PRIMERJAVA RAZLIČNIH ROTACIJSKIH VISKOZIMETROV ZA POTREBE ŽIVILSKE INDUSTRIJE

Alen PUNGERTNIK

PRIMERJAVA RAZLIČNIH ROTACIJSKIH VISKOZIMETROV ZA POTREBE ŽIVILSKE

INDUSTRIJE

DIPLOMSKO DELO

Univerzitetni študij – 1. stopnja Živilstvo in prehrana

Ljubljana, 2021

Alen PUNGERTNIK

PRIMERJAVA RAZLIČNIH ROTACIJSKIH VISKOZIMETROV ZA POTREBE ŽIVILSKE INDUSTRIJE

DIPLOMSKO DELO

Univerzitetni študij – 1. stopnja Živilstvo in prehrana

COMPARISON OF DIFFERENT ROTATIONAL VISCOMETER DEVICES FOR FOOD INDUSTRY APPLICATIONS

B. SC. THESIS

Academic Study Programme Food Science and Nutrition

Ljubljana, 2021

Diplomsko delo je zaključek univerzitetnega študija 1. stopnje Živilstvo in prehrana. Delo je bilo opravljeno v laboratorijih Katedre za biokemijo in kemijo živil ter Katedre za tehnologije rastlinskih živil in vino, Oddelka za živilstvo Biotehniške fakultete Univerze v Ljubljani.

Za mentorja diplomskega dela je imenovan doc. dr. Iztok Prislan in za recenzenta doc. dr. Emil Zlatić.

Mentor: doc. dr. Iztok PRISLAN

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo Recenzent: doc. dr. Emil ZLATIĆ

Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo

Komisija za oceno in zagovor:

Predsednik:

Član:

Član:

Datum zagovora:

Alen Pungertnik

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA ŠD Du1

DK UDK 664.0:532.137(043)=163.6

KG viskozimetrija, viskoznost, rotacijski viskozimeter, živilska industrija AV PUNGERTNIK, Alen

SA PRISLAN, Iztok (mentor), ZLATIĆ, Emil (recenzent) KZ SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

ZA Univerza v Ljubljani, Biotehniška fakulteta, Oddelek za živilstvo LI 2021

IN PRIMERJAVA RAZLIČNIH ROTACIJSKIH VISKOZIMETROV ZA POTREBE ŽIVILSKE INDUSTRIJE

TD Diplomsko delo (Univerzitetni študij – 1. stopnja Živilstvo in prehrana) OP VIII, 29 str., 6 pregl., 16 sl., 8 pril., 20 vir.

IJ sl JI sl/en

AI Namen diplomske naloge je bil celostno ovrednotiti delovanje analognega rotacijskega viskozimetra "NDJ-1", uvoženega s Kitajske, s certifikati vprašljive verodostojnosti. V eksperimentih smo se osredotočili na točnost in natančnost v območju 1-100 mPas, ki smo ju določili z uporabo standardnih raztopin saharoze in referenčne naprave Anton Paar ViscoQC 300 – L. Rezultati so pokazali, da skupna negotovost naprave NDJ-1 med 15-100 mPas ustreza intervalu zaupanja 𝐶𝐼_{95 %}/𝜂 = 1 ± 10 %. Med 3-15 mPas je relativna natančnost nizka, zato je za sprejemljiv CI potrebnih več zaporednih meritev. Pod 3 mPas je negotovost previsoka za uporabnost naprave. Negotovosti v območju 100-10⁵ mPas nismo določali, domnevamo pa, da je v tem območju negotovost prav tako ± 10 %. V primerjavi z referenčno napravo smo identificirali tudi druge šibkosti, kot so čas med meritvami (≥ 16,2 s), nizko število nastavitev hitrosti (4), pomanjkanje avtomatizacije in pomanjkanje vreten za vzorce nizkih viskoznosti. Slabosti bistveno znižajo vsestranskost in uporabnost naprave za nenewtonske tekočine, vendar je naprava za meritve specifičnih analitov gotovo uporabna. Če natančnost, točnost, produktivnost in cena ustrezajo potrebam potencialnega uporabnika ter je primerljiva certificirana rešitev cenovno nedostopna, je nakup lahko upravičen. Pomisleki glede proizvajalcev in posledično certifikatov takšnih naprav onemogočajo direktno prenosljivost naših ugotovitev na naprave enakega izgleda ali imena iz tujih trgov. Iz istih razlogov ocenjujemo napravo za neustrezno kot rešitev za kontrolo točk HACCP.

KEY WORDS DOCUMENTATION DN Du1

DC UDC 664.0:532.137(043)=163.6

CX viscometry, viscosity, rotational viscometer, food industry AU PUNGERTNIK, Alen

AA PRISLAN, Iztok (supervisor), ZLATIĆ, Emil (reviewer) PP SI-1000 Ljubljana, Jamnikarjeva 101

PB University of Ljubljana, Biotechnical Faculty, Department of Food Science and Technology

PY 2021

TI COMPARISON OF DIFFERENT ROTATIONAL VISCOMETER DEVICES FOR FOOD INDUSTRY APPLICATIONS

DT B. Sc. Thesis (Academic Study Programmes: Academic Study Programme Food Science and Nutrition)

NO VIII, 29 p., 6 tab., 16 fig., 8 ann., 20 ref.

LA sl AL sl/en

AB The purpose of this thesis was to fully evaluate the performance of "NDJ-1", an analog rotational viscometer of questionable manufacture and certification imported from China.

In experimentation we focused on accuracy and precision in the range 1-100 mPas which we evaluated with the use of standard sucrose solutions and a reference device Anton Paar ViscoQC 300 – L. Results showed a combined uncertainty equal to the confidence interval of 𝐶𝐼_{95 %}/𝜂 = ± 10 % 𝜂 between 15-100 mPas. Low relative precision in the range between 3-15 mPas means that consecutive measurements should be taken to reach an acceptable CI. Under 3 mPas results are not reliable. We speculate that the ± 10 % uncertainty continues through the range of viscosity between 100-10⁵ mPas. In comparing NDJ-1 to the reference device additional weaknesses like high minimum time between measurements (≥ 16,2 s), low number of sped settings (4), lack of automatization and lack of spindles for low viscosity measurements were identified. Although the weaknesses lower versatility and potential for measurement of non-Newtonian fluids NDJ-1 is certainly a useful device. If precision, accuracy, productivity, and price satisfy the needs of a potential user and no comparable certified solution is affordable purchase may be justified. Concerns over the manufacturers of such devices and by extension their certificates make our results non-directly-transferable to devices of similar look and name. Thus, we deem NDJ-1 inappropriate for monitoring HACCP.

KAZALO VSEBINE

KLJUČNA DOKUMENTACIJSKA INFORMACIJA III

KEY WORDS DOCUMENTATION IV

KAZALO VSEBINE V

KAZALO PREGLEDNIC VII

KAZALO SLIK VII

KAZALO PRILOG VIII

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI VIII

1 UVOD 1

1.1 IZPOSTAVITEV PROBLEMA IN NAMEN NALOGE 1

1.2 CILJI 2

1.2.1 Hipoteze 2

1.2.2 Omejitve 3

2 PREGLED OBJAV 3

2.1 PRINCIP VISKOZIMETRIJE 4

2.2 ROTACIJSKI VISKOZIMETRI 6

2.2.1 Vretena 7

2.2.2 Kalibracija viskozimetrov 7

2.3 VPLIVI PARAMETROV NA MERITEV 8

2.3.1 Vpliv premera čaše 8

3 MATERIAL IN METODE 9

3.1 MATERIAL 9

3.1.1 Priprava standardov 9

3.1.2 Aparature 11

3.2 METODE 12

3.2.1 Spoznavanje naprav 12

3.2.2 Kalibracija viskozimetrov 12

3.2.3 Model nihanja skale analognega viskozimetra 12

3.2.4 Meritve raztopin saharoze 13

3.2.5 Meritve na živilih 14

4 REZULTATI Z RAZPRAVO 14

4.1 SPOZNAVANJE NAPRAV 14

4.1.1 Sklopka analognega viskozimetra 14

4.1.2 Model nihanja skale analognega viskozimetra 15 4.2 OBMOČJE KONSTANTNE MERITVE V ODVISNOSTI OD STRIŽNE HITROSTI

PRI NEWTONSKIH TEKOČINAH 16

4.3 PROBLEM UPORABE VODNIH RAZTOPIN SAHAROZE KOT STANDARD –

IZHLAPEVANJE 17

4.4 MERITVE STANDARDNIH RAZTOPIN Z RAZLIČNIMA NAPRAVAMA 18

4.4.1 Določanje točnosti NDJ-1 glede na meritve z referenčno napravo 18

4.4.2 Natančnost naprav 19

4.4.3 Skupna negotovost meritev 20

4.5 VPLIV PREMERA ČAŠE 21

4.6 PRAKTIČNI PRIMERI 22

4.6.1 Sirup – idealen primer 22

4.6.2 Med – visoka η 22

4.6.3 Jogurt – tiksotropnost 23

4.6.4 Raztopina koruznega škroba – nenewtonska tekočina 24

4.7 EKONOMIČNOST NAKUPA 24

5 SKLEPI 25

5.1 HIPOTEZE 26

6 POVZETEK 27

7 VIRI 28

PRILOGE

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 1: Viskoznost arašidovega masla 1

Preglednica 2: Uporabljena vretena v zaporedju glede na merilno območje viskoznosti od najvišje

η do najnižje η. 7

Preglednica 3: Izračuni η pripravljenih standardnih raztopin iz funkcije η(T, [saharoza]). 11 Preglednica 4: Deklarirane specifikacije uporabljenih viskozimetrov. 11 Preglednica 5: Seznam spremenljivk v modelu (enačbi 1 in 2) z opisi spremenljivih lastnosti

modelne funkcije, ki so odvisne od vrednosti spremenljivk. 13

KAZALO SLIK

Slika 1: Grafični prikaz eksponentno naraščajoče cene amortizacije, ko je produkcija (Q) manjša

od kapacitete naprave (q). 2

Slika 2: Diagram napetosti in deformacije trdnine (ang. stress-strain diagram) (Singh in Verma,

2017). 5

Slika 3: Anton Paar ViscoQC 300 – L in PTD 80 termostat (levo). NDJ-1 (desno). 6

Slika 4: Vretena (Rotational viscometry, 2021). 7

Slika 5: Kalibracija viskozimetra. 8

Slika 6: Prikaz funkcije η(T, [saharoza]), interpolirane iz podatkov NIST-a (Swindells in sod.,

1958). 10

Slika 7: Dva seta meritev istega vzorca, kjer različna hitrost pritiska na vzvod bistveno vpliva na

natančnost meritve. 15

Slika 8: Nihanje skale NDJ-1. 15

Slika 9: 6 spektrov meritev η z AP napravo 16

Slika 10: Grafični prikaz izhlapevanja vode iz standarda med čakanjem na eksperiment. 17 Slika 11: Prikaz absolutnih (levo) in relativnih (desno) rezidualnih odstopanj meritev z NDJ-1 od

meritev z AP po kalibraciji NDJ-1. 19

Slika 12: Natančnost viskozimetrov. 20

Slika 13: Skupna negotovost meritve z NDJ-1 med 3-100 mPas po kalibraciji 21 Slika 14: Grafa za odčitek spremembe navidezne viskoznosti, če kalibracijo izvedemo s čašo

premera 83 mm, za meritev pa uporabimo manjšo. 22

Slika 15: Viskoznost jogurta. 23

Slika 16: Viskoznost raztopine škroba (nenewtonska tekočina). 24

KAZALO PRILOG Priloga A: Natančnejši opis kalibracije

Priloga B: Uporaba MATLAB za prileganje modela Priloga C: Turbulenca ob previsoki strižni hitrosti Priloga D: Število potrebnih meritev z NDJ-1 za CI95 %

Priloga E: Dokaz vpliva premera čaše na meritev

Priloga F: Teoretični primer uporabnika NDJ-1 ali podobne naprave Priloga G: Napotki za potencialne uporabnike NDJ-1 in podobnih naprav Priloga H: Naprave, vretena in parametri posameznih eksperimentov

OKRAJŠAVE IN SIMBOLI AP Anton Paar ViscoQC 300 – L viskozimeter

fRPM frekvenca vrtenja vretena viskozimetra, ki jo nastavimo v obliki RPM QC kontrola kakovosti

ut. % utežni odstotki

1 UVOD

V živilskih obratih kontrola kakovosti (QC) proizvajalcem nudi kvantitativne informacije o karakteristikah izdelkov, polizdelkov ali surovin. Na ta način pomaga zagotavljati, da izdelki na trgu v izbranih parametrih ustrezajo izbranim razponom vrednosti. Eden izmed parametrov, ki ga je smotrno meriti predvsem izdelkom z večinskim deležem tekoče faze, je dinamična viskoznost (v nadaljevanju tudi viskoznost in η) (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005).

Za razliko od nekaterih osnovnih količin, kot sta npr. volumen in temperatura, je izvedba meritve viskoznosti v praksi nekoliko kompleksnejša (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005). Visok razpon viskoznosti tipičnih živil (glej preglednico 1) namreč onemogoča izdelavo enostavne naprave z visoko natančnostjo, ki bi hkrati bila praktična in hitra za uporabo. Specializirane naprave, kot so rotacijski viskozimetri in reometri, omogočajo prilagajanje več parametrov in na račun tega ohranjajo natančnost v zelo širokih merilnih območjih ter dosegajo večjo hitrost meritev in posredno večjo produktivnost. Kompleksnost takšnih naprav pa se odraža na njihovi visoki ceni, ki je lahko za manjša podjetja problematična. Cene viskozimetrov znanega proizvajalca Brookfield na avstrijskem trgu (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005), se gibljejo med 3000 € in 10000 € (Brookfield …, 2021).

Preglednica 1: Viskoznost arašidovega masla je namenjena zgolj predstavi velikostnih razredov. O točni vrednosti ni smiselno govoriti, saj ta niha glede na uporabljen inštrument, vzorec, metodo in temperaturo (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005).

Analit Viskoznost (mPas)

Voda pri 80 °C (IAPWS, 2008) 0,354

Arašidovo maslo pri sobni temperaturi (Totlani in Chinnan, 2007) ≈ 300000

1.1 IZPOSTAVITEV PROBLEMA IN NAMEN NALOGE

Ker se QC izvaja le na vzorcih, je za veliko količino izdelka potrebno majhno število analitskih naprav (n). Ker je število naprav v obratu celo število in ne more biti manjše od 1, se cena amortizacije naprav in relativni začetni vložek na količino izdelka eksponentno povečujeta, ko je produkcija (Q) majhna. Ker je produkcija, ki ustreza maksimalni obremenitvi ene specializirane naprave (q), relativno velika, je cena investicije ali uporabe naprave za manjši obrat lahko ekonomsko nesmiselna. Eksponentna cena uporabe naprave, ki jo uporabnik nakupuje za obdobje 5 let, je prikazana na sliki 1.

Slika 1: Graf prikazuje eksponentno naraščajočo ceno amortizacije, ko je produkcija (Q) manjša od kapacitete naprave (q). Cena naprave: 10000 €; Življenjska doba naprave: 5 let.

Na tujih trgih so prisotne tudi naprave brez certifikatov ali s certifikati vprašljive verodostojnosti, ki so na videz lahko skoraj identične nekaterim certificiranim napravam priznanih proizvajalcev.

Bistvena prednost takšnih naprav je njihova nizka cena. Če želena natančnost in produktivnost inštrumenta nista dosegljivi z enostavnimi cenejšimi napravami, proizvajalec živila ne more izvajati želene QC. Pojavi se torej vprašanje, ali imajo takšne naprave v določenih aplikacijah uporaben potencial kljub neustreznim certifikatom.

1.2 CILJI

• Osnovni cilj naloge je na podlagi hipotez celostno ovrednotiti delovanje analognega rotacijskega viskozimetra NDJ-1 iz tujega trga brez certifikatov in s ceno 338 €.

• Eksperimentalna evaluacija inštrumenta s pomočjo standardnih raztopin in referenčnega inštrumenta višje natančnosti, Anton Paar ViscoQC 300 – L (v nadaljevanju AP), bo napeljala na uporabni potencial naprav, kot je NDJ-1, ali pa izpostavila njihovo nezanesljivost.

• Po ovrednotenju sestaviti napotke za potencialne uporabnike takšnih naprav in izpostaviti pomembne previdnostne ukrepe ob nakupu in pri uporabi.

1.2.1 Hipoteze

H1 Odstopanja meritev (točnost in natančnost) necertificiranega viskozimetra od referenčnih meritev ali standarda so večja od odstopanj meritev certificiranega viskozimetra.

H2 Odstopanja meritev (natančnost in točnost) necertificiranega viskozimetra na vzorcih živil niso kritična za manjše industrijske aplikacije.

H3 Relativno nižja cena necertificiranega viskozimetra ne pomeni sorazmerno nižje učinkovitosti pri analizi vzorcev živil.

1.2.2 Omejitve

Necertificirana naprava seveda ne more nadomestiti certificirane, ko gre za kritično aplikacijo na ravni varnosti hrane. Obstajajo pa določeni primeri, kjer meritev viskoznosti daje le informacijo o senzorični kakovosti, homogenosti ali drugi podobni tehnološki lastnosti, ki proizvajalcu pomaga pri ohranjanju kakovosti in konstantnosti, vendar hkrati ni merilo varnosti živila.

Pridobljeni rezultati in ugotovitve zaradi odsotnosti certifikatov niso direktno prenosljivi na druge naprave iz tujih trgov, tudi naprave enakega izgleda ali imena. Veljajo pa kot dokaz koncepta v razmislek manjšim proizvajalcem z omenjenimi potrebami.

2 PREGLED OBJAV

Reologija je veda o toku in deformacijah materialov pod vplivom sile. Sila se s kontaktom prenašalca sile in analita prenaša na kontaktni sloj molekul analita in nato znotraj materiala na sosednje molekule. Koeficient prenosa sile na naslednjo plast molekul predstavlja viskoznost, mehanizmi prenosa in ostale kompleksnejše interakcije pa bolj široko gledano predstavljajo t.i.

reološke lastnosti. Reološke lastnosti pogosto povzamemo z odvisnostjo strižne napetosti (τ) od strižne hitrosti (𝛾̇) (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005; Singh in Heldman, 2009). V preprostih tekočinah, kjer med molekulami prevladujejo le enostavne interakcije, se odvisnost med strižno napetostjo in strižno hitrostjo približuje linearni odvisnosti. Takšne tekočine definiramo kot newtonske (Bell, 2003). Najbolj tipična primera newtonskih tekočin sta voda in zrak (Alexander, 2017). V resnici pa se nobena tekočina ne obnaša idealno. Bolj ekstremne deviacije od linearne odvisnosti se v praksi pojavljajo predvsem pri zmeseh, ki vsebujejo večje molekule, zlasti polimerne verige (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005). Sterične in konformacijske lastnosti takšnih molekul lahko povzročijo, da s povečanjem strižne hitrosti tekočina izrazi naraščajoč pozitiven ali negativen odmik od linearne odvisnosti (Singh in Heldman, 2009). Odmik povzroči spremembo razmerja (koeficienta) med strižno napetostjo in strižno hitrostjo, ki pa je definiran kot dinamična viskoznost. Pozitiven odmik predstavlja strižno zgoščevanje, negativen odmik pa strižno redčenje (Singh in Heldman, 2009). V tej točki je vredno omeniti, da gre tu z uporabo besed zgoščevanje ali redčenje za nenatančno poimenovanje (eng. misnomer), saj v slovenskem jeziku pridevnike, povezane z gostoto in koncentracijo, pogosto nepravilno apliciramo na viskoznost. Pri pozitivnem odmiku namreč pride do povečanja viskoznosti in ne gostote tekočine, pri negativnem pa do zmanjšanja viskoznosti in ne koncentracije.

V živilstvu reološke lastnosti predstavljajo komponento senzorične teksture živila, v samem procesu izdelave živilskega izdelka pa se pogosto merijo tudi pri analizi vhodnih surovin in QC polproduktov. Materiali živilske industrije so pogosto izrazito kompleksne sestave in vsebujejo polimere, zato imamo večinoma opravka z nenewtonskimi tekočinami raznih 𝜏(𝛾̇) profilov (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005). Nekatere lahko predpostavimo za newtonske, pri bolj izrazitih odmikih od linearne odvisnosti pa je potrebno pri meritvi upoštevati uporabljeno strižno hitrost (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005; Singh in Heldman, 2009). Za izrazito nenewtonska živila, kjer je za uporabo živila značilno mehansko preoblikovanje (npr. mazanje, iztiskanje iz tube), je pomemben spekter viskoznosti v razponu različnih strižnih hitrosti (Tabilo- Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005).

Na viskoznost vpliva tudi temperatura (Singh in Heldman, 2009), zato meritve načeloma izvajamo pri konstantni temperaturi, ki jo dosežemo s termostatiranjem vzorcev, razen v primeru, ko želimo meriti prav odvisnost viskoznosti od temperature (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005).

Nekatera živila kompleksne sestave, kot je jogurt, izražajo tudi odvisnost viskoznosti od mehanske obdelave zaradi spremembe mikrostrukture. To lastnost imenujemo tiksotropnost. Ker pri vsaki meritvi viskoznosti na vzorec deluje sila, ki zmeraj povzroča nekakšno deformacijo ali tok, je meritev viskoznosti nemogoče izvesti brez plastične mehanske obdelave. To vodi do navidezne odvisnosti viskoznosti od časa pri meritvah s konstantno mehansko obdelavo, kot je rotacijska viskozimetrija (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005; Bell, 2003).

Možna je tudi prava odvisnost viskoznosti od časa, ki se pojavi, ko tekočina ni v kinetičnem ravnovesju in v njej tekom meritve potekajo kemijske reakcije (Bell, 2003).

Tudi tlak vpliva na viskoznost, zlasti kadar bistveno spremeni specifični volumen tekočine (Schmelzer in sod., 2005).

Meritve viskoznosti nehomogenih zmesi so odvisne od specifičnega primera. Klasična definicija viskoznosti tu pride pod vprašaj, vendar z izvedbo meritve lahko določimo količino, ki se navezuje na reološke lastnosti zmesi in lahko služi kot empirična količina, ki jo je še vedno možno primerjati med vzorci (npr. meritev končne viskoznosti nehomogenega jogurta z enakomerno dispergiranimi koščki sadja) (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005).

2.1 PRINCIP VISKOZIMETRIJE

Materiali se obnašajo zelo različno, ko nanje vpliva sila. Pomembna je smer silnic, ki je lahko normalna ali strižna. Normalne sile lahko delce potiskajo skupaj (kompresija), lahko pa delujejo natezno. Strižne sile potiskajo ali vlečejo plasti delcev drugo ob drugi. Pri tekočinah je bolj relevanten vpliv strižnih sil, saj se ob kompresiji ali nategu tekočina v večini primerov (odprti

sistemi) lahko preoblikuje, da se namesto normalne napetosti izrazi strižna napetost. Strižna napetost se v tekočinah praktično takoj pretvori v deformacijo, saj je njihova meja elastičnosti zelo nizka (slika 2). Elastična potencialna energija se v plastičnem območju preko trenja pretvarja v toploto (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005). Pri visokih silah lahko tekočina doseže tudi točko natezne trdnosti in zlom. Večino praktičnih primerov v živilstvu obravnavamo le v elastičnem, viskoelastičnem in plastičnem območju obremenitve.

Slika 2: Diagram napetosti in deformacije trdnine (ang. stress-strain diagram) (Singh in Verma, 2017). Snovem z nizko mejo elastičnosti (npr. tekočinam) ga načeloma ni možno izmeriti zaradi zahtev metode nateznega preizkusa. Prikazuje lastnosti, ki jih (z drugimi metodami) merimo tudi tekočinam.

Pod vplivom strižne sile se v plastičnem območju plasti tekočine premikajo pri različnih hitrostih, torej med seboj drsijo. Če tok vzpostavljamo s konstantno strižno silo in strižno hitrostjo, lahko tekočini pri tej strižni hitrosti pripišemo viskoznost, ki se nanaša na trenje med plastmi in se izrazi v strižni sili, s katero poganjamo gibanje tekočine. Za lažjo izvedbo meritve je potrebna konstantna hitrost ali konstantna sila v odvisnosti od časa. Höpplerjev viskozimeter se poslužuje konstantne sile gravitacije in je η odvisna od hitrosti, ki jo izračunamo iz poti in časa potovanja kroglice.

Viskozimetri, kot so rotacijski viskozimetri, pa se poslužujejo konstantne hitrosti motorja in je η odvisna od sile, ki jo naprava aplicira pri tej hitrosti in hkrati tudi meri. Nekateri rotacijski reometri se namesto konstantne hitrosti poslužujejo konstantne napetosti (Tabilo-Munizaga in Barbosa- Cánovas, 2005).

Bistvena prednost rotacijskega viskozimetra je ta, da lahko hitrost motorja enostavno prilagajamo in na ta način učinkovito izkoristimo merilno območje silomera. Prilagajamo lahko tudi površino z uporabo drugačnega vretena. Pri enostavnih napravah, ki izkoriščajo gravitacijo, silo težje prilagajamo. Höpplerjev viskozimeter za vsako silo zahteva kroglico drugačne gostote, površine pa ni možno enostavno prilagoditi. Pri enostavnih pretočnih lončkih teh parametrov ni možno prilagajati, zato za vsako merilno območje potrebujemo nov lonček.

Viskoznost je odvisna od številnih parametrov. Idealizacija okoliščin in uporaba konstantnih spremenljivk omogočata kontrolirane pogoje, pri katerih je meritev viskoznosti možna. Ponavadi želimo konstanten laminaren tok in konstantno ter povsod enako temperaturo. Kljub temu viskozimetri v praksi ne omogočajo popolnoma idealnih okoliščin za meritev viskoznosti. Plasti, ki drsijo, so lahko ukrivljene, debelina ni konstantna po vsej površini, tok ni povsem laminaren, trenje vnaša toploto … (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005) Vsi te rezidualni vplivi se iz meritve bolj ali manj popolno odstranijo s kalibracijo naprave.

2.2 ROTACIJSKI VISKOZIMETRI

Rotacijski viskozimetri (slika 3) merijo viskoznost preko strižne sile, ki je izračunana iz navora ter kombinacije uporabljenega vretena in čaše. Nastavimo tudi frekvenco obratov (fRPM), ki se preračuna v strižno hitrost. Cilindrično vreteno je potopljeno v tekočino in aksialno rotirano pri določeni hitrosti (Instruction manual …, 2020). Ko se vzpostavi laminaren tok in razna nihanja izzvenijo, lahko prevzamemo model gibanja pri konstantni hitrosti (Tabilo-Munizaga in Barbosa- Cánovas, 2005). Tedaj ni pospeškov, zato je viskoznost odvisna od konstantne sile, s katero viskozimeter poganja rotacijo vretena. To silo izmeri silomer. Z uporabo enostavnih faktorjev za hitrost in površino jo naprava, oz. v primeru analogne naprave uporabnik, preračuna v viskoznost.

Na koncu je uporabljen tudi faktor ali funkcija kalibracije.

Slika 3: Anton Paar ViscoQC 300 – L in PTD 80 termostat (levo). NDJ-1 (desno).

2.2.1 Vretena

Vreteno rotacijskega viskozimetra je izmenljiv del naprave valjaste oblike, ki je poleg čaše edini del naprave, ki je v stiku z vzorcem med meritvijo. Menjava vretena omogoča spremembo velikosti stične površine in ra (poglavje 2.3.1). NDJ-1 vsebuje le cilindrične sisteme, AP pa tudi koaksialne cilindre in sistem votlega cilindra z dvojno režo (preglednica 2, slika 4). Cilindrične sisteme uporabljamo v kombinaciji s čašo znanega notranjega premera (Instruction manual …, 2020).

Preglednica 2: Uporabljena vretena v zaporedju glede na merilno območje viskoznosti od najvišje η do najnižje η.

Vreteno Tip vretena NDJ-1 AP

L4 Cilindrični sistem DA DA

L1 Cilindrični sistem DA DA

CC18 Koaksialna cilindra / DA

CC26 Koaksialna cilindra / DA

DG26 Sistem z dvojno režo / DA

Slika 4: Vretena (Rotational viscometry, 2021). Cilindrični sistemi različnih velikosti, ki se uporabljajo v kombinaciji s čašo (A (L1 – levo; L4 - desno), tudi slika 3 desno); sistem s koaksialnima cilindroma (B); sistem votlega cilindra z dvojno režo (C, tudi slika 3 levo). Ključnega pomena za meritev sta predvsem stična površina s tekočino in velikost reže (𝑟_{i čaša}− 𝑟_o (A); 𝑅_c− 𝑅_b (B); 𝑅₂− 𝑅₁ in 𝑅₄− 𝑅₃ (C)).

2.2.2 Kalibracija viskozimetrov

Faktorji hitrosti in vretena so osnovani na teoriji, a zaradi neidealnih pogojev ne zajamejo vseh okoliščin popolnoma. Nekalibrirana meritev namreč vključuje tudi napako viskozimetra.

Kalibracijo za odstranitev te napake izvedemo s transformacijo 𝑓: 𝜂_izmerjena→ 𝜂_dejanska. Dva enostavna primera kalibracije, z modeloma 𝑦 = 𝑘𝑥 + 𝑛 in 𝑦 = 𝑥 + 𝑛, sta prikazana na sliki 5, podrobnejši opis pa se nahaja v prilogi A (Instruction manual …, 2020).

Slika 5: Kalibracija viskozimetra. Na grafu (levo) je prikazan primer funkcije, na katero padejo meritve, kadar je potrebna kalibracija z 𝑦 = 𝑥 + 𝑛. Na grafu (desno) je prikazan primer funkcije, na katero padejo meritve, kadar je potrebna kalibracija z 𝑦 = 𝑘𝑥. (𝑦 = 𝜂_izmerjena; 𝑥 = 𝜂_dejanska).

2.3 VPLIVI PARAMETROV NA MERITEV

Na viskoznost ali navidezno viskoznost lahko vpliva veliko število parametrov. Nekateri pomembni parametri, na katere smo se osredotočili v nalogi, so:

• temperatura,

• mehanska obdelava (vpliv se pojavi pri tiksotropnih tekočinah),

• premer čaše (vpliv na navidezno viskoznost (poglavje 2.3.1)),

• fRPM (določa strižno hitrost) (vpliv na navidezno viskoznost (priloga C) in tudi na dejansko viskoznost pri nenewtonskih tekočinah).

2.3.1 Vpliv premera čaše

Meritve viskoznosti z rotacijskimi viskozimetri so občutljive na notranji premer uporabljene čaše.

Po standardu ISO 2555 je idealen notranji premer čaše za točnost metode 83 mm (Rotational viscometry, 2021). Certificirano merilno območje metode ISO 2555 je 20-60000000 mPas (ISO 2555, 2018). Zaradi omejitev dostopnosti večjih volumnov analitov smo za meritve z NDJ-1 in nekatere meritve z AP uporabili manjšo čašo notranjega premera 66 mm. Vpliv manjšega premera smo poskusili določiti z izvedbo meritev enega izmed analitov tudi v 600 ml čaši notranjega premera 87 mm. S primerjanjem rezultatov smo sklepali o zanemarljivosti odstopa premera uporabljene čaše od premera predpisane čaše.

Teoretični faktor razlike med čašama (Δmeritve) je možno oceniti s formulami za koaksialne cilindre (enačbi 1 in 2 (Manske, 2002)), če predpostavimo idealen sistem dveh koncentričnih valjev (ri - notranji radij; ro - zunanji radij):

𝐶₁ =¹

3𝑟_a²𝐻 … (1)

𝐶₂ = ^2𝑟i

2𝑟o2

𝑟a2(𝑟_o²−𝑟_i²) … (2)

𝑟_a = (𝑟_i+ 𝑟_o)/2 … (3)

𝜂 = ^𝜏

𝛾̇ … (4)

𝜂_meritev = ^{𝐶2∗𝐶1}

[Navor]∗[Kotna hitrost]∝ 𝐶₂∗ 𝐶₁ … (5)

Δ_meritev[%] = (_𝐶^{𝐶2 čaša1∗𝐶1 čaša 1}

2 čaša 2∗𝐶_{1 čaša 2}− 1) ∗ 100 % … (6)

Δ_meritev(^{𝑟 = 66 mm}

𝑟 = 87 mm)[%] = + 4,29 % … (7)

Izračunali smo, da so meritve v čaši s premerom 66 mm za 4,29 % večje od meritev v čaši s premerom 87 mm. Ta napaka se odstrani v procesu kalibracije viskozimetra, če model kalibracije vsebuje skalarni faktor viskoznosti: 𝑦 = 𝑓(𝑘𝑥). Mi smo napako zanemarili, saj so bile meritve že metrično skladne z referenčnimi meritvami AP, zato smo uporabili model 𝑦 = 𝑥 + 𝑛 (Jilke in sod., 2015).

3 MATERIAL IN METODE 3.1 MATERIAL

Za izvajanje eksperimentov smo uporabili dva viskozimetra in ostale aparature (poglavje 3.1.2), jedilni beli sladkor, deionizirano vodo, tekoči jogurt, malinov sok v obliki sirupa, koruzni škrob, med, gosti sok, čaše različnih notranjih premerov, mikropipeto, puhalko, stojala, držala, žličke, steklene palčke, magnetna mešala in drug drobni laboratorijski material ter računalnik s programoma Microsoft Office Excel in MATLAB R2020b.

3.1.1 Priprava standardov

Da bi v nadaljevanju lahko izvedli natančne izračune mas saharoze in vode za pripravo standardov znanih viskoznosti, je potrebno natančno poznati funkcijo η([saharoza], T). Temperatura pri pripravi standarda lahko niha, dokler so komponente raztopine kemijsko stabilne, pri sami meritvi pa mora biti temperatura zmesi enaka izračunani temperaturi iz funkcije. Natančni podatki namenjeni kalibraciji viskozimetrov smo pridobili iz dokumenta agencije NIST v obliki matrike

(preglednice) (Swindells in sod., 1958). Ker gre za funkcijo s tremi dimenzijami, smo za interpolacijo podatkov uporabili program MATLAB R2020b. V kubičnem modelu interpolacije (slika 6) smo upoštevali le vrednosti manjše od 200 mPas, saj so visoke vrednosti viskoznosti pri uporabi raztopine saharoze kot standarda lahko problematične zaradi strme odvisnosti η od temperature in koncentracije ter posledično velike napake.

Slika 6: Prikaz funkcije η(T, [saharoza]), interpolirane iz podatkov NIST-a (Swindells in sod., 1958).

Podatki NIST-a (Swindells in sod., 1958) navajajo uporabo mas saharoze, izmerjenih v vakumu.

Da bi se približali podatkom, smo vzorcu kristalinične kuhinjske saharoze najprej določili vsebnost vode z uporabo specializirane sušilne tehtnice. Odstotek suhe snovi smo upoštevali v nadaljnjih izračunih. Meritve mase smo izvajali na analitski tehtnici pri sobnem tlaku. V izračunih mas smo zanemarili silo vzgona na račun 1 atm izpodrinjenega zraka, kar predstavlja napako izračunov ≈ + 0,6 % η pri 100 mPas, vendar ta napaka ni relevantna za končno uporabljeno metodo določanja točnosti (natančneje opredeljeno v poglavjih 4.3 in 4.4).

Pripravili smo standardne raztopine saharoze različnih viskoznosti (preglednica 3). Tehtali smo pri atmosferskem tlaku. Za raztapljanje smo uporabili laboratorijsko grelno ploščo in ultrazvočno kopel. Ker je viskoznost zelo občutljiva na spremembe v koncentraciji, smo po raztapljanju ponovno stehtali raztopine in dodali vodo, ki je bila izgubljena z izhlapevanjem. Pri analizi meritev, katerim se izmerjena T pri meritvi ni popolnoma ujemala s T iz preglednice 3, smo z uporabo iste funkcije kasneje izračunali temperaturni popravek za η.

Preglednica 3: Izračuni η pripravljenih standardnih raztopin iz funkcije η(T, [saharoza]).

Sladkor (ut. %) Voda (g) Sladkor (g) T vzorca (°C) η (mPas)

0 550,0 0,0 20 1,00

30 280,0 120,0 23 2,90

43 313,5 236,5 20 7,87

50 275,0 275,0 20 15,43

56 242,0 308,0 20 32,12

63 203,5 346,5 25 72,49

63 203,5 346,5 20 99,08

3.1.2 Aparature

Za preiskovano napravo smo uporabili analogni rotacijski viskozimeter NDJ-1 (slika 3, desno), uvožen s tujega trga, s ceno 338 € + carinske dajatve in DDV. Za referenčno napravo smo uporabili digitalen rotacijski viskozimeter Anton Paar ViscoQC 300 – L (AP) (slika 3, levo), s ceno okoli 10000 € vključno z enoto za termostatiranje in vreteni. Relevantne specifikacije, ki jih podaja proizvajalec, so predstavljene v preglednici 4.

Preglednica 4: Deklarirane specifikacije uporabljenih viskozimetrov. *Uradnih deklaracij ni, uporabljena je bila deklaracija naprave enakega izgleda in imena.

Specifikacija Anton Paar ViscoQC 300 – L (AP) (Rotational viscometer …, 2021;

Instruction manual …, 2020)

NDJ-1*

(Operational manual …, 2021)

Negotovost

Natančnost

± 5 % Točnost senzorja

navora ± 1 % maksimalnega navora

Ločljivost senzorja navora ± 0,1 % maksimalnega navora ≈ ± 0,2 % (analogni odčitek)

Merilno območje 1-6000000 mPas 10-100000 mPas (deklarirano)

Frekvenca obratov (fRPM) 0,01-9,99; 10,0-59,9; 60-250 6, 12, 30, 60

Poleg viskozimetrov smo uporabili v kombinaciji z napravo AP tudi enoto za termostatiranje vzorcev Peltier Temperature Device PTD 80, v kombinaciji z NDJ-1 pa digitalni termometer s funkcijo beleženja podatkov EXTECH SDL200. Za zajemanje analognih podatkov v poglavju 3.2.3 smo uporabili kamero pametnega telefona OnePlus 5 in računalnik s programom DaVinci Resolve 17. Za pripravo standardov smo uporabili analitsko tehtnico, za določanje suhe snovi v sladkorju pa sušilno tehtnico, električni magnetni mešalni grelec in ultrazvočno kopel.

Uporabljena oprema in parametri posameznih eksperimentov so dokumentirani v prilogi H.

3.2 METODE

3.2.1 Spoznavanje naprav

Ker želimo vrednotiti točnost in natančnost naprav, je ključnega pomena, da izvajalec eksperimenta dobro pozna napravi in zna samostojno izmeriti viskoznost, ne da bi vnesel dodatne napake. To smo poskusili doseči s prebiranjem navodil za uporabo viskozimetra, teorije viskoznosti in statistike ter izvajanjem testnih meritev. Šele po spoznavanju naprav je izvajalec eksperimenta zasnoval eksperiment, ki je poskušal vrednotiti točnost in natančnost naprav.

3.2.2 Kalibracija viskozimetrov

Kalibracija digitalnega viskozimetra AP se izvede z vsakim vretenom posebej. Naprava avtomatizira proces, pri čemer laborant vnese viskoznost standarda, in po eksperimentu se korekcijski faktor k (model 𝑦 = 𝑘𝑥) (imenovan SCF – Spindle Correction Factor) avtomatsko zabeleži na čip vretena in vračuna pri nadaljnjih meritvah (Instruction manual …, 2020).

Za kalibracijo analognega viskozimetra NDJ-1 je potrebno določiti model kalibracije, izvesti meritev enega ali več standardov in z izbrano transformacijo rezultate preslikati na deklarirane viskoznosti standarda. Parametri preslikave predstavljajo kalibracijski faktor ali funkcijo, s katero lahko pri nadaljnjih meritvah nekalibriran rezultat računsko pretvorimo v končni kalibriran rezultat meritve.

3.2.3 Model nihanja skale analognega viskozimetra

Ker NDJ-1 nima priloženih uradnih navodil za uporabo, smo čas, ki je potreben za ustalitev analognega kazalca, določili eksperimentalno. S kamero mobilnega telefona OnePlus 5 smo pri 120 FPS posneli gibanje kazalca ob zagonu motorja in v programu DaVinci Resolve 17 ročno odčitali 301 točko meritve v odvisnosti od časa. Opazili smo, da gibanje kazalca lahko opišemo z modelom sinusoidnega nihanja, ki smo mu postopno dodali spremenljivke do zadovoljivega prileganja po regresiji:

𝑓(𝑡) = |𝑎 ∗ sin(𝑡 ∗ 𝑓 + 𝑧) ∗ 𝑝^(−𝑡 ∗ 𝑓 + 𝑧) + 𝑠(𝑡) + 𝑚| − 𝑚 … (8) 𝑠(𝑡) = (𝜂 − e^(−𝑘 ∗ 𝑡 + 𝑙𝑛(𝜂)))/(1/((𝑡 ∗ 𝑟)^ℎ) + 1) … (9)

Preglednica 5: Seznam spremenljivk v modelu (enačbi 1 in 2) z opisi spremenljivih lastnosti modelne funkcije, ki so odvisne od vrednosti spremenljivk.

Spremenljivka Lastnost modelne funkcije a Amplituda

t Čas

f = 2 ∗ 𝜋 ∗ (Frekvenca [𝑠⁻¹])

z Zamik funkcije vzdolž abscise (ηmeritev(t); ηmeritev(0) ≠ 0, saj ne prilegamo začetnega kaotičnega dela podatkov)

p Hitrost pojemanja amplitude

m Minimum (meja odboja kazalca na dnu skale; potrebna, ker m ≠ 0)

s(t) Sigmoidna funkcija prevoja osi nihanja kazalca iz mirovanja (izhodišče = 0) v ravnotežno vrednost konstantnega kroženja (rezultat = η)

η Viskoznost (rezultat meritve)

k Koeficient približevanja s(t) k rezultatu

h Koeficient eksponentnega odmika s(t) od izhodišča

r Razteg komponente eksponentnega odmika (h) od izhodišča vzdolž abscise

Model f(s(t),t) je bil po metodi najmanjših kvadratov prilegan v programu Excel. Za analizo v programu MATLAB R2020b smo prilagodili f(t) (enačba 10), podatke prezrcalili skozi spodnjo mejo skale viskozimetra (-2) in frekvenco določili s Fourierevo transformacijo. Rezultat regresije (z enačbo 10) je spremenljivka p, ki nosi informacijo o tem, kako hitro se nihanje umiri. Iz p je možno izračunati minimalni čas, ki je potreben po zagonu motorja, da nihanje kazalca ne vnese napake v meritev. Izrazimo ga kot "maksimalni čas neslišnega nihanja" (tmnn), saj pri odboju kazalca od roba skale slišimo udarec, ki nam pove, da je nihanje prisotno. Ko udarcev ne slišimo več, je maksimalna možna amplituda enaka velikosti skale (Amplituda_max= 𝑥 ∗ 𝑎_max= 100 − (−2) ≈ 102). Od tega trenutka zadnjega udarca je potrebno počakati najmanj izračunani tmnn, preden lahko odčitamo meritev. V eksperimentih smo konzervativno uporabili 𝑡_mnn ≥ 30 s.

Prilagojena funkcija za analizo v MATLAB R2020b:

𝑓(𝑡) = (𝑎 ∗ sin(𝑡 ∗ 𝑓 + 𝑧)) ∗ 𝑝^(−𝑡 ∗ 𝑓 + 𝑧) + 𝜂 … (10)

3.2.4 Meritve raztopin saharoze

Za meritve smo izbrali kombinacijo vretena in fRPM, ki je omogočala meritev znotraj merilnega območja navora AP naprave. Nato smo za boljšo primerljivost meritve pri istem fRPM s podobnim vretenom izvedli meritev z napravo NDJ-1. Za meritve z AP smo imeli na voljo poleg cilindričnih sistemov tudi koaksialne cilindre in cilinder z dvojno režo (slika 4). Pred izvajanjem meritev na obeh napravah smo izmerili odvisnost η(fRPM) z AP napravo. Spekter smo upoštevali pri izbiri

ustreznega fRPM za meritev v konstantnem območju η(fRPM), ki je pogoj za točno meritev newtonske tekočine.

3.2.5 Meritve na živilih

Po evaluaciji naprav s standardnimi raztopinami saharoze smo izbrali 4 primere živil različnih viskoznosti. Sirup za pripravo soka je predstavljal živilo nizke viskoznosti, cvetlični med živilo visoke viskoznosti, tekoči jogurt živilo srednje viskoznosti s kompleksno sestavo ter zmes koruznega škroba in vode živilo srednje viskoznosti z izrazito nenewtonskimi lastnostmi. Pri meritvah viskoznosti jogurta smo opazili navidezno odvisnost viskoznosti od časa, zato samo izvedli še meritve η(t) na obeh napravah in sklepali o uporabnosti ene in druge naprave za ta specifičen analit. Raztopino koruznega škroba smo pripravili v masnem razmerju 2: 1 = 𝑚_škrob: 𝑚_voda. Meritve tega analita so bile problematične zaradi hitrega izhlapevanja vode, zato serije meritev med seboj niso primerljive, saj so bili vzorci med serijami dodatno razredčeni do primerne konsistence. Meritve so bile izvedene z AP napravo. Rezultati služijo kot primer nenewtonske tekočine in so primerljivi znotraj posameznega spektra η(fRPM).

4 REZULTATI Z RAZPRAVO 4.1 SPOZNAVANJE NAPRAV

4.1.1 Sklopka analognega viskozimetra

Natančna pozicija kazalca na skali ob izvedbi meritve z NDJ-1 je za namene odčitavanja fiksirana z ročnim pritiskom na vzvod. Ob potovanju vzvoda se med kazalcem in skalo najprej ustvari trenje, ki morda vpliva na premikanje kazalca. Ko je pritisk dokončen, pa ostane kazalec popolnoma fiksiran na skalo. Hitrost pritiska na vzvod torej morda vpliva na končno odčitano meritev.

V 20 zaporednih meritvah smo na vzvod najprej 9-krat pritisnili z običajno hitrostjo in nato 11-krat tako, da smo s prstom zamahnili po zraku proti vzvodu, da je bil čas potovanja vzvoda in postopnega stiskanja sklopke čim krajši. Nato smo v Excelu s funkcijo STDEV.S izračunali standardno deviacijo (σ) vsakega seta meritev (v izračunih vseh eksperimentov prevzamemo 𝜎 = 𝑠 in jo označimo z oznako σ). Ugotovili smo, da hitrejši pritisk na vzvod bistveno izboljša natančnost meritve NDJ-1 viskozimetra (slika 7). Hiter pritisk smo uporabljali pri vseh nadaljnjih meritvah.

Slika 7: Dva seta meritev istega vzorca, kjer različna hitrost pritiska na vzvod bistveno vpliva na natančnost meritve.

4.1.2 Model nihanja skale analognega viskozimetra

𝑡_mnn = 16,149 s … (11)

Izračunani tmnn nam pove, da je pri uporabi NDJ-1 ob zagonu motorja po prenehanju odbojev kazalca, potrebno počakati vsaj 16,2 s, da neslišno nihanje kazalca zagotovo izzveni. Slika 8 prikazuje prileganje modela in izračun v Excelu, v prilogi B pa je prikazan postopek z uporabo MATLAB R2020b.

Slika 8: Nihanje skale NDJ-1. Regresijska analiza podatkov, odčitanih iz video posnetka skale analognega viskozimetra NDJ-1, v Excelu z modelom f(t) (enačbi 8 in 9) (levo). Prikaz tmnn na grafu padajoče amplitude nihanja z začetno vrednostjo 102 % in določeno mejo za izračun tmnn: amplituda ≤ 1 % (desno).

Tudi naprava AP potrebuje čas za umiritev nihajev, vendar pri meritvah s konstantnim fRPM ta ni problematičen, saj za odčitavanje ni potrebno ustavljanje motorja, zato je potrebno počakati le ob zagonu motorja ali spreminjanju fRPM.

4.2 OBMOČJE KONSTANTNE MERITVE V ODVISNOSTI OD STRIŽNE HITROSTI PRI NEWTONSKIH TEKOČINAH

Klasična meritev viskoznosti z rotacijskim viskozimetrom vključuje meritev navora pri določenih pogojih. Vrednost viskoznosti, ki jo izmerimo, sama po sebi ne more opisati lastnosti materiala, zato je potrebno ob vsaki meritvi zabeležiti tudi temperaturo analita, saj je viskoznost odvisna od nje. Parameter strižne hitrosti se uvede z nastavitvijo fRPM. Resnična viskoznost newtonskih tekočin ni odvisna od tega parametra, meritev viskoznosti pa kljub temu je, saj pri določenih fRPM v danem primeru lahko prevladajo vplivi, ki spremenijo vrednost meritve, da se ta ne ujema več z dejansko viskoznostjo. Da bi ugotovili ustrezen fRPM za dani primer, je potrebno pred meritvijo izvesti serijo meritev pri različnih fRPM (slika 9). Če jo izvedemo na newtonski tekočini, lahko opazujemo vplive na meritev. Pri nizki strižni hitrosti opazimo povišanje σ in odstopanje od konstantne vrednosti η (𝜂 ≈ 1,75), ker je navor prenizek za zmožnosti senzorja. Pri visoki strižni hitrosti pa opazimo strmo naraščanje navidezne η zaradi pojava Taylorjevih vrtincev. Ker navor narašča s turbulenco, ostane σ pri visoki strižni hitrosti nizek. Naraste šele pri zelo turbulentnih pogojih, najverjetneje zaradi kaotičnih vibracij turbulence. Iz spektra razberemo optimalno hitrost obratov za izvedbo meritve v konstantnem območju η in pri nizkem σ: približno 100 RPM.

Slika 9: 6 spektrov meritev η z AP napravo (koaksialni cilinder CC26 (slika 4)) pri 10-250 RPM. Za prikaz je bil namenoma uporabljen CC26. Za meritev tako nizkih η je bolj primeren cilinder z dvojno režo DG26 (slika 4).

Pri meritvah nenewtonskih tekočin, kjer η ni enostavna konstantna funkcija fRPM, je ključnega pomena, da vemo, kdaj imamo opravka z deviacijo zaradi narave nenewtonske tekočine in kdaj zaradi neenakosti meritve z dejansko viskoznostjo. S spreminjanjem preostalih pogojev (vreteno, čaša, T, naprava, tip viskozimetra …) se bodo resnične deviacije viskoznosti ohranile bolje od deviacij meritev, ki so zelo odvisne prav od teh pogojev.

Pri prenizkih navorih (slika 9) na robu in zunaj deklariranega območja opazimo strmo naraščanje σ ter deviacijo meritve od dejanske viskoznosti. Ta napaka se pojavi pri uporabi vretena s premajhno površino, tekočine s premajhno η ali drugega podobnega razloga. Gre za nezmožnost silomera v viskozimetru ob premajhni sili navora.

Turbulenca, ki se lahko ob previsoki strižni hitrosti (slika 9) pojavi v obliki Taylorjevih vrtincev, je razložena v prilogi C.

4.3 PROBLEM UPORABE VODNIH RAZTOPIN SAHAROZE KOT STANDARD – IZHLAPEVANJE

Improvizirani standardi vodnih raztopin saharoze so se izkazali za problematične, saj smo v meritvah opazili približno 10 % odstopanje od izračunane η. Visoka stopnja korelacije te relativne napake med napravama namiguje, da je izvor napake standard. Računsko smo preverili verjetnost možnih vplivov na meritev. Izvedli smo tudi eksperiment za potrditev najverjetnejše hipoteze (slika 10), ki opisuje izhlapevanje vode iz standardov, ko ti niso bili neprodušno zaprti. 0,6 % izgubljene mase v 5 urah (slika 10) namreč poveča η za kar 7,5 %.

Slika 10: Grafični prikaz izhlapevanja vode iz standarda med čakanjem na eksperiment. Že nekaj gramov je dovolj za veliko spremembo viskoznosti zaradi visoke strmine funkcije η([saharoza]) (slika 6).

Implikacija izhlapevanja je ta, da je natančnost meritev še zmeraj veljavna. Znotraj seta meritev enega standarda je η nespremenjena (naklon linearne regresije indeksa relativnih napak zaporednih meritev je < + 0,01 %/meritev). Prava točnost meritev pa je izgubljena, saj ne poznamo natančne η posameznega standarda v trenutku meritve.

4.4 MERITVE STANDARDNIH RAZTOPIN Z RAZLIČNIMA NAPRAVAMA

Z upoštevanjem dosedanjih dognanj smo se lotili analize eksperimenta, ki poskuša vrednotiti natančnost in točnost naprav. Saharoza za pripravo standardov je vsebovala 99,965 % suhe snovi, kar smo upoštevali v izračunih. Saharoze nismo tehtali v vakumu. Napaka v izračunih na račun tega je približno + 0,6 mPas pri viskoznosti 100 mPas. Izračunov nismo ponavljali, saj se je zaradi vplivov iz poglavja 4.3 izkazalo, da teoretičnih viskoznosti nismo mogli natančno izračunati in smo metodo spremenili, kot je opisano v poglavju 4.4.1 ter se uporabi teh vrednosti izognili.

4.4.1 Določanje točnosti NDJ-1 glede na meritve z referenčno napravo

Kljub napaki zaradi izhlapevanja lahko točnost NDJ-1 ovrednotimo ob predpostavki, da je točnost AP veliko višja. Meritve AP ob dani predpostavki uporabimo za referenčne meritve.

Pred vrednotenjem točnosti izvedemo kalibracijo. Če poskusimo NDJ-1 kalibrirati z uporabo linearne regresije obeh skupkov setov meritev in transformacijo glede na izračunani premici, dobimo neenakomerno porazdelitev rezidualnih odstopanj meritev AP od regresijske premice. Ta rezultat potrjuje, da je kalibracijo bolje izvesti v eni sami točki blizu η analitov ali pa je zgolj posledica nepoznavanja točnih dejanskih η omenjenih v poglavju 4.3. Za izračun to ne predstavlja večjega problema, saj smo postavili predpostavko o točnosti meritev AP, zato v nadaljevanju meritve AP uporabimo tudi za dejanske η. Opazimo tudi, da se napaka NDJ-1 glede na AP v danem območju giblje podobno funkciji 𝑦 = 𝑥 + 𝑛, naklon regresijskih premic pa je zelo podoben. Z linearno regresijo po funkciji 𝑦 = 𝑘𝑥 + 𝑛 določimo n in ga uporabimo v kalibraciji z modelom 𝑦 = 𝑥 + 𝑛. Tako zagotovimo dobro kalibracijo v območju nizkih η. Za naš viskozimeter NDJ-1 smo izračunali 𝑛 = 2,6176 mPas.

Po kalibraciji in temperaturnem popravku s funkcijo η(T, [saharoza]) lahko primerjamo odstopanja meritev NDJ-1 od meritev istih analitov z AP (slika 11).

Slika 11: Prikaz absolutnih (levo) in relativnih (desno) rezidualnih odstopanj meritev z NDJ-1 od meritev z AP po kalibraciji NDJ-1. Enakomerno sipanje absolutnih napak v pozitivno in negativno smer nakazuje, da je bila kalibracija z modelom 𝑦 = 𝑥 + 𝑛 ustrezna. Okoli 1 mPas je relativna napaka zelo velika.

Narava napake točnosti NDJ-1 po kalibraciji med 3 mPas in 100 mPas je padajoča ali konstantna relativna napaka (nimamo dovolj podatkov). Konzervativno prevzamemo, da je med 3-100 mPas konstantna (4,6 %) (izražena v obliki relativne standardne napake povprečij setov od prevzete dejanske η (𝜎_𝑥̅/𝜂)). Pri nizkih η okoli 1 mPas je opažena bistveno večja napaka, tudi več kot – 40 %.

4.4.2 Natančnost naprav

Natančnost zaporednih meritev istega vzorca smo izračunali v Excelu z uporabo funkcije STDEV.S. Standardno deviacijo smo podali na grafu (slika 12) v obliki relativne natančnosti 𝜎/𝜂 ∗ 100 %. Natančnost vseh izvedenih meritev z AP viskozimetrom je v območju 1-100 mPas:

𝜎/𝜂 < 1 % (𝜎/𝜂 = 0,39 %). Natančnost ni v korelaciji z viskoznostjo (𝑅² = 0,0226), kar pomeni, da je naprava primerna za uporabo v celotnem območju. Natančnost NDJ-1 je nižja. Med 15 mPas in 100 mPas je 𝜎/𝜂 < 2 %, pri 𝜂 < 15 mPas pa σ/η eksponentno narašča s padanjem η. Okoli 1 mPas je izmerjena 𝜎/𝜂 ≈ 33 %.

Slika 12: Natančnost viskozimetrov. Natančnost NDJ-1, izražena v obliki σ/η, je na preiskovanem intervalu (1-100 mPas) odvisna od viskoznosti (levo). Natančnost AP je višja (nižja σ) in od viskoznosti ni odvisna (𝑅²= 0,0226) (desno).

Nizka relativna natančnost pri 𝜂 < 15 𝑚𝑃𝑎𝑠 se najverjetneje pojavi zaradi uporabe različnih merilnih sistemov vretena in lončka. AP naprava je namenjena meritvam nizkih η, zato imamo za meritve nizkih η na razpolago cilinder z dvojno režo, ki ima veliko površino stika s tekočino. Ker so navori še zmeraj zelo nizki, je potrebno fRPM nastaviti relativno visoko. AP naprava omogoča maksimalno frekvenco vrtenja 250 RPM (vendar so bile meritve vode izvedene pri 75 RPM zaradi turbulence), ki omogoča v sistemu DG26 meritev vode pri 22 °C znotraj deklariranega območja navorov (10-100 % maksimalnega navora). Naprava NDJ-1 omogoča maksimalno frekvenco le 60 RPM in vključuje le navadne cilindrične merilne sisteme. Posledica tega so nižji navori, ki jih naprava ne more izmeriti z visoko natančnostjo, kadar merimo tekočine nizkih viskoznosti. Pri izvajanju meritev viskoznosti pod 15 mPas z NDJ-1 se moramo torej zavedati nizke natančnosti meritev zaradi omejitev prilagajanja fRPM (𝑓_{RPM max} = 60) in vretena (vreteno z največjo površino: L1).

4.4.3 Skupna negotovost meritev

Skupno negotovost meritve (M) izračunamo s propagacijo funkcij porazdelitve verjetnosti po modelu negotovosti meritve 𝑀 = 𝑁 + 𝑇 + 𝑅. Upoštevamo natančnost (N) in točnost (T), ostalo (R) pa zanemarimo (npr. točna globina potopitve cilindra, negotovost standarda …). Napaki na račun N in T povzamemo s poglavij 4.4.1 in 4.4.1 ter ju zapišemo v obliki enačb: 𝜎_𝑁(𝜂) = 0,0069𝜂 + 0,2752; 𝜎_𝑇(𝜂) = 0,046𝜂 (med 3-100 mPas). Skupno negotovost meritve v obliki standardne deviacije lahko nato izračunamo po formuli (A Summary of Error Propagation, 2021):

𝜎_𝑀 = √𝜎_𝑁² + 𝜎_𝑇² … (12)

Slika 13: Skupna negotovost meritve z NDJ-1 med 3-100 mPas po kalibraciji (pri 1 mPas je točnost premajhna in meritev nezanesljiva).

Pripravili smo tudi prikaz vpliva števila zaporednih meritev z NDJ-1 na CI95 % (priloga D). Na robu zmožnosti NDJ-1 (3-15 mPas) izvedba zaporednih ponovitev meritve bistveno izboljša negotovost.

4.5 VPLIV PREMERA ČAŠE

Iz formul za koaksialne cilindre (enačbi 1 in 2) smo izračunali odvisnost razlike meritev (Δmeritev

[% glede na čašo s premerom 83 mm]) od premera uporabljene čaše. Iz grafa lahko odčitamo, za koliko odstotkov bo meritev višja od meritve v standardni čaši s premerom 83 mm (Rotational viscometry, 2021), če za meritev namesto nje uporabimo čašo z manjšim premerom pri uporabi vretena L1 (slika 4A (levo), tudi slika 3 (desno)). Odčitan odstotek omogoča uporabniku približen preračun meritve v viskoznost, ko ponovna kalibracija z manjšim premerom čaše ni možna (slika 14). Uporabnik na ta način lahko izmeri viskoznost, ko je vzorca na voljo manj kot 600 ml, ki so potrebni za standardno čašo, ne da bi napravo moral ponovno kalibrirati z uporabljeno čašo. Ker enačbe prevzamejo idealen sistem koaksialnih cilindrov, velja previdnost uporabe grafa na sliki 14, če je uporabljena čaša zelo ozka. V takšnem primeru je potrebna ponovna kalibracija za boljšo točnost meritve.

Slika 14: Grafa za odčitek spremembe navidezne viskoznosti, če kalibracijo izvedemo s čašo premera 83 mm, za meritev pa uporabimo manjšo. Predpostavljen je idealen sistem koaksialnih cilindrov.

Priloga E vsebuje eksperiment, s katerim smo dokazali razliko v navidezni viskoznosti zaradi različnih premerov čaše.

4.6 PRAKTIČNI PRIMERI

Da bi preverili delovanje v praksi in demonstrirali meritve z ovrednoteno napravo NDJ-1, smo izbrali nabor štirih tekočih živil z različnimi reološkimi lastnostmi. Štiri živila ne pokrijejo celotnega spektra reoloških lastnosti značilnih za živilsko industrijo, saj je možnih kombinacij zelo veliko. Izbrali smo predstavnika newtonskih tekočin nizke in visoke viskoznosti (sirup in med), predstavnika tiksotropne tekočine (jogurt) in predstavnika izrazito nenewtonske tekočine (koncentrirana raztopina koruznega škroba).

4.6.1 Sirup – idealen primer

Meritev viskoznosti malinovega sirupa z NDJ-1 pri temperaturi 21,2 °C, kalibrirano po 𝑦 = 𝑘𝑥 + 𝑛, se sklada z določeno točnostjo in natančnostjo NDJ-1. (𝜎(natančnost meritve)/𝜂 = 1,1 %) < 2 %, (|Δabs. napaka (točnost meritve)= − 3,4 %|) < (|𝐶𝐼95 %,48 mPas,N=7/𝜂 − 1 = ± 9,1 %|).

Izmerjena natančnost AP naprave je višja: 𝜎/𝜂 ≈ 0,24 %.

4.6.2 Med – visoka η

Meritev viskoznosti medu z NDJ-1 pri 22,1 °C ima prav tako z ugotovitvami skladno natančnost (𝜎/𝜂 = 0,74 %), točnost pa je nekoliko slabša od ugotovljene točnosti (𝛥abs. napaka/𝜂 = − 11,5 %). Razlog je najverjetneje uporabljena kalibracija v območju

3-100 mPas (poglavje 4.4.1), medtem ko je izmerjena 𝜂 = 12900 mPas. Eksperiment prikaže, kako pomembna je kalibracija v območju meritve. Kalibracija v območju viskoznosti medu bi verjetno zagotovila ustrezno točnost.

Izmerjena natančnost AP naprave je višja: 𝜎̅/𝜂 ≈ 0,39 %.

4.6.3 Jogurt – tiksotropnost

Medtem ko smo pri meritvah newtonskih tekočih živil (sirupa in medu) opazili bistveno razliko le v natančnosti in točnosti končnega rezultata, je razlika uporabnosti med napravama za meritve viskoznosti jogurta večja. Z NDJ-1 smo namreč naleteli na naslednje probleme:

• Minimalni čas med meritvami je enak tmnn (16,2 s), medtem ko lahko meritev z digitalnim AP viskozimetrom brez težave avtomatsko izvedemo v razmiku 1 s. Čas med meritvami je pri jogurtu bistvenega pomena, saj se tekom serije meritev η spreminja.

• Mešanje v odvisnosti od časa je bolj enakomerno in ponovljivo z AP, saj vretena ni potrebno ustavljati.

• Meritev η(t) je serija (spekter) podatkov, za kar je potrebnih veliko meritev. Tu je delo veliko enostavnejše z digitalnim viskozimetrom, saj ta posamezne meritve in čas beleži popolnoma avtomatsko.

Odločili smo se prikazati le rezultate, pridobljene z rotacijskim viskozimetrom AP. Meritve z NDJ- 1 bi zahtevale natančen protokol in veliko dela ter kljub temu ne bi bile primerljive.

Slika 15: Viskoznost jogurta. Jogurt je tiksotropna tekočina. Ob mehanski obdelavi v rotacijskem viskozimetru pri 3 RPM (𝛾̇ = 3,872 s⁻¹) viskoznost jogurta pada zaradi porušenja mikrostrukture gela.

4.6.4 Raztopina koruznega škroba – nenewtonska tekočina

Meritve tega analita smo izvedli le z viskozimetrom AP. Meritev je, podobno kot pri meritvi jogurta, relativno enostavna z digitalno napravo, saj je potrebno za izvedbo zgolj zagnati avtomatski program, ki smo ga predhodno definirali. Rezultat je natančen prikaz strižnega zgoščevanja tekočine (slika 16). Z NDJ-1 bi bilo možno izvesti le slab približek takšnega eksperimenta, saj omogoča meritve le pri 4-ih različnih fRPM, kar pomeni, da dovolj povezanega spektra η(𝛾̇) ni možno izmeriti na praktičen način.

Slika 16: Viskoznost raztopine škroba (nenewtonska tekočina). Graf prikazuje prednost meritve z AP viskozimetrom.

Strižno hitrost lahko (preko fRPM) nastavimo natančneje in v širšem razponu kot z NDJ-1, ne da bi zamenjali vreteno.

Poleg tega je beleženje posameznih meritev avtomatsko. To nam omogoča bistveno boljšo in učinkovitejšo analizo nenewtonskih tekočin z AP.

4.7 EKONOMIČNOST NAKUPA

Razlika v ceni naprav je velika. Cena NDJ-1 in podobnih naprav se giblje okoli 300 € (+ DDV in carinske dajatve). Cena certificiranega viskozimetra podobnega izgleda in priznanega proizvajalca Brookfield je 3830 € (SKU: XAVSTLVTJG0U00) (Tabilo-Munizaga in Barbosa-Cánovas, 2005;

Brookfield …, 2021). Deklarirana natančnost tega viskozimetra je večja, prav tako število nastavitev fRPM. Faktor razlike v ceni je > 10. Bistveno cenejših rotacijskih viskozimetrov (< 3000

€) priznanih proizvajalcev na trgu nismo našli. Če NDJ-1 glede na funkcije, natančnost in točnost zadošča potrebam živilskega proizvajalca in namen uporabe ni v kritični kontrolni točki HACCP, lahko naprava NDJ-1 predstavlja potencialno ustrezno rešitev za proizvajalca. Predvsem je ta cenovni vidik pomemben za manjše proizvajalce, saj je taka naprava tudi do 10-krat cenejša kot npr. naprava proizvajalca Brookfield. V prilogi F je opisan hipotetični primer takšnega proizvajalca, v prilogi G pa smo zbrali napotke za potencialnega uporabnika NDJ-1 ali podobne naprave.

5 SKLEPI

• Kot pričakovano je naprava AP boljša v vseh opazovanih lastnostih (natančnost, točnost, hitrost meritve, funkcije, vsestranskost, beleženje podatkov, odčitavanje podatkov, ločljivost).

• Relativna natančnost NDJ-1 je na intervalu 15-100 mPas 4-krat slabša od natančnosti naprave AP, vendar kljub temu dovolj dobra, da za večino potencialnih uporabnikov v živilski industriji ni problematična, predvsem zato, ker lahko interval zaupanja dodatno izboljšamo z izvedbo več zaporednih meritev. Pri meritvah pod 15 mPas velja biti previden, saj je relativna natančnost bistveno manjša.

• Točnost naprave NDJ-1 je njena največja slabost. Analiza 8-ih setov 10-ih meritev je pokazala relativno standardno napako 𝜎_𝑥̅/𝜂 = 4,6 % po kalibraciji med 3-100 mPas. To kaže na slabo ponovljivost med serijami meritev ali pa na nelinearnost meritve navora v odvisnosti od η. Če je razlog slednji, je možno točnost bistveno izboljšati s točkovno kalibracijo čim bližje merilnega območja analita. Za sklepanje, kateri izmed razlogov je prevladujoč, nimamo dovolj podatkov. Dopuščamo možnost, da točnost narašča z η, vendar za sklepanje o tem nimamo dovolj podatkov, zato smo prevzeli konstantno 𝜎_𝑥̅/𝜂 = 4,6 %.

• Za meritve nenewtonskih in tiksotropnih tekočin je uporabnost NDJ-1 zelo omejena.

Hitrost izvajanja zaporednih meritev je zaradi visokega tmnn relativno nizka v primerjavi z AP. Več kot 2 meritvi/min težko dosežemo, medtem ko lahko z AP odčitke senzorja beležimo popolnoma avtomatsko, npr. vsako sekundo. Zmožnost analize tiksotropnih tekočin, kot je jogurt, ali tekočin, katerih η je odvisna od časa, je torej omejena. Omejeno število nastavitev fRPM pa onemogoča kakovostno meritev spektra η(fRPM), ki je potreben pri tekočinah s strižnim redčenjem ali zgoščevanjem, kot je kečap.

• Meritve tekočin z nizko η (okoli 1-10 mPas) zahtevajo precizen inštrument in dodatno opremo (cilinder z veliko površino, kot je DG26 naprave AP). NDJ-1 ne zadostuje tem pogojem, zato imajo meritve bistveno večje napake. Na sliki 19 je možno odčitati predviden CI95 % za izbrano območje meritve.

• Ko izvajamo meritev s klasičnim cilindričnim vretenom v čaši, je za točnost meritve pomemben notranji premer čaše, vendar le takrat, ko je bila kalibracija inštrumenta izvedena v drugačni čaši. Če ne moremo zagotoviti enakega premera zaradi premajhne količine vzorca in nezmožnosti ponovne kalibracije, lahko približni popravek odčitamo iz grafov na sliki 14.

• Kalibraciji NDJ-1 v našem primeru najbolje ustreza model 𝑦 = 𝑘𝑥 + 𝑛. Korekcijski faktor k je bil za našo napravo pravzaprav nepotreben, saj je ujemanje z dejanskim naklonom ηizmerjena(η) med 3-100 mPas odlično (vzmet je dobro kalibrirana). Zelo pomembna pa je uporaba popravka n, saj so odstopanja pri nizkih η sicer visoka.

• Uporaba komercialnega oljnega standarda za kalibracijo NDJ-1 ni samoumevna, saj cena enega standarda znaša približno 1/3 cene naprave, za dobro kalibracijo pa jih je potrebnih več. Uporaba raztopin saharoze je možna, vendar je potrebna tehtnica visoke točnosti in natančnosti ter izjemna pazljivost pri izhlapevanju standardov.

• NDJ-1 je zagotovo uporaben inštrument. Kljub mnogim pomanjkljivostim v primerjavi z inštrumenti 15-kratne cene so meritve enostavnih tekočin ali zmesi v velikem razponu η izvedljive z intervalom zaupanja 𝐶𝐼_{95 %}/𝜂 − 1 < |± 10 %|, kar lahko zadošča nekaterim potencialnim uporabnikom v živilski industriji. Vsak inštrument ima svoje omejitve in omejitve NDJ-1 glede na njegovo ceno niso porazne.

5.1 HIPOTEZE

H1 Odstopanja meritev (točnost in natančnost) necertificiranega viskozimetra od referenčnih meritev ali standarda so večja od odstopanj meritev certificiranega viskozimetra.

POTRJENA. Izmerjena napaka NDJ-1 je večja od deklarirane napake AP.

H2 Odstopanja meritev (natančnost in točnost) necertificiranega viskozimetra na vzorcih živil niso kritična za manjše industrijske aplikacije.

POTRJENA, vendar velja previdnost pri varnosti hrane.

H3 Relativno nižja cena necertificiranega viskozimetra ne pomeni sorazmerno nižje učinkovitosti pri analizi vzorcev živil.

OVRŽENA. Če analit ni newtonska tekočina, so vsestranske zmožnosti AP in podobnih inštrumentov nepogrešljive.

6 POVZETEK

Viskoznost je ena izmed fizikalnih lastnosti deformacije materiala in je najbolj relevantna za tekočine. Mnoge industrije, med njimi živilska industrija, se poslužujejo meritev viskoznosti snovi bodisi za postavljanje napovedi o fizikalnem obnašanju materialov, bodisi za preverjanje kakovosti izdelkov v industrijski verigi. Viskoznost lahko natančno določimo le, kadar snov obravnavamo pri idealnih pogojih, ki jih dosežemo z uporabo bolj ali manj sofisticiranega merilnega inštrumenta.

Rotacijski viskozimetri omogočajo odlično prilagajanje pogojev, kar je pogoj za njihovo točnost, natančnost in izredno široka merilna območja. Zaradi kompleksnega delovanja teh naprav na trgu naprave priznanih proizvajalcev dosegajo visoke cene (nad 3000 €). Visoka cena lahko hitro in natančno meritev viskoznosti postavi izven dosega manjših proizvajalcev živilske industrije. Poraja se vprašanje o možnih alternativah iz tujih trgov.

Namen naloge je bil ovrednotiti analogni rotacijski viskozimeter s tujega trga z vprašljivimi certifikati in ceno 338 € + carinske dajatve in DDV ob uvozu. Osredotočili smo se na ugotavljanje točnosti in natančnosti naprave ter širši pogled na uporabnost in ekonomiko. Za primerjavo smo uporabili vsesplošno zmogljivejšo, certificirano in kalibrirano napravo Anton Paar ViscoQC 300 – L ter standardne raztopine saharoze.

Rezultati so pokazali, da je naprava iz tujega trga pomanjkljiva v nekaterih funkcijah, če je potrebno merjenje viskoznosti v odvisnosti od časa ali strižne napetosti, ali v območju pod 15 mPas. Pod 3 mPas so meritve nezanesljive. Med 15-100 mPas (in verjetno do 10⁵ mPas) so zanesljive z intervalom zaupanja vsaj 𝐶𝐼_{95 %}/𝜂 − 1 = |± 10 %|. Pokazali smo, da je naprava potencialno uporabna za nekatere izdelke, kakršne najdemo v živilski industriji, in najbolj primerna za meritve newtonskih tekočin med 15-100(10⁵) mPas. Potrebna je pazljivost pri kalibraciji in vrednotenju naprave, saj odsotnost certifikatov pomeni, da moramo zmogljivost vsake posamezne naprave ovrednotiti sami. Menimo, da necertificirana naprava ni primerna za meritve v povezavi s HACCP.