Studiul Comportării Reologice a Fructelor în Stare Prospată

Scopul lucrării

Materialele vâscoelastice prezintă comportamente diferite, în condiţii de încercare

asemănătoare, faţă de cele elastice. O parte din energia materialului este acumulată sub formă

de energie potenţială, restul inducând curgerea şi fiind disipată sub formă de frecare vâscoasă.

În acest caz, este necesară o abordare specială pentru a obţine informaţii corecte despre

comportarea materialului supus încercărilor.

Cunoştinţele despre reacţia fructelor şi legumelor la aplicarea diferitelor tipuri de

sarcini mecanice, constituie baza descrierii proprietăţilor materialului, şi sunt utilizate pentru a

determina rezistenţa produselor agricole împotriva vătămarilor la transport, prelucrare,

depozitare, precum şi la calitatea lor de consum.

În lucrarea de faţă se va studia influenţa vitezei iniţiale de deformaţie asupra

proprietăţilor vâscoelastice ale merelor prin aplicarea testelor de curgere lentă şi de relaxare a

tensiunii. Vor fi analizate modelele matematice, pentru elementele tip şi câteva combinaţii

reprezentative ale acestora, care aproximează cel mai bine comportamentul reologic al

fructelor în stare proaspătă.

Consideraţii teoretice

Unele fenomene care se observă în sectorul fructelor şi legumelor cu un conţinut mare

de apă pot fi descrise prin intermediul unor modele vâscoelastice liniare. Modelul generalizat

Maxwell este utilizat pe scară largă în determinarea tensiunii de relaxare, ce este definită ca

fiind descreşterea constantă a tensiunilor mecanice din structura materialului investigat.

Reologia studiază comportamentul curgerii şi deformaţiei materialelor supuse

diferitelor sarcini sau eforturi exterioare. Principalele proprietăţi reologice care influenţează

curgerea şi deformaţia materialelor alimentare sunt: vâscozitatea, caracteristicile legii putere,

elasticitatea, variaţia tensiunii de revenire sau variaţia funcţiei de fluaj. Din acest punct de

vedere, produsele alimentare se pot clasifica în două mari categorii:

- produse lichide, ca de exemplu: apa, ketchup-ul, maioneza, cremele, smântana, etc.;

- produse solide, cum ar fi: merele, cerealele, brânza, etc.

Aproape toale produsele alimentare lichide sau solide conţin la scara macromolecură

lanţuri de biopolimeri, care alcătuiesc matricea polimerică vâscoelastică a materialului la

scara micro, după cum se poate observa în figura 8.1.

Fig. 8.1 Matricea biopolimerică vâscoelastică

Majoritatea produselor alimentare se situează din punct de vedere al

comportamentului la curgere între cele două extreme, lichidele newtoniene şi solidele elastice

(fig. 8.2).

La viteze de deformare mici toate materialele se comportă predominant vâscos,

elasticitatea putând fi neglijată. La viteze de deformare mari situaţia se inversează.

Laborator 8 PFPA

2

Fig.8.2 Clasificare produse alimentare

Pentru inţelegerea comportării vâscoelastice se apelează la modele foarte simple ale

substanţei (combinaţii de resoarte şi amortizoare vâscoase). Acestea nu au un corespondent

direct în structurile moleculare, dar pornesc de la modelul Rouse-Zim şi concentrează

fenomenele în vederea aplicării unei tratări matematice accesibile.

În reometrie există două tipuri de teste experimentale:

- testul de fluaj (curgere lentă), care corespunde aplicării unui efort ( ) 0 τ =τ ⋅ H t şi

măsurării-înregistrării deformaţiei γ H(t) reprezintă funcţia treaptă unitară a lui

Heaviside;

- testul de relaxare (revenire), care corespunde aplicării unei deformaţii ( ) 0 γ = γ ⋅ H t şi

măsurării- înregistrării efortului τ

Modele matematice ale elementelor tip şi pentru câteva combinaţii reprezentative

a) Modelul solid ideal elastic

Fig. 8.3 Simbolul şi curbele de fluaj şi relaxare pentru solidul ideal

Un solid ideal (fig.8.3) răspunde instantaneu printr-o deformaţie proporţională cu

efortul aplicat, în domeniul elastic. La dispariţia efortului deformaţia dispare şi corpul revine

la forma iniţială. Prin intermediul modulelor longitudinal (Young) şi transversal, se pot scrie

următoarele ecuaţii constitutive ce descriu comportarea materialului:

σ = E ⋅γ , τ = G ⋅γ (8.1)

unde, σ este efortul longitudinal; τ – efortul transversal; γ – deformaţia; E – modulul lui

Young; G – modulul de elasticitate transversal. Acest comportament poate fi descris printr-un

resort elastic.

b) Modelul newtonian