Тепловой баланс. Затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева (Q ) и стационарного (Q ) режимов работы сковороды определяют по формулам

Затрачиваемое количество теплоты для периода разогрева (Q ) и стационарного (Q ) режимов работы сковороды определяют по формулам

Q = Q + Q_раз

Q = Q_пол +Q_исп + Q

1. Потери теплоты наружными стенками сковороды (Q ) в окружающую среду складываются из теплопотерь боковой поверхностью, поверхностью стола и крышки закрывающей чугунную чашу в период разогрева, а в стационарном режиме чугунной чашей и котлетами.

Теплопотерями от дна сковороды можно пренебречь, так как они ничтожно малы в связи с тем, что под теплоизолированной чашей находится замкнутое воздушное пространство. Компенсировать их можно за счет увеличения температуры на боковой лицевой и задней стенках приняв ее равной 60 ºС.

Потери теплоты определяются по формуле (6.26)

Q = 10 .

Площадь теплоотдающей поверхности (F):

боковой F_бок = Н_о.ч.ּ(2А_н.ч.+2В_н.ч.) = 0,35ּ(2ּ0,53 + 2ּ0,7) = 0,861 м²;

крышки F_кр = (А_в.ч.+0,04)ּ(В_в.ч.+0,04) = (0,44+0,02)ּ(0,55+0,04) =

0,271 м²;

стола F_ст = А_н.ч.ּВ_н.ч. – F_кр = 0,53ּ0,7 – 0,271 = 0,1 м²;

котлет F_кот = А_ж.п.ּВ_ж.п. = 0,4ּ0,51 = 0,2 м²;

чаши F_ч = F_кр – F_кот = 0,271 – 0,2 = 0,071 м².

Установившиеся температуры теплоотдающих поверхностей принимаются как среднее значение по всей поверхности и для периода разогрева установившаяся температура определяется как среднее арифметическое между начальной и конечной. Причем конечная температура крышки берется примерно на 50 ºС ниже конечной температуры чаши. Соответственно среднее значение установившихся температур:

для периода разогрева:

боковой = = 40 ºС;

крышки = = 110 ºС.

стола = = 40 ºС;

для стационарного режима:

= 60 ºС; = 60 ºС; t = 100 ºС; t = 250 ºС.

Коэффициент теплоотдачи от боковой поверхности определяется по формуле (6.36):

для периода разогрева

= 9,76 + 0,07ּ(40 – 20) = 11,16 Вт/(м²ּºС);

для стационарного режима

= 9,76 + 0,07ּ(60 – 20) = 12,56 Вт/(м²ּºС).

Коэффициент теплоотдачи от стола (горизонтальной поверхности) определяется по этой же формуле, но полученное значение увеличивается на 30 %.

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(40 – 20)] = 14,51 Вт/(м²ּºС);

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(60 – 20)] = 16,33 Вт/(м²ּºС).

Коэффициент теплоотдачи от поверхности крышки рассчитывается аналогично как и от поверхности стола

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(110 – 20)] = 20,88 Вт/(м²ּºС).

Коэффициент теплоотдачи от поверхности котлет

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(100 – 20)] = 19,97 Вт/(м²ּºС).

Коэффициент теплоотдачи от поверхности чаши

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(250 – 20)] = 33,62 Вт/(м²ּºС).

Время разогрева проектируемой сковороды 25 мин (1500 с). Тогда потери теплоты наружными стенками сковороды в период разогрева составят

= 11,16ּ0,861ּ(40 – 20)ּ1,5 + 14,51ּ0,1ּ(40 – 20)ּ1,5 + 20,88ּ0,271ּ(110 – 20)ּ1,5 = 1095,6 кДж;

в период стационарного режима (за один час) –

= 12,56ּ0,861ּ(60 – 20)ּ3,6 + 16,33ּ0,1ּ(60 – 20)ּ3,6 + 19,97ּ0,2ּ(100 – 20)ּ3,6 + 33,62ּ0,071ּ(250 – 20)ּ3,6 = 4919,1 кДж

2. Потери теплоты на разогрев конструкции (Q_раз) сковороды определяется по формуле (6.37).

Q = .

Массы сковород с аналогичной площадью пода составляют: СЭСМ-0,2 – 185 кг и СЭ-0,22 – 100 кг [5]. Соответственно за вычетом в первом случае массы рамы с аппаратурой управления и червячным приводом масса самой сковороды составит примерно 92 кг. Принимаем массу проектируемой фритюрницы 95 кг. Принятая масса состоит из металла и изоляции.

Для определения массы изоляции необходимо ее объем умножить на ее плотность 250 кг/м³ (табл. 6.6). Объем изоляции будет состоять из объема закрывающего боковые стенки чаши и дно.

Соответственно масса изоляции будет равна

m_из = V_изּρ_из = (2ּА_в.ч. + 2ּВ_в.ч.)ּ(Н_р.з.+ Н_н.ч.)ּδ_изּρ_из = (2ּ0,44+2ּ0,55)ּ(0,135+0,05)ּ0,022ּ250 = 2,01 кг

При стационарном режиме изоляция будет иметь температуру со стороны наружной стенки 60 °С, а со стороны чаши – 250 ºС. Соответственно средняя конечная температура изоляции составит (250 + 60)/2 = 155 °С. Теплоемкость шлаковаты составляет 0,862 кДж/(кгּК) (табл. 6.6).

Масса металлических конструкций составит m_мет = 95 – 2,01 = 93 кг, из которых примерно 60 % от массы металла изготовлено из чугуна и нагревается до температуры 250 °С и 40 % изготовлено из обычной стали и нагревается до температуры 60 °С. Теплоемкость чугуна составляет 0,42 кДж/(кгּК), а стали 0,46 кДж/(кгּК) (табл. 6.2).

Потери теплоты на разогрев конструкции сковороды определятся

Q = 93 ּ 0,6 ּ 0,42 ּ (250 – 20) + 93 ּ 0,4 ּ 0,46ּ(60 – 20) +

2,01ּ0,862ּ(155 – 20) = 6308,7 кДж

3. Полезное количество теплоты (Q_пол) – это количество теплоты затраченной на нагревание котлет.

Q = c_кּm_кּ(t_к – t_н) = 3,56ּ25ּ(100 – 10) = 8010 кДж

где с_к – теплоемкость котлетной массы, кДж/(кгּК). Теплоемкость котлетной массы при средней ее влажности 75 % (табл. 6.1) определяется по формуле 6.15

c_к = = 3,56 кДж/(кгּК);

m_к – масса котлет, 25 кг;

t_к, t_н – соответственно конечная и начальная температуры котлет, ºС

4. Количество теплоты, расходуемое на испарение влаги (Q ) из котлет при жарке определяется по формуле (6.17)

Q_исп = ΔWּr кДж,

В процессе полной тепловой обработки котлет полтавских потери массы составляют 16 % [8]. Из них примерно 90 % влаги теряется на стадии их обжарки с двух сторон в сковороде и 10 % при доведении до готовности в жарочном шкафу. Соответственно количество образующегося пара в течении часа (ΔW) составляет 25ּ0,16ּ0,9 = 3,6 кг. Тогда потери теплоты на испарение составят

Q_исп = 3,6ּ2256 = 8121,6 кДж.

5. Расход теплоты:

для периода разогрева

Q = 1095,6 + 6308,7 = 7404,3 кДж;

для периода стационарного режима

Q = 8010 + 8121,6 + 4919,1 = 21050, 7 кДж.

7. Мощность нагревательных элементов фритюрницы:

для периода разогрева

P_раз = = = 4,93 кВт;

для периода стационарного режима

P_ст = = = 5,85 кВт.

Мощность нагревательных элементов (спиралей) для сковороды принимается исходя из большей мощности, т. е. для периода стационарного режима. Обычно в чугунных сковородах укладывается четыре спирали в керамических бусах. Тогда мощность одной спирали

P₁ =5,85: 4 = 1, 46 кВт.

Дата добавления: 2015-06-30