Тепловой баланс

В пароконвектомате можно осуществлять практически все виды тепловой обработки от варки на пару до жарки. Соответственно тепловой баланс можно составить как для жарочного так и для пароварочного аппарата. Исходя из заданных условий по жарке котлет московских тепловой баланс необходимо составить как для жарочного аппарата, а мощность нагревателей парогенератора можно принять равной мощности нагревателей греющей камеры. При этом номинальная мощность пароконвектомата равна мощности нагревателей греющей камеры, а система регулирования мощностей парогенератора и греющей камеры при их совместной работе должна исключать возможность выхода за пределы номинальной мощности.

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

Q = Q + Q_раз

Q = Q_пол + Q_исп + Q + Q + Q + Q

1. Потери теплоты наружными стенками пароконвектомата (Q ) в окружающую среду складываются из теплопотерь боковой поверхностью, включая дверцу рабочей камеры, и верхней наружной поверхностью.

Теплопотерями от дна пароконвектомата можно пренебречь, так как они ничтожно малы в связи с тем, что под теплоизолированной камерой находится замкнутое воздушное пространство, в котором размещен парогенератор.

Потери теплоты определяются по формуле (6.26)

Q = 10 .

Площадь теплоотдающей поверхности (F):

боковой F_бок = Н_нкּ(2ּА + 2ּВ) = 0,38ּ(2ּ0,66 + 2ּ0,465) = 0,855 м²;

верхней F_верх = АּВ = 0,66ּ0,465 = 0,31 м².

Установившиеся температуры теплоотдающих поверхностей принимаются как среднее значение по всей поверхности, а для периода разогрева установившаяся температура определяется как среднее арифметическое между начальной и конечной. Соответственно среднее значение установившихся температур:

для периода разогрева:

боковой и верхней = = 40 ºС;

для стационарного режима:

= t = 55 ºС.

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

для периода разогрева

= 9,76 + 0,07ּ(40 – 25) = 10,81 Вт/(м²ּºС);

для стационарного режима

= 9,76 + 0,07ּ(55 – 25) = 11,86 Вт/(м²ּºС).

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

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(40 – 25)] = 14,05 Вт/(м²ּºС);

= 1,3 [9,76 + 0,07ּ(55 – 25)] = 15,42 Вт/(м²ּºС).

Время разогрева проектируемого пароконвектомата 15 мин (900 с). Тогда потери теплоты наружными стенками пароконвектомата в период разогрева составят

= 10,81ּ0,855ּ(40 – 25)ּ0,9 + 14,05ּ0,31ּ(40 – 25)ּ0,9 =

183,5 кДж;

в период стационарного режима (за один час) –

= 11,86ּ0,855ּ(55 – 25)ּ3,6 + 15,42ּ0,31ּ(55 – 25)ּ3,6 =

1611,4 кДж

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

Q = .

Массы пароконвектоматов аналогичной производительности находятся в пределах 30…50 кг. Принимаем массу проектируемого аппарата 40 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).

m_из = V_изּρ_из = [АּВּН_нк – (А – 2 ּ δ_из) (В – 2 ּ δ_из)(Н_нк – 2 ּ δ_из)] ּ ρ_из= (0,66 ּ 0,465 ּ 0,38 – 0,596ּ0,401ּ0,316)ּ250 = 10 кг

При стационарном режиме изоляция будет иметь температуру со стороны наружной стенки 55 °С, а со стороны рабочей камеры – 250 ºС. Соответственно средняя конечная температура изоляции составит (250 + 55)/2 = 152,5 °С. Теплоемкость шлаковаты составляет 0,862 кДж/(кгּК) (табл. 6.6).

Масса металлических конструкций составит m_мет = 40 – 10 = 30 кг. Под камерой расположен парогенератор покрытый теплоизоляцией, электродвигатель и питательная коробка, которые не нагреваются от нагревателей греющей камеры. Соответственно их масса (примерно 10 кг) должна быть вычтена из общей массы нагреваемого металла. Соответственно масса нагреваемых металлоконструкций составит 30 – 10 = 20 кг, из которых примерно 60 % от массы металла изготовлено из нержавеющей стали и нагревается до температуры 250 °С и 40 % изготовлено из обычной стали и нагревается до температуры 55 °С. Теплоемкость нержавеющей стали составляет 0,50 кДж/(кгּК), а обычной стали – 0,46 кДж/(кгּК) (табл. 6.2).

Потери теплоты на разогрев конструкции пароконвектомата определятся

Q = 20 ּ 0,6 ּ 0,5 ּ (250 – 25) + 20 ּ 0,4 ּ 0,46ּ(55 – 25) +

10ּ0,862ּ(152,5 – 25) = 2560,6 кДж

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

Q = c_кּm_кּ(t_к – t_н) = 3,56ּ16ּ(100 – 15) = 4841,6 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, 16 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,

Как уже было сказано выше в процессе тепловой обработки котлет московских в пароконвектомате потери массы составляют 7 %. Соответственно количество образующегося пара в течении часа (ΔW) составляет 16ּ0,07 = 1,12 кг. Тогда потери теплоты на испарение составят

Q_исп = 1,12ּ2256 = 2526,7 кДж.

5. Количество теплоты, расходуемой в аппарате на перегрев пара ( Q ) выделившегося из котлет при жарке определяется по формуле (6.19)

Q = с ּ DW ּ (t – t ) кДж.

При атмосферном давлении начальная температура пара принимается равной 100 ºС, конечная температура равна температуре в рабочей камере 250 ºС, а его теплоемкость можно принять 2,01 кДж/(кг ּ К). Тогда потери теплоты на перегрев пара составят

Q = 2,01 ּ 1,12 ּ (250 – 100) = 337,7 кДж.

6. Потеря теплоты на нагревание посуды (Q ) может быть определена по формуле (6.20)

Q = с_пос ּ m_пос ּ (t t ) кДж.

Гастроемкости, в которых осуществляется жарка котлет, изготавливаются обычно из нержавеющей стали. Масса гастроемкости составляет примерно 1,6 кг. При единовременной загрузке используется 2 гастроемкости. Тогда масса используемой в аппарате в течение час посуды будет равна 1,6 ּ2ּ 4,444 = 14,2 кг. Соответственно потери теплоты на нагрев посуды составят

Q = 0,5 ּ 14,2 ּ (130 – 25) = 745,5 кДж.

7. Потери теплоты через дверцу (Q ) складываются из потерь на нагрев вентиляционного воздуха(Q_вен) и на излучение через дверной проем (Q_изл).

Потери теплоты с уходящей в окружающую среду паровоздушной смесью принимаем в соответствии с рекомендациями в главе 6 (Q_вен = 0,04 Q ) для стационарного режима работы аппарата.

Потери излучением через дверной проем рассчитываются по формуле (6.42)

Q_изл = 5,7 ּ 10 ּ ε ּ F ּ φ ּ τ ּ кДж.

Продолжительность открывания дверцы за один период загрузки и выгрузки котлет принята 1,5 мин (90 с). Соответственно за час – 90 ּ 4,444 = 400 с, а площадь излучающего дверного проема Н_рк ּ В_рк = 0,22 ּ 0,33 = 0,07 м². Тогда потери излучением через дверной проем составят

Q_изл = 5,7 ּ 10 ּ 0,07 ּ 400 ּ = 107 кДж.

Зная все потери определим потери теплоты с уходящей в окружающую среду паровоздушной смесью

Q_вен = ּ 0,04 = ּ 0,04 = 424 кДж.

Соответственно потери теплоты через дверцу (Q ) составят

Q = 424+107 = 531 кДж.

8. Расход теплоты:

для периода разогрева

Q = 183,5 + 2560,6 = 2744 кДж;

для периода стационарного режима

Q = 4841,6+2526,7+337,7+745,5+1611,4+531 = 10594 кДж.

7. Мощность нагревательных элементов греющей камеры пароконвектомата:

для периода разогрева

P_раз = = = 3,0 кВт;

для периода стационарного режима

P_ст = = = 2,94 кВт.

Принимаем мощность пароконвектомата 3,0 кВт и рассчитываем его как однофазный аппарат. Соответственно принимаем по два тэна в греющей камере и парогенераторе мощностью по P₁ = 1,5 кВт.

Дата добавления: 2015-06-30