I.3. Показатели эффективности тепловых аппаратов

К основным показателям тепловых аппаратов относятся: коэффициент полезного действия, производительность (емкость, площадь жарочной поверхности), удельная металлоемкость (материалоемкость), удельная мощность (энергоемкость), коэффициент использования, коэффициент загрузки и удельный расход энергии на единицу производимой продукции.

Коэффициентом полезного действия аппарата (η) называется отношение полезно используемой теплоты (Q ) ко всей затраченной на процесс (Q ). Обычно эта величина выражается в процентах

η = ּ 100 %. (1.1)

Эта величина оценивает степень эффективности процесса или аппарата. Естественно, что по мере приближения этой величины к 1 эффективность возрастает. Из уравнения теплового баланса (6.48) следует, что это возможно только за счет уменьшения различного рода тепловых потерь.

Так, например, потери теплоты с уходящими продуктами сгорания q_ух (или Q ) можно уменьшить путем увеличения теплосъема в топке и газоходах, за счет рационального их размещения, увеличения степени экранирования водой и обеспечения турбулизации газового потока.

Потери теплоты от химического недожога q_хим (Q ) значительно уменьшаются при рациональном проведении процесса сжигания топлива, правильном регулировании режима работы газовых горелок и дизельных форсунок и оптимальном выборе количества и размеров кусочков твердого топлива, сжигаемых в топочных камерах.

Механический недожог твердого топлива q_мех (Q ) можно уменьшить путем своевременного удаления очаговых остатков, позволяющего полностью использовать теплоту сгорания топлива в результате создания оптимальной тяги за аппаратом и т. д.

Потери теплоты в окружающую среду от стенок тепловых аппаратов q_огр (Q ) уменьшают путем применения тепловой изоляции, а также использования в качестве материала стенок полированной нержавеющей стали или сталей, покрытых слоем эмали, обладающей низкой степенью черноты, что уменьшает лучистую составляющую коэффициента теплоотдачи.

Очевидно, что потери теплоты на разогрев конструкции могут быть уменьшены только за счет уменьшения его материалоемкости, что не всегда возможно.

Производительность выражают количеством продуктов, получающихся в результате тепловой обработки или поступающих на тепловую обработку в единицу времени.

Количество обрабатываемых продуктов выражают массовыми, объемными и натуральными единицами измерения (кг, л, шт., порций, натуральных или условных блюд). Условным называется блюдо, на приготовление которого затрачивается 418,7 кДж (0,116 кВтּч).

При прочих равных условиях производительность аппаратов зависит от их размеров, мощности, вида продукта, подвергающегося тепловой обработке, коэффициента загрузки и скорости протекания в них процесса. Так, часовая производительность (N_н) теплового аппарата периодического действия определяется по общему максимально возможному количеству загруженных в аппарат продуктов и по продолжительности цикла:

N_н = , (1.2)

где N_н – номинальная часовая производительность аппарата, кг/ч;

m – номинальная масса единовременно загружаемых продуктов вместе с жидкостью, кг;

τ_з, τ_обр, τ_в, τ_м– соответственно продолжительность загрузки, тепловой обработки, выгрузки продукта и мойки аппарата, с;

Многие тепловые аппараты характеризуются площадью рабочей поверхности. Например, электрические плиты, сковороды, жарочные и пекарные шкафы. Для них номинальная масса единовременной загрузки при тепловой обработки штучных изделий определяется по формуле

m = , (1.3)

где S_р – номинальная площадь рабочей поверхности аппарата, м²;

S₁ – площадь полуфабриката прилегающая к рабочей поверхности, м²;

k – коэффициент заполнения рабочей поверхности полуфабрикатами, равный отношению площади занимаемой полуфабрикатами к площади рабочей поверхности аппарата (обычно он составляет 0,8…0,9);

m₁ – масса полуфабриката, кг.

В случае неполной загрузке рабочего объема или жарочной поверхности аппарата реальная его производительность (N_р) будет

N_р = N_нּk_з, (1.4)

где k_з – коэффициент загрузки аппарата.

Коэффициент загрузки (k_з) характеризует степень заполнения рабочего объема или жарочной (рабочей) поверхности аппарата подвергающимся тепловой обработке продуктом.

k_з = ; k_з = , (1.5)

где V_п, V_н – соответственно объем загружаемых продуктов вместе с жидкостью и общий (номинальный) полезный объем аппарата, дм³ (л);

S_п, S_н – соответственно площадь занимаемая загружаемыми продуктами и номинальная площадь рабочей поверхности аппарата, м².

Тепловые аппараты периодического действия часто характеризуются не по производительности, а по их основному параметру – объему рабочей камеры или площади жарочной поверхности.

Часовая производительность (N_н) теплового аппарата непрерывного действия в м³/ч или кг/ч рассчитывается по формуле

N_н = Fּv = = , (1.6)

где F – поперечное сечение потока продуктов, м²;

v – скорость движения потока, м/ч;

L – длина рабочей камеры, м;

V_р – вместимость рабочей камеры пищевыми продуктами, м³ (кг);

τ – продолжительность технологического процесса тепловой обработки, ч.

Производительность аппарата в зависимости от приготовляемого в нем блюда имеет различные значения, поскольку общая продолжительность процесса приготовления отдельных блюд колеблется в пределах от нескольких минут до 6…8 ч.

Для определения эффективности работы тепловых аппаратов периодического действия большое значение имеет количество оборотов (циклов) аппарата, совершаемых за смену.

За полный цикл работы теплового аппарата принимается то количество времени, которое необходимо затратить на все операции, связанные с тепловой обработкой пищевых продуктов в данном аппарате: на загрузку, тепловую обработку, выгрузку продукта и мойку аппарата. Графически эти операции изображаются циклограммой. В качестве примера на рис. 1.2 показан примерный график работы (циклограмма) пищеварочного котла КЭ-100.

Коэффициент использования аппарата (k_исп) представляет собой отношение суммы времени отдельных циклов работы теплового аппарата, проведенных за смену, ко времени работы смены (рис. 1.2), который можно определить из выражения:

k_исп = , (1.7)

где n – число i -x циклов теплового аппарата;

n _i – i -тый цикл теплового аппарата;

τ _i – продолжительность i -ro цикла, ч;

τ – продолжительность работы смены, ч.

Удельная металлоемкость (материалоемкость) (m_уд) определяет совершенство конструкции аппарата с точки зрения расхода материалов и определяется как отношение массы аппарата к его основному параметру, характеризующему аппарат (объем рабочей камеры, площадь жарочной поверхности и т. д.)

m_уд = ; m_уд = , (1.8)

где m_уд – удельная металлоемкость (материалоемкость), кг/м³ или кг/м²;

M – масса аппарата, кг;

V – объем рабочей камеры, м³;

F – площадь рабочей (жарочной) поверхности, м².

Удельная мощность (энергоемкость) представляет собой отношение номинальной мощности аппарата к основному параметру, характеризующему аппарат (объем рабочей камеры, площадь жарочной поверхности, масса аппарата):

ω = ; ω = ; ω = , (1.9)

где: ω – удельная объемная мощность, кВт/м³;

ω – удельная поверхностная мощность, кВт/м²;

ω – удельная массовая мощность, кВт/кг;

P_н – номинальная мощность, кВт;

V – объем рабочей камеры, м³;

F – площадь рабочей (жарочной) поверхности, м².

M – масса аппарата, кг.

Удельная объемная и поверхностная мощности характеризуют максимальную температуру, которая может быть достигнута в объеме рабочей камеры или на жарочной поверхности. Удельная массовая мощность характеризует время разогрева конструкции аппарата и чем она больше, тем меньше время разогрева.

Удельный расход энергии на единицу производимой продукции на тепловую обработку является одним из показателей работы предприятия общественного питания при оценке его деятельности за год. Обычно эта величина измеряется в кВтּч на тысячу условных блюд. Для предприятий заготовочных, производящих полуфабрикаты, удельные расходы берутся в кВтּч на тонну производимой продукции.

Технологические и энергетические режимы в большинстве производственных процессов взаимосвязаны. При этом во многих случаях оптимальным энергетическим режимам соответствует максимальная производительность технологического оборудования с минимальными удельными расходами энергии при наивысшем качестве готовых изделий. Поэтому совершенствование производственных процессов и улучшение их организации почти всегда приводит к экономии энергии. В этом смысле удельные расходы электроэнергии являются обобщающим индексом технико-экономического уровня производства в целом.

Удельный расход энергии зависит от типа предприятия, его производственной программы, совершенства тепловых аппаратов, правильной их эксплуатации, коэффициента загрузки и использования аппаратов и уровня организации производства.

Соответственно одним из основных показателей совершенства теплового аппарата является удельный расход энергии на единицу производимой продукции в данном аппарате (кВт ּ ч/усл. блюдо или кВт ּ ч/кг). Для этого необходимо израсходованную энергию на весь процесс приготовления разделить на количество произведенной продукции в условных блюдах или кг

ω_бл = , (1.10)

где ω_бл – удельный расход энергии на единицу произведенной продукции, кВт ּ ч/усл. блюдо или кВт ּ ч/кг;

W_общ = W_раз + W_ст – общий расход энергии на процесс приготовления, кВт ּ ч;

n – количество готовой продукции за процесс в соответствующих единицах;

W_раз – расход энергии на разогрев, кВт ּ ч;

W_ст – расход энергии в стационарном режиме, кВт ּ ч.

Расход энергии на разогрев и стационарный режим определяется по формуле

W_раз = P_разּτ_раз; W_ст = P_стּτ_ст, (1.11)

где P_раз, P_ст – мощность периода разогрева и стационарного режима, кВт;

τ_раз, τ_ст – время разогрева и стационарного режима, ч.

Число натуральных блюд за процесс пересчитывается в условные умножением числа натуральных блюд на коэффициент перевода натуральных блюд в условные (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Дата добавления: 2015-06-30