить на плотность жидкости (табл.3).

Например: 1.49 Па·с / 1261 кг/м³ = 1.1816·10^-3 Па·с·м³/кг

Па·с·м³/кг = кг/(м·с²)·с·м³/кг = м²/c = 10⁶ мм²/с

Значит 1.1816·10^-3 Па·с·м³/кг = 1181.6 мм²/с.

Таблица 3. Плотность растворов этилового спирта и глицерина

Вещество	ρ (кг/м3) при содержании растворенного вещества, вес·%
	0	5	10	15	20	25	30
Спирт	1000	991,1	983,6	976,8	970,4	963,4	955,5
Глицерин	1000	1010,1	1022,1	1034,5	1047	1059,7	1072,7
Вещество	ρ (кг/м3) при содержании растворенного вещества, вес·%
	40	50	60	70	80	90	100
Спирт	936,8	915,4	892,7	896,2	844,9	819,4	790,7
Глицерин	1099,5	1126,3	1153,3	1180,8	1207,9	1234,7	1260,9