1. Co jest siłą napędową procesów wymiany masy?

Siłą napędową jest różnica potencjałów chemicznych, a w szczególnych przypadkach może być to różnica wartości stężenia, ciśnienia lub temperatury.

Przykłady procesów ruchu masy:

- suszenie

- krystalizacja

- ekstrakcja

- solenie i peklowanie

- wędzenie

2. Na czym polega wymiana masy na zasadzie dyfuzji?

Gdy przenoszenie masy odbywa się w nieruchomym ośrodku, wówczas wynika ono z termicznego ruchu cząsteczek. Występuje ona w płynie pozostającym w spoczynku lub poruszającym się ruchem laminarnym. Może być ustalona bądź nieustalona w czasie.

3. Na czym polega wymiana masy na zasadzie konwekcji?

Występuje w warstwach cieczy i gazu, znajdujących się w ruchu. Polega na tym, że wymieniany składnik znajduje się w strumieniu płynu i przepływa wraz z nim z jednych miejsc układu do drugich. Jeżeli konwekcja występuje w skutek różnic gęstości, które zostały wywołane różnicą temperatur - mówimy o konwekcji naturalnej; Jeżeli ruch płynu wywołany jest siłami zewnętrznymi (pompa, wentylator), mówimy o konwekcji wymuszonej.

4. Zdefiniuj pojęcie oporu dyfuzyjnego ruchu masy.

Gęstość strumienia masy składnika, jest to stosunek siły napędowej procesu dyfuzji do oporu dyfuzyjnego.

gdzie:

D_A - współczynnik dyfuzji składnika A [m²/s]

C_A - stężenie składnika A [mol/m³]

l - odległość [m]

n_A - gęstość strumienia masy składnika A w kierunku l [mol/m²s]

5. Opisz model warstewkowy ruchu masy.

Opisuje przenoszenie masy przez granicę faz. Przy powierzchni międzyfazowej istnieje bardzo cienka nieruchoma warstwa płynu, zatem na powierzchni międzyfazowej prędkość płynu =0. Dalsze warstwy płynu poruszają się ruchem laminarnym i tworzą warstwę grubości d₀. W warstwach położonych jeszcze dalej mamy do czynienia z przepływem burzliwym, odległości d_e od powierzchni międzyfazowej płyn jest już doskonale wymieszany. Zakłada się istnienie warstwy zastępczej o grubości d.

6. Na czym polega proces przenikania masy?

Ruch ciała od jednego płynu do drugiego przez przegrodę. Na przenikanie składa się: wnikanie ciepła od płynu o wyższej temperaturze do ściany (przegrody), przewodzenie ciepła przez ścianę i wnikanie ciepła od ściany do płynu o niższej temperaturze.

7. W jaki sposób można zintensyfikować ruch masy?

Jest to stosunkowo trudne. W sytuacji, gdy ruch masy występuje między dwoma płynami, możemy zmniejszyć opór konwekcyjnego przenoszenia masy. Jeśli wymiana masy następuje między ciałem stałym a płynem - konwekcyjny opór wnikania jest mały i o szybkości procesu decyduje opór dyfuzyjnego ruchu masy.

8. Podaj co jest siłą napędową procesu i od czego zależy opór środowiska podczas wymiany ciepła przez przewodzenie?

Siłą napędową jest różnica temperatur. Na opór składają się: l,  i A

gdzie:

l - grubość [m]

 - współczynnik przewodności cieplnej środowiska przewodzącego ciepło lub współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK]

A - powierzchnia przekroju poprzecznego w kierunku prostopadłym do ruchu ciepła [m²]

9. W jakich stanach skupienia może występować ruch ciepła metodą konwekcji a w jakich promieniowania ?.

Konwekcja zachodzi w warstwach cieczy i gazu znajdujących się w ruchu.

Promieniowanie zachodzi w gazach i próżni. W cieczach i ciałach stałych promieniowanie jest pochłanianie częściowo lub całkowicie.

10. Na czym polega różnica pomiędzy konwekcją naturalną (swobodną) i wymuszoną ?

Konwekcja naturalna - ruch cząsteczek odbywa się pod wpływem różnicy temperatur.

Konwekcja wymuszona - ruch cząsteczek odbywa się zarówno pod wpływem różnicy temperatur jak i wymuszonego ich ruchu spowodowanego działaniem czynnika zewnętrznego (pompa, wentylator).

11. Podaj jaka jest różnica pomiędzy ustalonym a nieustalonym procesem wymiany ciepła?.

ustalony - jeżeli profil temperatury w przestrzeni pozostaje niezmienny w czasie;

nieustalony - gdy profil temperatury w przestrzeni zmienia się w czasie.

12. Podaj równanie Fouriera dla ustalonego przewodzenia ciepła?

Ustalenie przewodzenia jednokierunkowego:

gdzie:

dQ - strumień przewodzenia w kierunku osi x [W]

A - powierzchnia przekroju poprzecznego kierunku prostopadłym do ruchu ciepła [m²]

dt/dl - gradient temperatury w kierunku osi x [K/m]

 - współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK]

13. Omów zależność pomiędzy gradientem temperatury na powierzchniach przegrody a wartością współczynnika przewodzenia ciepła danej przegrody?

Zależność ta jest wprost proporcjonalna, tzn., że aby strumień przewodzenia pozostał na niezmienionym poziomie, iloczyn gradientu temperatury i współczynnika przewodzenia ciepła musi pozostać niezmieniony.

14. Definicja wymiany ciepła metodą konwekcji, jaka jest różnica pomiędzy konwekcją a wnikaniem ciepła?

Przepływem ciepła prze konwekcję rządzą częściowo prawa mechaniki płynów. Jest to przenoszenie ciepła z równoczesnym przemieszczeniem cząsteczki płynu. Konwekcją nazywa się sposób przenoszenia ciepła za pomocą prądów płynu, natomiast rzeczywisty proces ruchu ciepła od ściany do płynu w przepływie lub odwrotnie nosi nazwę wnikania ciepła.

15. Podaj co określa współczynnik wnikania ciepła (definicja)?

Ile ciepłą wnika w jednostce czasu od płynu do jednostki powierzchni (lub odwrotnie) przy różnicy temperatury o wartości 1K między płynem, a ścianką.

16. Podaj funkcją jakich parametrów jest współczynnik wnikania ciepła?

• właściwości płynu;

• kształtu i chropowatości powierzchni ścianki;

• rodzaju płynu.

Konkretna wartość  dla danego rodzaju konwekcji powinna być wyznaczona doświadczalnie.

Na podstawie doświadczeń stwierdzono, że  jest funkcją parametrów:

• d - wymiar charakterystyczny [m]

• L - długość przepływu [m]

• u - prędkość przepływu czynnika [m/s]

• c - ciepło właściwe czynnika [J/kgK]

•  - przewodność cieplna właściwa płynu [W/mK]

• ρ - gęstość czynnika [kg/m³]

•  - lepkość czynnika [Pas]

•  - współczynnik rozszerzalności objętościowej [1/K]

• t - różnica między temperaturą płynu i ściany [K]

• g - przyspieszenie ziemskie [m/s²]

17. Podaj jakie liczby bezwymiarowe występujące w funkcji ogólnej współczynnika wnikania ciepła i za jakie właściwości (cechy) odpowiadają ?.

Nusselta - określa podobieństwo termodynamiczne

Nu = ( d) /

Prandtla - określa podobieństwo właściwości fizycznych

Pr = (c) / 

Reynoldsa - określa charakter przepływu

Re = (u d ρ) / 

Granshofa - charakteryzuje stosunek sił tarcia cząsteczkowego do siły wyporu, spowodowanego różnicą gęstości

Ge = (gd³ ρ^   t

Kryterium podobieństwa geometrycznego - L/d

18. Podaj definicję ciał doskonałych występujących w analizie procesu promieniowania i różnice pomiędzy nimi a ciałem rzeczywistym?.

Ciało doskonale czarne - absorbuje całe padające na nie promieniowanie: a=1, r=0, p=0

Ciało doskonale białe - odbija wszystkie promienie: a=0, r=1, p=0

Ciało doskonale przeźroczyste - przepuszcza bez strat całą energię promieniowania: a=0, r=0, p=1

gdzie:

a - ułamek energii zaabsorbowanej

r - ułamek energii odbitej

p - ułamek energii przepuszczonej

Maksymalną emisję wykazują ciała doskonale czarne. Ciała rzeczywiste (szare) emitują mniej energii. Stosunek energii emitowanych przez jednostki powierzchni ciała rzeczywistego i ciała doskonale czarnego ujmuje współczynnik 

19. Definicja współczynnika emisji?.

Współczynnik emisji jest funkcją temperatury i jakości powierzchni. Ze wzrostem temperatury oraz szorstkości powierzchni współczynnik emisji się zwiększa.

E=_c

gdzie:

E - energia emitowana przez ciało rzeczywiste [J/m²]

E_c - energia emitowana przez ciało doskonale czarne [J/m²]

20. Definicja współczynnika absorpcji?.

W układzie o stałej temperaturze jednostkowa powierzchnia ciała rzeczywistego absorbuje taką samą ilość energii jaką emituje.

E = aJ

gdzie:

J - energia padające [J/m²]

E - energia emitowana [J/m²]

a - współczynnik absorpcji

21. Podaj prawo Kirchhoffa (zależność pomiędzy absorpcją i emisją)?.

W równowadze cieplnej zdolność emisji i zdolność absorpcji dla danego ciała są takie same.

22. Podaj prawo Stefana- Boltzmanna?.

Energia promieniowania zależy od długości fali i temperatury, i jest proporcjonalna do temperatury absolutnej podniesionej do czwartek potęgi.

(Prawo otrzymane dla ciał doskonale czarnych, może być zastosowane do ciał rzeczywistych, których intensywność promieniowania dla wszystkich długości fali jest jednakowo proporcjonalna do intensywności promieniowania ciała doskonale czarnego).

23. Co to jest przenikanie ciepła?.

Ruch ciepła od jednego płynu do drugiego przez przegrodę. Na przenikanie składa się: wnikanie ciepła od płynu o wyższej temperaturze do ściany (przegrody), przewodzenie ciepła przez ścianę i wnikanie ciepła od ściany do płynu o niższej temperaturze.

24. Podaj definicję (wzory jednostki) naprężenia stycznego i szybkości ścinania?.

Naprężenie styczne - siła działająca na określoną powierzchnię. =F/A; [N/m²=Pa, ((du/dl);

Szybkość ścinania - iloczyn różnicy prędkości pomiędzy dwoma sąsiadującymi warstwami, a odległością między analizowanymi warstwami. γdu/dl; γ1/s;

25. Podaj definicję (wzory jednostki) lepkości kinematycznej, lepkości dynamicznej?.

Lepkość kinetyczna - iloczyn lepkości dynamicznej do gęstości ciała. ρ =m²/s

Lepkość dynamiczna - iloczyn naprężenia do szybkości ścinania. γ =Pas

26. Definicja i wykres krzywej płynięcia i krzywej lepkości płynu niutonowskiego?.

Płyn newtonowski:  γ  constans

- krzywa płynięcia substancji -  od γ jest wprost proporcjonalna;

- krzywa lepkości substancji -  jest stałe, nie zależy od 

Takie właściwości wykazują klarowne soki owocowe.

27. Definicja i wykres krzywej płynięcia płynu nieniutonowskiego

- krzywa płynięcia substancji -  od γ nie jest proporcjonalna (krzywoliniowa)

- lepkość jest wymiennie stosowana z pojęciem konsystencji

28. Definicja granicy płynięcia?

Maksymalne naprężenie styczne  przy prędkości ścinania γ = [s^-1].

jeśli:

F_zew< F_wew ,wtedy substancja nie płynie

F_zew > F_wew ,wtedy substancja płynie

29. Podaj podział płynów nieniutonowskich

• pseudoplastyczne - wartość lepkości dynamicznej spada przy wzroście szybkości ścinania;

• plastyczne - poddane niskim naprężeniom zachowują się jak ciała stałe, a poddane wysokim naprężeniom jak płyny

• ciecz Binghama - jeżeli w cieczy plastycznej obserwujemy stał wartości lepkości

30. Podaj czym charakteryzują się płyny tiksotropowe?

W cieczach tiksotropowych lepkość (konsystencja) układu zmniejsza się w miarę przedłużania czasu ścinania przy stałej prędkości ścinania. Tiksotropowe zachowanie się materiału powoduje, że w modelach reologicznych pojawia się nowy parametr - czas.

Tikoskopowe właściwości cieczy ulegają zmianom przy kilkakrotnych i powtarzających isę po sobie okresach ścinania i wypoczynku (relaksacji).

31. Podaj od czego zależy współczynnik lepkości?

•  = f (S, T, P, du/dl, t, V)

• gdzie:

• S - powierzchnia

• T - temperatura

• P - ciśnienie

• du/dl - szybkość ścinania

• t - czas

• V - napięcie

• w przypadku roztworów skrobiowych równie sposób ich przyrządzania, np pasteryzacja, sterylizacja.

• w przypadku roztworów właściwych zarówno substancji rozpuszczonej jak i rozpuszczalnika.

32. Podaj jakie rodzaje przepływów są wykorzystywane w wiskozymetrii?

• Wiskozymetry - przyrządy do pomiaru lepkości w zależności od prędkości ścinania (ewentualnie dodatkowo czasu i temperatury)

• wiskozymetry absolutne (reometry) - wielkości pomiarowe są przedstawione w podstawowych jednostkach fizycznych (N, m, s)

wiskografy - urządzenia badające „lepkość” w warunkach umownych i przedstawiające ją w jednostkach umownych (np. wiskograf Brabendera)

• przepływ Poiseulle'a w przewodzie cylindrycznym

• przepływ Couette'a między dwoma współosiowych cylindrami

• przepływ Couette'a między stożkiem a płytką

• przepływ Couette'a między dwiema równoległymi płytkami (tarczami)

33. Schemat, zalety i wady reometrów kapilarnych?.

Wady:

• efekty wylotowe;

• trudności z zapewnieniem

właściwego przepływu

Zalety:

• względnie tani przyrząd

• łatwy do zbudowania

i prosty w obsłudze

• łatwa regulacja temp

• można badać proces pęcznienie wytłoczki

• -||- zniekształcenia wytłoczki

• można uzyskać wyższe szybkości ścinania

w stosunku do przyrządów rotacyjnych

34. Schemat, zalety i wady reometrów rotacyjnych?.

Sensor płytka-płytka.

Wady:

• ograniczona maksymalna szybkość ścinania

• rozwarstwienie materiału w środku

• oddzielenie materiału od sensora

Zalety:

• uzyskanie jednakowej szybkości ścinania w całej szczelinie

• teoria jasna i prosta

• małą objętość badanej próbki

• możliwość pomiarów oscylacyjnych

35. Model mechaniczny Maxwella budowa, charakterystyka elementów składowych, zmiany naprężenia i odkształcenia?.

Naprężenie i odkształcenie:

_s  _d  

γ_s  γ_d  γ

Naprężenie w modelu Maxwella zależy od

szybkości odkształcenia względnego.

37. Wyjaśnij aplikacyjność instrumentalnych pomiarów tekstury.

Metody instrumentalne powalają na uzyskanie:

• bezwzględnych wartości liczbowych badanych wyróżników tekstury produktów jako wielkości fizycznych (wyrażonych w jednostkach SI)

• wysokiej powtarzalności otrzymywanych wyników

Instrumentalne pomiary tekstury żywności pozwalają na:

• kontrolę jakości surowców, półproduktów i produktów finalnych (również w trybie on-line)

• określenie zmian tekstury żywności podczas jej przetwarzania

• wystandaryzowanie modyfikowanych procesów technologicznych

• określenie cech tekstury nowo opracowanych produktów

• predykcję akceptacji produktu przez konsumenta

• uzyskanie produktów żywnościowych o powtarzalnych cechach jakościowych.

Istnieje szereg metod instrumentalnych do oceny tekstury produktów żywnościowych. Metody te są oparte głównie na pomiarze zależności:

• siła - odkształcenie

• siła - czas

• wielkości fizycznych z wynikających z ich kalkulacji

• UMT - uniwersalna maszyna testująca

38. Scharakteryzuj testy penetrometryczne.

Test penetracji - pomiar gęstości wnikania trzpienia w próbkę z określoną siłą w danym czasie lub czas niezbędny do osiągnięcia standardowego zagłębienia.

Test przebijania - pomiar wartości siły niezbędnej do przebicia próbki lub wbicia na określoną głębokość.

Test przecinania - działanie na próbkę siłą przenoszoną przez element tnący w postaci płytki i nienaostrzonej krawędzi.

Test przeciskania - ściskanie próbki za pomocą metalowego tłoka umieszczonej w cylindrycznej komorze prostopadłościennej, wyposażonej w dno rusztowe, sitowe lub dno z jednym otworem.

39. Na czym polega pomiar parametrów tekstury z wykorzystaniem przystawki Kamera.

Test przecinania- wielonożowe:

• wyposażony w 6, 10, 13 nożowy element tnący i komorę z prowadnicami na noże.

Zastosowanie testu do: owoców (jabłka, śliwki), mięsa pokrojonego w kostkę, warzyw (kukurydza, groch, fasola, marynaty, ziemniaki gotowane, buraki, marchewka)

40. Wyjaśnij (na rysunku) różnicę pomiędzy testem przeciskania z użyciem komory Ottawa a komory ekstruzji zwrotnej.

Badana próbka poddawana jest działaniu siły ściskającej do momentu zniszczenia jej struktury i wyciągnięcia jej przez otwór/otwory w dnie komory (komora Ottawa) lub wyciśnięcia zwrotnego.

41. Zdefiniuj graficznie pojęcie twardości, sprężystości i spoistości wyznaczanej w teście TPA.

Twardość - F₂ - maksymalna siła uzyskana podczas pierwszego cyklu ściskania [N].

Sprężystość - L₂/L₁ - stosunek przemieszczenia tłoka od początku ściskania do osiągnięcia maksymalnej siły w drugim i pierwszym cyklu.

Spoistość - A₂/A₁ - stosunek pola powierzchni pod krzywą drugiego cyklu ściskania (A₂) do pola pod krzywą pierwszego cyklu ściskania (A₁)

---