Жарочные шкафы

Содержание

Введение…………………………………………………………………стр.3

1.Анализ энергоносителей при жарке………………………………….стр.5

1.2 Анализ способов передачи теплоты от нагревательных           

      элементов  к продукту ……………………………………………….стр.7

2. Описание проектируемого  шкафа и режимов его эксплуатации…..стр11

2.1 Описание конструкции  шкафа………………………………………стр11

3. Теплотехнический расчет  проектируемого шкафа…………………стр.14

3.1 Расчет теплового баланса  и определение мощности шкафа………стр14

3.2 Расчет нагревательных  элементов…………………………………..стр.22

3.3 Расчет основных теплотехнических  и  эксплуатационных 

      характеристик  аппарата……………………………………………….стр28

Заключение………………………………………………………………...стр31

Список литературы………………………………………………………..стр33

 

 

 

     

Введение

Тепловое оборудование предназначено  для доведения кулинарных изделий  до готовности, их разогрева и поддержания необходимой температуры.

Тепловые аппараты различного назначения и устройства состоят  из следующих основных частей: рабочей камеры, рабочего органа(органов), нагревательного устройства, корпуса, основания(постамента), тепловой изоляции, кожуха, арматуры, контрольно измерительных приборов и приборов автоматического регулирования.

Жарочные и пекарные шкафы  принадлежат к одному из наиболее широко распространенных типов теплового  оборудования предприятий общественного питания. В последние годы процессы жарки и выпечки стремятся производить в одном аппарате, в связи с чем создаются универсальные жарочно–пекарные шкафы.

          Цель жарки – доведение мяса до состояния кулинарной готовности, которая характеризуется определенными структурно-механическими и органолептическими показателями (консистенция, цвет, вкус, запах, сочность) и безвредность. При жарке происходит размягчение продукта, изменение объема, массы, цвета, пищевой ценности, а также происходит формирование вкуса и аромата.

Процесс жарки можно разбить  на два периода. В первый период происходит обезвоживание наружного слоя вследствие испарения влаги и миграции ее внутрь продукта. При этом происходит повышение температуры наружного  слоя до величины, при которой начинаются процессы термического распада продукта и образуются химические вещества, обладающие специфическим запахом  и вкусом. На продукте появляется корочка. В данном случае (при жарке бифштекса) образование корочки начинается при достижении температуры на поверхности  продукта около 105 .

С момента образования корочки  начинается второй период процесса жарки. Испарение влаги с продукта резко  замедляется, и начинается процесс  ее миграции из центральных слоев  к менее влажной поверхности.

Для удовлетворения требований процесса жарки основным способом тепловой аппарат  должен обеспечивать интенсивный подвод теплоты в первый период жарки  до образования корочки, а затем  во второй период уменьшить количество теплоты, подводимой к продукту. Нарушение  этого требования может привести к увеличению толщины корочки  и ее температуры, что резко снизит качество продукта и приведет к значительной потери массы продукта.

 

 

Для осуществления данного процесса необходимо специализированное оборудование, а так как жарка производиться  в среде горячего воздуха на жарочной поверхности, целью курсового проекта  является разработка жарочного шкафа.

 

1. Анализ энергоносителей при жарке

 

Аппараты для термообработки в среде горячего воздуха бывают твердотопливными, газовыми и электрическими. Твердотопливные аппараты кроме преимущества в отсутствии при эксплуатации и монтаже энергоподводящих коммуникаций и низкой стоимости имеют ряд весьма существенных недостатков. Твердотопливное оборудование почти не подвержено автоматизации из-за большой тепловой инерции.

Аппараты имеют низкий коэффициент полезного действия, обусловленный большими потерями тепла  с уходящими продуктами сгорания; химической неполнотой сгорания (большой  слой топлива, недостаточное поступление кислорода воздуха); механической неполнотой сгорания; потерями тепла в окружающую среду стенками аппарата и большими затратами тепла на прогрев конструкции. При эксплуатации аппаратов происходит загрязнение помещений топливом, золой и т.п. Кроме того для запасов топлива необходимы топливохранилища, что предопределяет дополнительные затраты на осуществление погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ, а также на пожарную безопасность. Использование газа в качестве источника теплоты освобождает потребителя от забот по заготовке, транспортировке и хранению топлива, вывозу золы и шлака, улучшает санитарно-гигиенические условия работы на предприятиях. На предприятиях общественного питания использование газа как источника тепловой энергии позволяет автоматизировать процесс работы на тепловом оборудовании. Высокое тепловое напряжение топочного пространства способствует уменьшению габаритов тепловых аппаратов, снижению удельных расходов тепловой энергии. Все эти достоинства газа делают его удобным, экономичным, а в некоторых случаях и незаменимым источником тепловой энергии для технологических процессов приготовления пищи.

Однако газ как топливо  обладает рядом отрицательных свойств. Основное из них – способность  горючих газов к образованию  взрывоопасной смеси с воздухом. Кроме того, некоторые компоненты газов и продуктов их неполного  сгорания токсичны. Для централизованного  подвода топлива необходимы дорогие  магистральные газопроводы. Помимо этого требуется постоянный контроль системы газоснабжения со стороны  специалистов Госгортехнадзора.

Инфракрасный нагрев применяется  в основном при жарке и выпечке.

К преимуществам ИК-излучения  можно отнести: интенсификацию процесса термообработки, сокращение удельного  расхода электроэнергии, увеличение выхода готовой продукции, а также  малое влияние температуры среды  рабочей камеры на процесс нагрева  продукта.

Несмотря на вышеперечисленные  положительные качества использование  ИК-нагрева неприемлемо при выпечке, так как он характеризуется неравномерностью прогрева, а значит, продукт нужно  вращать. Еще одним серьезным  недостатком ИК-излучения является негативное влияние на зрение.

Выпечку можно производить с использованием СВЧ-нагрева. Однако чаще его используют для разогревания замороженный готовых изделий.

Преимущества СВЧ-нагрева:

- сокращается время приготовления  пищи;

- полностью сокращается  пищевая и биологическая ценность  продуктов;

- исключается пригорание  изделий;

- нагрев прекращается  одновременно с прекращением  подач энергии;

- улучшаются санитарно-гигиенические  условия труда;

- отсутствует холостой  ход и связанные с ним потери  тепла.

Несмотря на это, СВЧ-нагрев обладает и отрицательными свойствами. В первую очередь к ним относится  невозможность получения на поверхности  продукта колера. Для устранения этого  недостатка СВЧ-нагрев в аппаратах  комбинируют с инфракрасным, а  он неприемлем для процессов выпечки. Нельзя не сказать и о вредном  влиянии диэлектрического нагрева  на организм человека. Электротепловые аппараты получили широкое распространение на предприятиях общественного питания, что объясняется рядом преимуществ их перед тепловыми аппаратами, работающими на твердом топливе и газе.

Благодаря отсутствию пламени, неизбежного в твердотопливной  и газовой аппаратуре, при электронагреве уменьшается опасность пожара и  отпадает необходимость в заготовке  и хранении твердого топлива, удалении продуктов его сгорания и в  устройстве газопроводов. Кроме того, в электротепловых аппаратах регулировать рабочую температуру в широких пределах за счет изменения подводимой мощности к электронагревательным устройствам. Применение электронагрева дает возможность автоматизировать процессы тепловой обработки пищевых продуктов и регулировать такие параметры, как температура, давление, продолжительность обработки, уровень жидкостей и др. Необходимо также отметить простоту обслуживания и значительное улучшение санитарно-гигиенических условий труда.

Достоинство электротепловых  аппаратов заключается и в  том, что при их эксплуатации можно  получить необходимое количество теплоты, а также необходимую температуру  практически в любой отрезок  времени и в определенном узле аппарата, причем с малыми потерями и точным учетом расхода электроэнергии. Электротепловые аппараты надежны в эксплуатации, а ремонт в основном сводится к замене электронагревателей. Очевидно, что тепловая аппаратура с электрическим обогревом имеет значительные преимущества перед огневым, газовым и паровым обогревом. Наиболее эффективен диэлектрический нагрев для разогревания замороженных готовых изделий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Анализ способов  передачи теплоты от нагревательных  элементов к продукту

 

В зависимости от способов передачи теплоты от нагревательных элементов к продукту различают  шкафы с естественным и принудительным движением технологической среды  – рабочего тела (воздуха). Шкафы с принудительны движением теплоносителя имеют сложную конструкцию и состоят, как правило, из трех основных узлов: рабочей камеры, теплогенерирующего устройства и системы каналов для нагнетания воздуха. В зависимости от схемы принудительного движения теплоносителя в рабочей камере различают шкафы с последовательным, параллельным, смешанным и осевым движением теплоносителя .

В шкафах с последовательной схемой движения теплоносителя происходит интенсивный нагрев изделий, расположенных  на верхних противнях, в то время  как изделия на нижних противнях  обогреваются недостаточно вследствие снижения температуры теплоносителя  в верхней части аппарата. В  результате происходит неравномерная  тепловая обработка продуктов. Шкафы с параллельным, смешанным и осевым движением теплоносителя обладают значительно большей равномерностью тепловой обработки продуктов. Особенно это относиться к шкафам с осевым движением теплоносителя, в котором возможно «перемешивание» и выравнивание температур по слоям в нагнетательном канале.

Шкафы с принудительной циркуляцией  теплоносителя универсальны. В них  можно жарить, выпекать, разогревать  и оттаивать замороженную продукцию. В качестве теплоносителя в них  используется нагретый воздух или паровоздушная  смесь. Принудительная циркуляция теплоносителя позволяет более полно загружать рабочую камеру продуктами и осуществлять их форсированный нагрев, при этом продукты меньше теряют влаги.

Конструкция шкафа с принудительным движением теплоносителя с РК-нагревом, разработанная МИНХом имени Г.В. Плеханова.

Рабочая камера образована двумя навесными металлическими стенками с направляющими уголками для установки на них противней, а также передней и задней стенками корпуса. Между навесными стенками и внутренними боковыми стенками корпуса шкафа образуются каналы, по которым циркулирует горячий  воздух с температурой 300…320 °C. Снизу камера ограничена днищем корпуса с всасывающим отверстием вентилятора, ось рабочего колеса которого расположена вертикально. В выходных патрубках улитки установлены два блока нагревательных элементов. Ширина камеры больше ширины противней на 25 мм, поэтому их устанавливают с зазором по отношению к одной из боковых стенок камеры.

 

 

Благодаря такому лабиринтному расположению противней горячий  воздух последовательно и равномерно омывает все изделия, доводя их до готовности. Скорость движения горячего воздуха в рабочей камере примерно равняется 2 м/с, при этом коэффициент неравномерности распределения скорости воздуха по отделениям (ярусам) не превышает 1,6.

Преимущества данной конструкции  состоят в следующем: поток теплоносителя  на входе в рабочую камеру равномерен (его температура приблизительно одинакова во всех точках) благодаря  установке в нагнетательном канале турбулизующих пластин, которые  способствуют снижению потерь теплоты  в окружающую среду; отклоняющие  пластины на входе в рабочую камеру расположены так, что обеспечивают поступление воздушного потока на поверхность  изделий под определенным углом (угол атаки), обусловливающим наиболее быстрый и равномерный нагрев изделий. Благодаря указанным преимуществам продолжительность разогрева шкафа сократилась, увеличилась его производительность при одновременном сокращении времени тепловой обработки, снизился удельный расход электроэнергии.

Единственным недостатком  таких шкафов является их несоответствие экономическим требованиям, предъявляемым  к тепловым аппаратам. К числу экономических требований, кроме прочих, относится дешевизна аппарата и минимальные расходы на обслуживание. Следовательно, распространенные сейчас малые предприятия и небольшие кондитерские цеха не смогут использовать при работе столь дорогостоящее оборудование.

Шкафы с естественным движением  рабочего тела состоят из нескольких рабочих камер (секций). Каждая камера представляет собой двустенный теплоизолированный металлический короб с дверцей.

По конструктивному решению  тепловые аппараты классифицируются на несекционные и секционные, немодулированные и модулированные.

Несекционные тепловые аппараты имеют различные габариты, конструктивное исполнение, их детали и узлы не унифицированы  и они устанавливаются индивидуально, без учета блокировки с отдельными секциями других аппаратов с целью  получения блока аппаратов требуемой  мощности и производительности.

             Название  несекционное тепловое  оборудование  шкаф жарочный электрический ШЖЭ – 2.

Терморегулятор поддерживает в  автоматическом режиме заданную температуру. (Рис1)

Рис 1. Схема  жарочного электрического шкафа.

 

В основу конструкции модульных  аппаратов положен единый размер – модуль. При этом ширина (глубина) и высота до рабочей поверхности  всех аппаратов одинаковы, а длина  кратна модулю. Основные детали и узлы этих аппаратов максимально унифицированы.

Секционное модулированное оборудование имеет определенные преимущества. Линии оборудования располагаются  пристенно (по периметру) или основным способом (в центре помещения). Обслуживание оборудования ведется только с фронтальной  стороны. При линейном расположении оборудования обеспечивается последовательность технологического процесса, при этом значительно повышается эффективность  использования оборудования. Внедрение  модулированного оборудования облегчает  стандартизацию и унификацию узлов  и деталей аппаратов, что способствует упрощению их эксплуатации, ремонта  и монтажа, а также проведению эго поэтапной модернизации. За счет широкой унификации узлов и деталей  обеспечивается снижение стоимости  оборудования при его изготовлении. Над всеми модульными аппаратами устанавливают местную приточно-вытяжную вентиляцию. Над всеми модульными аппаратами устанавливают местную приточно-вытяжную вентиляцию.

Технические данные жарочного электрического шкафа      Таблица 1

Модель	ШЖЭ-2
Номинальная потребляемая мощность, кВт	9,2
Номинальное напряжение, В	~380/220
Мощность двигателя-вентилятора, Вт	-
Максимальная температура  шкафа, С	270
Время разогрева шкафа  до максимальной температуры, мин	30
Мощность электромагнитного  клапана, Вт	-
Внутрение размеры шкафа, мм	575х535х350
Высота, мм	1475
Длина, мм	840
Глубина, мм	897
Размеры противеня, мм	530х470
Масса, кг	157

    Конструкция аппарата должна, прежде всего, удовлетворять технологическим требованиям процесса тепловой обработки продуктов.

Технологические требования заключаются в максимально возможном  соответствии режима работы, параметров, устройства рабочей камеры, загрузочного и разгрузочного устройства аппарата физическим и химическим изменениям, происходящим при их тепловой обработке, которая существенно влияет на качество готового изделия. Соответствие конструкции аппарата требованиям технологического процесса является наиболее важным фактором в повышении качества кулинарной продукции. В связи с этим на предприятиях общественного питания эксплуатируется большое количество специализированных аппаратов, предназначенных для реализации одного или нескольких технологических процессов (котлы, фритюрницы, сковороды, кипятильники, шкафы и др.), наиболее полно удовлетворяющих требованиям конкретного процесса. При жарке мясных продуктов наоборот нужно обеспечить интенсивный подвод теплоты в первый период жарки до образование корочки. Поэтому за базовый вариант принимаем шкаф жарочный электрический секционный модулированный ШЖЭСМ-2.

 

2. Описание проектируемого  шкафа и режимов его эксплуатации

 

2.1 Описание конструкции  шкафа.

Шкаф жарочный электрический  секционно - модулированный ШЖЭСМ – 2 имеет две унифицированные жарочные секции (камеры) установленных на инвентарных шкафу-подставке с регулируемыми по высоте ножками. Каждая секция состоит из внутреннего и наружного коробов, пространство между которыми заполнено теплоизоляционными материалами. Секции выполнены из стальных листов и оборудованы внутри полками для противней. Дверки секций установлены на шарнирах, с помощью пружин плотно прижимаются к корпусу и открываются вниз.

          Правила эксплуатации. К работе со шкафом допускаются лица, знакомые с его устройством и правилами эксплуатации. Ежедневно перед началом работы проверяют техническое и санитарное состояние шкафа: наличие защитного заземления, легкость открывания дверей, отсутствие посторонних предметов в рабочих камерах. Затем устанавливают лимб терморегулятора на необходимую температуру, включают шкаф к электросети и с помощью пакетных переключателей включают рабочие камеры на сильный нагрев. При этом загораются сигнальные лампы. Как только камеры прогреются до заданной температуры, сигнальные лампы гаснут, свидетельствуя о готовности шкафа к работе. Осторожно открывают дверки и устанавливают противни. После пакетные переключатели переводят на слабый или сильный нагрев в зависимости от требований технологии приготовления. При переводе шкафа на более низкую температуру нагрева выключают тэны и дают шкафу остыть до необходимой температуры. После этого переводят лимб терморегулятора на более низкую степень нагрева и включают тэны. В процессе не разрешается оставлять включенный шкаф неразгруженным и без присмотра. Загрузку и выгрузку противней производить осторожно, чтобы не получить ожогов. Не допускается проливать жидкость на подовые листы, так как это может послужить причиной ожогов и отказа оборудования. Если шкафы работают с частичной загрузкой, то включают только тэны загружаемых секций. По окончании работы ручки пакетных переключателей и датчиков-реле температуры ставят в положение «0», выключают общий прибор включения. Противни выгружают с помощью крюков. После охлаждения корпуса шкафа наружные поверхности протирают мягкой влажной тканью, а затем вытирают насухо. Хромированные детали протирают мягкой тканью. Степень защиты оболочки шкафа от проникновения воды и возможность соприкосновения с токоведущими элементами, которые остаются под напряжением в выключенном состоянии небольшая. Поэтому нельзя проливать жидкость во время санитарной обработки шкафов. Категорически запрещается мыть шкаф струей воды, поливая его из шлангов или каких-либо емкостей.

Перед ремонтом, уборкой  или осмотром шкаф отсоединяют от электросети, выключив для этого  пусковую аппаратуру на распределительном  щите. Включают шкаф под напряжение только после тщательной проверки всех соединений и проводов и удаления со всех деталей антикоррозионный смазки. При замыкании электропроводки на корпус шкаф немедленно отключают от сети и включают вновь только после устранения всех неисправностей. При длительной остановке шкафа все наружные неокрашенные детали смазывают техническим вазелином. Не разрешается включать шкафы при напряжении сети, превышающем номинальное более чем на 5%.

 

 

 

 

 

3. Теплотехнический  расчет проектируемого шкафа

 

3.1 Расчет теплового  баланса и определение мощности  шкафа

 

Шкаф ШЖЭСМ – 2 является аппаратом периодического действия, для определения наибольших затрат теплоты расчет необходимо вести  как для нестационарного, так  и для стационарного режимов  его работы.

Исходные данные для расчета  теплового баланса и определения  мощности аппарата приведены в таблице 3.1.

 

Таблица 3.1 – Основные расчетные  параметры шкафа пекарного шкафа.

Наименование  параметра	Условное обозначение параметра	Значение параметра
Начальная температура элементов шкафа, воздуха  в рабочей камере, противня, теплоизоляции, °C		20
Температура окружающей среды (воздуха), °C		18
Диаметр бифштекса, м		0,07
Начальная температура бифштекса (полуфабриката), °C		20
Конечная  температура воздуха в рабочей  камере, °C		250
Конечная  температура наружных облицовок, °C		40
Конечная  температура внутренних стенок камеры, °C		230
Конечная  температура противня, °C		190
Конечная  температура корочки бифштекса, °C		135
Конечная  температура центра бифштекса, °C		85
Продолжительность разогрева шкафа (продолжительность  нестационарного режима), с		2700
Продолжительность термообработки продукта (продолжительность  стационарного режима), с		2400
Масса противня, кг		2
Масса бифштекса (полуфабриката), кг		0,1
Выход готового продукта, %		70
Ширина  корпуса шкафа, м		0,8
Длина корпуса шкафа, м		0,83
Высота  корпуса шкафа, м		1,59
Ширина  противня, м		0,65
Длина противня, м		0,53
Масса шкафа, кг		260

 

Схема распределения температур в различных точках жарочного  шкафа представлена на рис 3.1.

Количество теплоты, затраченное  соответственно при нестационарном QЗАТР, Дж, и стационарном режимах Q¢ЗАТР, Дж, определяется по формулам.

                                                                                   (1)

                                                                                (2)

где Q1 – количество полезно используемой теплоты на разогрев продукта, Дж;

Q5, Q¢5 – количество теплоты, теряемое наружными поверхностями шкафа в окружающую среду соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Дж;

Q6 – количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции шкафа при нестационарном режиме работы шкафа, Дж.

QПР – количество теплоты на разогрев противня, Дж.

 

Количество полезно используемой теплоты Q1, Дж, определяется по формуле.

  (3)

где n- количество полуфабрикатов, загруженных в рабочую камеру, шт;

с – теплоемкость продукта, Дж/(кг×град);

t - конечная среднеобъемная температура бифштекса, °С;

DW –количество испарившейся жидкости за период термообработка продукта, кг;

r – удельная теплота парообразования, Дж/кг.

Для расчетов следует принять  теплоемкость продукта для мяса

с = 3540 Дж/(кг×град).

Количество полуфабрикатов, загруженных в рабочую камеру

,                                                                            (4)

где - количество полуфабрикатов, загруженных в рабочую камеру, шт;

- количество противней, загруженных  в рабочую камеру, шт;

- ширина противня, м;

- длина противня, м;

- диаметр изделия, м.

Конечная среднеобъемная температура бифштекса может  быть определена по формуле

                                                                            (5)

где - конечная среднеобъемная температура булки, °С;

- конечная температура корочки  булки, °C;

- конечная температура центра  булки, °C.

Количество испарившейся жидкости за период термообработки продукта

                                                                              (6)

 

где -количество испарившейся жидкости за период термообработки продукта, кг;

- масса булки (полуфабриката), кг;

- количество полуфабрикатов, загруженных  в рабочую камеру, шт;

- выход готового продукта, %.

Удельная теплота парообразования

 (7)

где - удельная теплота парообразования, Дж/кг;

- конечная среднеобъемная температура  булки, °С.

Количество теплоты, теряемое наружными облицовками шкафа  в окружающую среду Q5, Дж, и Q’5, Дж, определяют по формулам

  (8)

  (9)

где - количество теплоты, теряемое наружными поверхностями шкафа в окружающую среду соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Дж;

- суммарная площадь наружных  облицовок шкафа, м2;

- коэффициенты теплоотдачи от  наружных облицовок шкафа соответственно  при нестационарном и стационарном  режимах, Вт/(м2·град);

- конечная температура наружных  облицовок, °C;

- начальная температура элементов  шкафа, °C;

- температура окружающей среды  (воздуха), °C;

- продолжительность разогрева шкафа  (продолжительность нестационарного  режима), с;

- продолжительность термообработки  продукта (продолжительность стационарного  режима), с

Площадь наружных облицовок  шкафа

   (10)

где - суммарная площадь наружных облицовок шкафа, м2;

- ширина корпуса шкафа, м;

- длина корпуса шкафа, м;

- высота корпуса шкафа, м.

Коэффициенты теплоотдачи  от наружных облицовок определяются по формулам.

  (11)

                                                                       (12)

где - коэффициенты теплоотдачи от наружных облицовок шкафа соответственно при нестационарном и стационарном режимах, Вт/(м2·град);

- конечная температура наружных  облицовок, °C;

- начальная температура элементов  шкафа, °C;

- температура окружающей среды  (воздуха), °C.

 

 

 

Отсюда

 

Количество теплоты, расходуемое  на разогрев конструкции при нестационарном режиме работы котла Q6, Дж, определяют по формуле