B-590.05.284 [2020-10] Viskosität – Kapillarviskometer
Die Viskosität ist ein Maß für die Widerstandsfähigkeit eines flüssigen Systems gegenüber mechanischen Deformationskräften. Sie ist die in einer Flüssigkeit auftretende Reibung, die bei der Deformation auftritt [2, 3].
Die Maßeinheit der Viskosität ist Pascal × Sekunde (Pa × s).
Zu der älteren Maßeinheit Poise besteht folgende Beziehung:
1 Pa × s = 10 P (1 Pa × 1000 mPa × s); 1 mPa × s = 1 cP
1 Pa × s = 1 N × s/m² = 1 kg/m × s
Das rheologische Verhalten von Stoffen hängt u. a. von der Temperatur, der Konzentration, der Teilchengröße und der Teilchenladung ab. Bei idealviskosen Lösungen – auch newtonsche Flüssigkeiten genannt – wächst die Schubspannung proportional zur Schergeschwindigkeit und zur Viskosität. Nur bei diesen Lösungen ist die Viskosität relativ leicht zu ermitteln.
Die Viskosität der Kongresswürze weist auf die Lösung des Malzes hin. Gleichfalls ist eine gewisse Aussage über die zu erwartende Läuterzeit im Sudhaus möglich. Eine Korrelation besteht ferner zwischen der Viskosität und der Schaumhaltbarkeit des Bieres [1].
Zum besseren Vergleich der Ergebnisse ist die Umrechnung auf einen bestimmten Extrakt- oder Stammwürzegehalt bei Würze bzw. Bier angebracht. Da die Viskositäten von Würzen und Bieren nicht proportional einer Verdünnung sind, sondern nach einer hyperbolischen Funktion verlaufen, wird mit Hilfe der von Kolbach [4] aufgestellten Tabellenwerte oder einer von Zürcher [5] entwickelten trigonometrischen Funktion die Viskosität von Würzen auf 8,6 % bzw. 12,0 % Extraktgehalt und von Bieren auf 12 % Stammwürzegehalt berechnet. Am schnellsten führt ein kleines Rechenprogramm mit der Funktion von Zürcher zum Ziel.
Die Formeln hierfür lauten:
| a | = | Konstante, abhängig von der Zusammensetzung der Würze, des Bieres oder des Getränks |
| x | = | nominierter Extraktgehalt in GG-%: bei Bier und Ausschlagwürze bezogen auf 12 % Plato, bei der Kongresswürze bezogen auf 8,6 % |
| η | = | gelöste Stoffe = gemessene dynamische Viskosität bei gegebenem Extrakt- bzw. Stammwürzegehalt vermindert um 1,002 |
| c | = | gemessener Extrakt bzw. Stammwürzegehalt der Probe in GG-% |
| ρ | = | Dichte der Probe in kg ×m3 |
Mit einem von Zürcher [6] entwickelten Rechenschieber ist die Umrechnung gleichfalls möglich.
Viskositätsmessgeräte können mit frisch bidestilliertem Wasser (1,002 mPa × s bei 20,0 °C), Saccharoselösung von 20 GG-% (1,941 mPa × s bei 20,0 °C) sowie mit Newtonschen Normalölen (z. B. Öl Nr. 2A) von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt, Bundesallee 10, D-38116 Braunschweig, kalibriert werden.
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E. Krüger, H. J. Bielig, Betriebs- und Qualitätskontrolle in Brauerei und alkoholfreier Getränkeindustrie, Verlag Parey, Berlin und Hamburg, 142, 1976
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M. Heidinger, Messung rheologischer Eigenschaften, ed. Contraves AG, CH-8052 Zürich
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DIN und DIN-ISO-Normen (Viskosität), Beuth Verlag GmbH, D-10787 Berlin
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P. Kolbach, MB 13, 21, 1960
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Ch. Zürcher, MB 26, 242 und 258, 1973
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Ch. Zürcher, MB 27, 127, 1974
Aufgabenstellung/Zweck
Bestimmung der Viskosität von Getränken
Anwendungsbereich
Würze, Bier, Biermischgetränke, AFG, Säfte, Getränke allgemein
Prinzip
Das Kapillarviskosimeter eignet sich zur Messung der kinematischen Viskosität von newtonschen Flüssigkeiten. Die beim Kugelfall- und beim Rotationsviskosimeter direkt ermittelten Werte für die dynamische Viskosität lassen sich hier jeweils aus dem Wert der kinematischen Viskosität und der Dichte der zu prüfenden Flüssigkeit berechnen.
Gemessen wird die Zeit, die eine durch zwei Messebenen definierte Flüssigkeitsmenge braucht, um eine Kapillare bestimmter Weite zu durchfließen.
1 Quadratmeter durch Sekunde ist gleich der kinematischen Viskosität eines homogenen Fluids der dynamischen Viskosität 1 Pa × s und der Dichte 1 kg/m³.
Maßeinheit der kinematischen Viskosität (Viskosität-Dichte-Verhältnis = Zähigkeit) 1 m²/s = 106 mm²/s