Расчет плиты электрической

ВВЕДЕНИЕ 

     Механическое  и тепловое технологическое оборудование предприятий торговли и общественного питания — необходимое и наиболее важное звено соответствующих производств. Оно включает большую группу кулинарных машин и аппаратов, эксплуатируемых индивидуально или в составе поточно-механизированных автоматических линий по переработке пищевого сырья.

     Правильный  выбор и эффективная эксплуатация технологического оборудования позволяют повысить качество обслуживания клиентов торговых предприятий и предприятий общественного питания, интенсифицировать труд обслуживающего персонала, снизить затраты физического труда, уменьшить потери сырья и удельные расходы энергии.

     В итоге это приводит к снижению себестоимости продукции при  стабильно высоком ее качестве и одновременно дает возможность создать компактные производственные и торговые предприятия, цеха и участки с рациональной организацией труда работников.

     Совершенствование технологического оборудования должно осуществляться по следующим основным направлениям: повышение качества, надежности и долговечности машин и механизмов; создание высокопроизводительных аппаратов, удобных для применения в механизированных и автоматизированных

поточных линиях; снижение массы машин и механизмов, уменьшение их габаритных размеров.

     Кроме отечественного оборудования на российском рынке широко    представлены и зарубежные машины и аппараты.

     Цель курсового проекта – закрепление, расширение теоретических знаний

и творческих инженерных навыков в области расчета, эксплуатации плит электрических.

     Задачи  курсового проекта - провести аналитический обзор, тепловой расчет, рассмотреть устройство и принцип действия, конструкцию, а так же выполнить все необходимые чертежи поверяемого оборудования.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ  ОБЗОР 

1. Технологические требования к конструкции аппарата

     Плиты относятся к универсальному тепловому  оборудованию, так как позволяют осуществлять все основные технологические операции по тепловой обработке: варку, жарение, тушение и т.п. По конструктивному оформлению электроплиты можно подразделить на секционные модулированные и несекционные.

     Секционные  модулированные плиты подразделяются на плиты, приготовление изделий на которых осуществляется в наплитной посуде, и на плиты с приготовлением изделий непосредственно на жарочной поверхности.  Плиты секционные модулированные состоят из жарочной поверхности, включающей четыре прямоугольные конфорки. Количество конфорок может быть различным от двух до шести конфорок, а так же форма конфорок круглая, квадратная и прямоугольная.

     Для изготовления основных узлов и деталей теплового оборудования используют чаще всего металлы, реже пластические пластмассы и керамику, а также теплоизоляционные и электроизоляционные материалы.

     При выборе материалов исходят из следующих  требований:

     1. Материалы должны быть безвредны как для потребителя, так и для производителя кулинарной продукции; металлы и их составляющие не должны растворяться и накапливаться в процессе тепловой обработке, а элементы конструкции при нагреве выделять опасные для здоровья вещества в атмосферу рабочих цехов.

     2. Материалы не должны оказывать вредного воздействия окружающей среде.

     3. Материалы должны иметь высокую  прочность и износостойкость.

     4. Материалы должны быть дешевыми и недефицитными.

     5. Материалы должны быть коррозийно-стойкими, внешний вид материалов, применяемых для исполнения коррозийных деталей, должен отвечать требованиям.

       В процессе эксплуатации оборудования в результате воздействия на них температур, влаги и кислорода воздуха свойства материалов меняются, иногда они разрушаются.

     Наиболее  предпочтительные материалы для  изготовления коррозийных деталей  и других узлов теплового оборудования — легированные нержавеющие стали, реже легированные чугуны. Данные материалы  устойчивы к агрессивному воздействию  пищевых продуктов, способны выдерживать термические удары и окислительные воздействие кислот, воздуха и продуктов сгорания топлива, особое место занимают электроизоляционные материалы, используемые для изоляции токоведущих частей аппаратов, машин механизмов. Чаще всего для этого используют керамику, специальные электроизоляционные пластические материалы, стекло и специальные вещества (оксид магния, кремния и т.д.).

     Модульные линии компактны, они снабжены местными вентиляционными отсосами. Благодаря  этому требуются меньшие производственные площади и улучшаются санитарно-гигиенические условия в производственных цехах. Среди модульных аппаратов особое место занимают специализированные, рассчитанные на тепловую обработку пищи, размещенной в унифицированных функциональных емкостях.

     Рабочая (жарочная) поверхность электроплит обычно состоит из одной, двух, четырех или шести электрических конфорок, чаще всего выполненных в виде электронагревателей закрытого типа. Конфорки прямоугольной формы имеют размеры (м) 0,417x0,29 0,405x0,370; 0,530x0,325, а круглые — диаметр (м) 0,236 и 0,300. Каждая конфорка может быть установлена или закреплена на конструкции самостоятельно; иногда их объединяют в блоки. Наличие унифицированного блока облегчает операции монтажа, обслуживания, ремонта и регулировки конфорок, так как в поднятом положении блока открывается свободный доступ к лодкам конфорок, закрепленным на рамке блока, пакетным переключателям, сигнальным устройствам и токоподводящим провод. При любом способе установки конфорок конструкция должна включать элементы, которые позволяют точно фиксировать уровень жарочной поверхности каждой конфорки и всей плиты в целом.

     Корпус  секционно-модулированных плит образован  боковыми облицовками, соединенными между собой и прикрепленными к двум сварным рамам.

     Все электрические плиты имеют систему  сбора пролитой жидкости, включающую выдвижной поддон. В плитах, где  предусмотрена тепловая обработка  изделий непосредственно на жарочной поверхности, располагается система  сбора жира и крошек. 

         1.2 Обзор отечественных и зарубежных аппаратов, аналогичных поверяемому типу

     Конструкция должна обеспечивать надежность крепления  ее на основании или на поверхности  стола, чтобы исключить передвижение устройства относительно стола или опорной конструкции.

     В настоящее время промышленность выпускает в основном секционные модульные электрические плиты. К ним относятся такие отечественные плиты как ПЭСМ-4ШБ, ПЭСМ-4Ш, ПЭСМ-4, ПЭСМ-2.

     Кроме того, на предприятиях общественного  питания находятся в эксплуатации несекционные электрические плиты ЭП-2М, ЭП-7М, ЭП-8 и др.

     Техническая характеристика электрических плит отечественного производства приведена в таблице 1.

     Таблица 1- Техническая характеристика электрических  плит отечественного производителя

 Плиты можно устанавливать в технологические линии с пристенным или островным расположением оборудования. Обслуживание и ремонт плит осуществляют только с фронтальной стороны. Шкафы имеют регулируемые по высоте ножки, поэтому жарочную поверхность можно устанавливать строго горизонтально и на одном уровне с рабочей поверхностью другого секционного модулированного оборудования при компоновке единой технологической линии.

     Ряд западноевропейских фирм –Kovinosroj (Словения), Fagor (Испания), Parry (Великобритания), Silko (Италия) выпускают тепловое оборудование (электроплиты) серий 600, 700, 900 для предприятий общественного питания в зависимости от их пропускной способности, ассортимента и производительности оборудования. При этом достаточно компактное по размерам тепловое оборудование (серии 600, 700) позволяет достичь приблизительно тех же мощностных показателей, что очень важно для предприятий общественного питания, имеющих небольшую площадь:

     Тепловое  оборудование серий 600, 700 и 900 является секционно-модулированным, что позволяет подбирать необходимые варианты комплектации. Оборудование может подключаться к электрической сети напряжением как 220, так и 380 В. При этом модули данной серии размещаются на специальных подставках — пьедесталах.

     Все регуляторы расположены на передней панели, выполнены в трех- или семипозиционном варианте и оснащены световой индикацией.

     Электроплиты  выпускаются в следующем исполнении: 2 конфорки без жарочного шкафа, 4 конфорки без жарочного шкафа.

     Термостат позволяет регулировать температуру  в пределах 50 - 300°С. У некоторых плит имеется пьедестал с жарочным шкафом.

     Технические характеристики электрических плит представлена в таблице 2.

     Таблица- 2 Технические характеристики электрических  плит зарубежного производства.

     Описание  жарочной поверхности электроплит  серии 700: все регуляторы и контрольные  лампы находятся на передней панели; поверхности длиной 800 мм разделены на две части и для каждой из них предусмотрена независимая регулировка температуры; терморегулятор позволяет регулировать температуру в пределах 50-300°С; поверхность для обжарки имеет желоб для стекания жидкости и снабжена по периметру бортиком.

     Технические характеристики   электроплит серии 700 (Словения) в таблице 3.

     Таблица-3 Технические характеристики электроплит  серии 700 (Словения).

     Все плиты электрические отечественного и зарубежного производства  очень похожи конструкцией. Эти плиты усовершенствованны и  оснащены терморегуля - торами, а так же различные по габаритной  конструкции, что позволяет выставить их в единую технологическую линию.  
2 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 

1. Описание  устройства и принципа действия плиты электрической ES-47/P

     Конструкционный материал — нержавеющая сталь. Конструкция оборудования позволяет устанавливать его как в пристенном, так и в островном варианте.

     Тепловое  оборудование серий  600, 700 и 900 имеет секционно-модульное исполнение шириной 800 и 400 мм, что позволяет подбирать необходимые варианты комплектации. С помощью мощных круглых ножек можно регулировать высоту оборудования. Все оборудование легко в обслуживании и удобно для проведения санитарной обработки. Оборудование может подключаться к электрической сети напряжением как 220, так и 380 В. При этом модули данной серии размещаются на специальных подставках — пьедесталах.

     Плоская поверхность конфорок позволяет передвигать емкости вдоль рабочей поверхности.

     С помощью регулировочных болтов конфорки устанавливаются таким образом, что их рабочая поверхность находится в одной плоскости с передним и задним столами. Для ступенчатого регулирования мощности каждой конфорки в плите предусмотрены переключатели, ручки которых выведены, на лицевую панель. С помощью переключателя получают слабый, средний и сильный нагревы, устанавливая ручку переключателя соответственно в положения «1», «2» и «3». Для отключения конфорки ручка переключателя устанавливается в положение «0».

     Принцип действия плит с любым видом подвода  энергии основан на передаче теплоты обрабатываемой среде путем теплопроводности через многослойную разделительную стенку, представляющую собой систему жарочная поверхность — наплитная посуда. В первом случае продукт подвергается тепловой обработке непосредственно на жарочной поверхности (жарка блинов, оладий, яичницы и т.д.), во втором случае пламя или продукты сгорания воздействуют непосредственно на днище наплитной посуды.

     На  жарочную поверхность можно устанавливать  различную наплитную посуду, но в  любом случае плита должна обеспечивать интенсивный нагрев днища посуды (бачков, противней, емкостей, кастрюль и т.д.). Обогрев должен быть равномерным и регулируемым во времени. При этом конструкция должна обеспечивать удобство установки, перемещения и снятия наплитной посуды с рабочих элементов плиты, а также свободный и безопасный доступ к внутреннему объему наплитной посуды.

     Включают  плиту поворотом ручек переключателей и датчиков-реле температуры. При этом включают только необходимое количество конфорок за 10-15 мин до начала их загрузки. Для быстрого разогрева плиты до рабочего состояния включают конфорки на высшую ступень нагрева. После разогрева продуктов до температуры 80-90°С конфорки переключают на средний и слабый нагрев. 

    2.2 Тепловой расчет аппарата ЕS-47/P 

    2.2.1 Тепловой баланс аппарата и  определение составляющих баланса 

    Тепловой  баланс проектируемого аппарата составляется для определения расхода энергоносителя и в зависимости от конкретного типа аппарата и режима его работы может иметь различное количество составляющих.

    Для поверочного расчета плиты электрической ES-47/P тепловой баланс аппарата будет иметь следующий вид:

    Q=Q₁+Q₅+Q₆

    Q=Q^/₁+Q^/₅

    Для расчета теплового баланса использовалась рецептура №__ Каша гречневая.

    Гречневая крупа                                    250г.

    Вода                                                        750г.

    Соль                                                        10г.

    Масса готовой каши                              980г.

    Масло сливочное                                   20г.

    Выход                                                    1000г. 

    Подготовленную  гречневую крупу засыпают в горячую  воду, добавляют поваренную соль. Варят кашу при слабом кипении, до полного испарения жидкости. По окончании варки добавляют масло сливочное.    

    Количество  полезно используемого тепла  Q₁, кДж, пошедшее на нагревание продукта или жидкости в рабочей камере аппарата при соответствующем режиме работы, определяется по формуле

где

      - сумма полезно используемого тепла, израсходованного на нагревание продуктов;

       с_i – удельная теплоемкость отдельного продукта или составных частей  изделия (корочка, мякиш и т.д.), кДж/кг*град;

          М_i – масса отдельного продукта или составных частей изделия, кг;

      (t_к^пр-t_н^пр)_i – разность между начальной и конечной температурой отдельного продукта или составных частей изделия, град. 

    Для определения всех теплопотерь необходимо определить количество порций, которые  можно будет приготовить в  рассматриваемом оборудовании.

    При стационарном режиме расход тепла на испарение молока , кДж, при соответствующем режиме тепловой обработки продукта рассчитывается по формулам

где r – полная теплота парообразования, кДж/кг;

      ΔW – масса испарившейся жидкости, кг. 

    Потери  тепла в окружающую среду наружными  ограждениями аппарата Q₅, кДж, определяется по формулам 

где - сумма потерь тепла наружными элементами ограждения аппарата;

       n – количество элементов ограждения аппарата (обечайка, крышка, постамент и т.д.) i-го элемента поверхности ограждения аппарата;

      F_i – площадь элементов ограждения аппарата i-го элемента поверхности ограждения аппарата, м²;

    α_i, α^/_I – коэффициент теплоотдачи элементов ограждения аппарата i-го элемента поверхности ограждения аппарата, Вт/м²*град;

t^ср_{пов i}  t^/cр_{пов I} – средняя температура элементов ограждения аппарата i-го элемента поверхности ограждения аппарата, град;

τ – время разогрева аппарата до стационарного режима, ч;

       τ^/ - время, определяющее стационарный режим работы аппарата, ч;

       t_в – температура окружающего воздуха, принимается равной 20^oС. 

    В процессе отдачи тепла ограждениям аппарата имеет место теплоотдача лучеиспусканием и конвекцией, поэтому результирующий коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения к окружающему воздуху Вт/м²*град, Вт/м²*град, состоит из двух слагаемых

                                                           (5)

                                                          (6) 

    где коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/м²*град. 

    Коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием определяется по формулам

                                                   (7)

                                                 (8) 

где коэффициент лучеиспускания поверхности, Вт/м²*град.

       ξ – степень черноты полного  нормального излучения поверхности;

       С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/м²*К⁴, С₀=5,67;

           абсолютные температуры ограждения и воздуха, К⁰. 

    Коэффициент теплоотдачи конвекцией определяется по критериальному уравнению для свободной конвекции в неограниченном пространстве 

                                             (11)

                                          (12) 
 
 
 

    Критерий Грасгофа – и Прандтля – и рассчитываются по следующим формулам

                                                            (13)

                                                          (14) 

                                                             (15)

                                                           (16) 

    где υ, υ^/ - коэффициент кинематической вязкости, м²/с;

          λ, λ^/ - коэффициент теплопроводности, Вт/м²*град;

          коэффициент температуропроводности, м²/с;

          β, β^/ - коэффициент объемного расширения, 1/град;

                                                        (17)

                                                        (18)

     Δt, Δt^/ - перепад температур между теплоотдающей поверхностью ограждения и воздуха, ^оС.

                                                        (19)

                                                        (20) 

    Для определения среднего температуры  пограничного слоя воздуха около  поверхности ограждения определяем эти поверхности. В данном случае это будет:

                                                   1. внутренняя камера

                                                    2. наружная камера

                                                    3. крышка

                                                    4. изоляция

                                                    5. кожух

                                                    6. постамент 

    Определяем  среднюю температуру пограничного слоя для нестационарного и стационарного  режимов