Жарочные шкафы

   (13)

где - количество теплоты, расходуемое на разогрев конструкции при нестационарном режиме работы шкафа, Дж;

- соответственно масса внутренних  стенок рабочей камеры, масса  наружных облицовок и масса  теплоизоляции, кг;

- соответственно теплоемкость металла  внутренних стенок рабочей камеры, теплоемкость металла наружных  облицовок и теплоемкость теплоизоляции,  Дж/(кг·град);

- конечная температура наружных  облицовок, °C;

- начальная температура элементов  шкафа, °C;

- конечная температура внутренних  стенок камеры, °C;

- начальная температура внутренних  стенок камеры, °C.

К расчету следует принять  с1 = с2 = 461 Дж/(кг×град), сИЗ = 921 Дж/(кг×град), МИЗ = 10 кг.

Массу внутренних стенок рабочей  камеры и массу наружных облицовок  принять равными по величине и  определить по формуле

, (14)

где - соответственно масса внутренних стенок рабочей камеры, масса наружных облицовок, кг;

- масса шкафа, кг;

- масса теплоизоляции, кг

100кг.

Количество теплоты на разогрев противня

   (15)

где - количество теплоты на разогрев противня, Дж;

- масса противня, кг;

- теплоемкость металла противня, Дж/(кг·град);

- конечная температура противня, °C;

- начальная температура противня, °C.

К расчету с4 принять равной с1.

Отсюда

Мощность, затраченная на проведение заданного технологического процесса соответственно при нестационарном P, Вт, и стационарном P’, Вт, режимах определяется по формуле

                                                                       (16)

                                                                        (17)

где - соответственно мощности, затраченные на проведение технологического процесса при нестационарном и стационарном режимах, Вт;

 

- соответственно количество теплоты,  затраченное соответственно при  нестационарном и стационарном  режимах, Дж;

- продолжительность разогрева шкафа  (продолжительность нестационарного  режима), с

-продолжительность термообработки  продукта (продолжительность стационарного  режима), с.

Выбираем наибольшее значение мощности при стационарном режиме. К расчету принимаем Р=13 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2 Расчет нагревательных  элементов

 

Для расчета ТЭНа необходимо иметь сведения о его мощности P, напряжении в электрической сети U, удельных нагрузках на поверхности трубки WT и поверхности спирали WП, конфигурации, а также о размерах рабочего пространства, в котором он установлен.

Суммарную мощность ТЭНов, установленных  в аппарате определяют при расчете  теплового баланса и определения  мощности аппарата.

Мощность ТЭНа P, Вт, определяют из соотношения

                                                                                          (18)

где - суммарная мощность ТЭНов, установленных в аппарате, Вт;

n – количество ТЭНов,  шт.

Напряжение электрической  сети U, В, определяют из технической характеристики аппарата с учетом электрической схемы включения ТЭНа в сеть. жарочный шкаф конструкция схема

В зависимости от того в  какой среде работает нагревательный элемент выбирают поверхностную  нагрузку нагревателя. Значения удельных нагрузок на поверхности трубки WT и поверхности спирали WП берут из таблицы 2.3 [3, с.24].

Исходные данные сводят в  таблицу 3.2

 

Таблица 3.2 – Исходные данные для расчета ТЭНа

Наименование  показателя	Значение  показателя
Суммарная мощность ТЭНов, установленных в  аппарате,	13000
Количество  ТЭНов в аппарате, n, шт	12
Единичная мощность ТЭНа, Р, Вт	1083,3
Напряжение  электрической сети, U, В	220
Вид среды, в которой работает ТЭН	Воздух
Удельная  нагрузка на поверхности трубки	1,2
Удельная  нагрузка на поверхности спирали	7
Конфигурация  ТЭНа	U-образная
Размеры рабочего пространства, в котором  установлены ТЭНы, м	0,83:0,8:1,59

 

Перед выполнением расчета  вычерчивают эскиз ТЭНа с указанием  расчетных параметров (рис. 3.2)

 

а- параметры трубки; б  – параметры спирали.

Рис. 4 – Схема к расчету ТЭНа

Определяем длину активной части трубки ТЭНа , по формуле

 

                                                                                           (19)

где – длина активной части трубки ТЭНа, м

 

Р - единичная мощность ТЭНа, Вт;

 

- диаметр трубки ТЭНа, м;

 

- удельная нагрузка на поверхности  трубки, Вт/м2;

Диаметр трубки принимают  в пределах =0,006…0,016 м.

К расчету принимаем Р = 1083,3Вт, =0,016 м, = Вт/м2 (таблица 3.2).

 

Отсюда

Рассчитываем длину активной части трубки ТЭНа до опрессовки , из соотношения

                                                                                             (20)

где -длина активной части трубки ТЭНа, м;

-коэффициент удлинения трубки  в результате опрессовки.

Находим полную развернутую  длину трубки после опрессовки , по формуле

                                                                                       (21)

где - длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.

К расчету принимаем длину  пассивного конца трубки 0,04м, [3, c.25].

Отсюда

Находим сопротивление проволоки  ТЭНа после опрессовки R, Ом, из выражения

                                                                                                 (22)

где R - сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки, Ом;

- напряжение электрической сети, В;

Р - единичная мощность ТЭНа, Вт.

 

К расчету принимаем U=220 В, Р =1083,3Вт (таблица 3.2).

Отсюда

Находим сопротивление проволоки  ТЭНа до опрессовки , из выражения

                                                                                            (23)

где - коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки; =1,3.

Рассчитываем удельное сопротивление  проволоки при рабочей температуре, , по формуле

                                                                          (24)

где - удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре 20

- температурный коэффициент, учитывающий  изменение удельного сопротивления  проволоки при изменении температуры, 

t – рабочая температура проволоки,

К расчету принимаем сплав  Нихром Х20Н80 со следующими параметрами:

  .

Ом·м .

Определяем диаметр проволоки  ТЭНа, d, м, по формуле

(25)

Выбираем ближайший стандартный  диаметр, =0,6мм.

Находим длину проволоки  ТЭНа, , из выражения.

 

                                                                                                (26)

Проверяем значение фактической  удельной поверхностной мощности на проволоке  , из выражения

                                                                                        (27)

< ,

т.е. не превышает предельно  допустимой удельной мощности

Вычисляем длину одного витка  спирали  , по формуле

                                                                                 (28)

где 1,07 – коэффициент  увеличения диаметра спирали после  снятия ее со стержня намотки;

- диаметр стержня намотки, м.  Принимаем 

Находим количество витков спирали n, шт., по формуле

                                                                                                   (29)

Находим расстояние между  витками спирали а, м., которое  связано с длиной активной части  трубки ТЭНа соотношением.

                                                                                         (30)

Для обеспечения хорошего отвода тепла от внутренней поверхности  спирали должно быть соблюдено соотношение  > .

Определяем шаг спирали  s,м, по формуле

(31)

Вычисляем коэффициент шага , по формуле

                                                                                                (32)

Вычисляем коэффициент стержня  намотки  , по формуле

                                                                                               (33)

Определяем диаметр спирали  ТЭНа по формуле

                                                                                    (34)

Находим общую длину проволоки  , с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков

                                                                                           (35)

 

 

 

 

 

 

3.3 Расчет основных  теплотехнических и эксплуатационных  характеристик аппарата

 

Для определения эффективности  работы шкафа необходимо определить следующие основные характеристики: удельный расход теплоты на единицу  готовой продукции и коэффициент  полезного действия.

Расход теплоты на единицу  готового продукта при стационарном режиме q , Дж/кг, определяем по формуле

q = ,                                                                                            (36)

где М - масса готового продукта, кг.

Определяем массу готового продукта, , по формуле

М                                                                                              (37)

М кг

         Отсюда

q = Дж/кг.

Коэффициент полезного действия при стационарном режиме , определяем по формуле

                                                                                             (38)

 

                        Заключение.

        Заданием на курсовой работе по теме шкаф жарочный состояло в подборе жарочных шкафов с целью приготовлении в нем бифштекса. В начале мы провели анализ продукта исследования - изучили их химический состав и пищевую ценность. Изучили влияние тепловой обработки на мясные полуфабрикаты. Жарить продукт можно на жарочной поверхности или в среде горячего воздуха. Нагревание продукта на жарочной поверхности может осуществляться в открытой посуде, на разогретых поверхностях кухонных плит, на конфорках газовых и электроплит, на открытом пламени, над горящими углями или над накаливаемыми спиралями, накаливаемыми электрическим током. Термообработка продукта в среде горячего воздуха осуществляется в пароконвектоматах, жарочных и пекарских шкафах.  Анализ энергоносителей, используемых для жарки в жарочных шкафах - это огневой, газовый и электрический обогрев. Выявив ряд принципиальных достоинств электрических аппаратов над огневыми и газовыми выбираем для разработки жарочный шкаф с электрическим обогревом. Подобрали способы передачи теплоты от теплоносителя к продукту. Все шкафы разделяются на шкафы с естественным и принудительным движением теплоносителя. Основным преимуществом жарочных шкафов с естественным движением теплоносителя является их простота конструкции, легкость в обслуживании и относительная дешевизна. Однако главная причина выбора шкафов с таким способом передачи тепла от теплоносителя к продукту заключается в том, что всё оно является секционно-модулируемым. А на сегодняшний день для предприятий общественного питания этот фактор является первостепенным, так как секционно-модулируемое оборудование позволяет создавать выгодные с экономической точки зрения технологические линии оборудования. Рассмотрев конструкцию жарочно-пекарного аппарата с естественным движением теплоносителя: ШЖЭСМ-2. Сравнили их главные характеристики и за базовый аппарат выбрали шкаф жарочный электрический секционно-модулируемый ШЖЭСМ-2. В работе проведен теплотехнический расчет проектируемого аппарата: рассчитали баланс и определили мощность жарочного шкафа; определили суммарную мощность ТЭНов, установленных в шкафу и их количество; рассчитали основные параметры ТЭНа; основные теплотехнические и эксплуатационные характеристики шкафа жарочного – удельный расход теплоты на единицу готовой продукции и коэффициент полезного действия.