Оборудование предприятий общественного питания

По величине определяющей температуры воздуха выбирают по таблице физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности а, коэффициент теплопроводности l, коэффициент кинематической вязкости v, затем находят произведение (Gr×Pr), с и n и численную величину критерия Nu.

По значению критерия Нуссельта определяется коэффициент  теплоотдачи конвекцией

,

Коэффициент теплоотдачи  лучеиспусканием a_л определяется по формуле Стефана-Больцмана:

a_л =

,

где Е – степень черноты полного нормального излучения поверхности, для различных материалов (для стали шлифованной Е=0,58)

 С₀ – коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела, Вт/(м²×К⁴);

 С₀ = 5,67 Вт/(м²×К⁴);

 t_п – средняя температура теплоотдающей поверхности, ⁰С;

 t₀ – температура окружающего поверхность воздуха, ⁰С;

 

Т_п – абсолютная температура поверхности ограждения, К

 Т_п = t_п+273

 

 Т₀ – абсолютная температура окружающей среды, К

 Т₀ = t₀+273

Нестационарный режим.

Для расчета потерь тепла  в окружающую среду можно пользоваться формулой:

,

где t¢ - время разогрева жира, час;

  - коэффициент теплоотдачи от поверхности ограждения в окружающую среду, кДж/м²час⁰С;

  - средняя температура поверхности ограждения за время разогрева, ⁰С

,

 t_К –температура поверхности ограждения к концу разогрева, ⁰С;

 t_Н – начальная температура поверхности ограждения принимается равной температуре окружающей среды, ⁰С.

Температуру отдельных  поверхностей аппарата  к концу разогрева можно принять:

а) для вертикальных поверхностей t_к = 60 – 65⁰С;

б) для изолированной крышки жарочного  оборудования t_к = 160-180⁰С;

При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией определяющая температура для воздуха, окружающего корпус (ограждение) будет равна:

,

Результаты теплового  расчета при определении потерь тепла в окружающую среду для  нестационарного режима сведены  в таблицу 3.

 

 

 

 

 

Таблица 3 – Результаты расчета для нестационарного режима

Показатель	Значение	Показатель	Значение
Для крышки		Для корпуса
tn’, ºС	90	tn’, ºС	40
t, ºС	55	t, ºС	30
λ, Вт/(м·К)	0,0291	λ, Вт/(м·К)	0,0268
ν, м2/с	18,97∙10-4	ν, м2/с	16,00∙10-4
Pr	0,696	Pr	0,701
∆t, ºС	70	∆ t, ºС	20
β, 1/0С	0,00292	β, 1/0С	0,0034
Gr	17388,8	Gr	7062,45
Gr·Pr	12102,6	Gr·Pr	4950,74
c	0,54	c	1,18
n	¼	n	1/8
l, м	0,315	l, м	0,3
Nu	5,66	Nu	3,417
Е	0,5	Е	0,5
С0, Вт/(м2×К4)	5,67	С0, Вт/(м2×К4)	5,67
αк,, Вт/м2׺С	0,5253	αк, Вт/м2׺С	0,305
αл, Вт/м2׺С	4,047	αл, Вт/м2׺С	3,15
α0 Вт/м2׺С	4,557	α0 Вт/м2׺С	3,46
α0 кДж/м2׺С	16,45	α0 кДж/м2׺С
F, м2	0,05985	F, м2	0,402
Q2’кр, кДж	68,93	Q2’кор, кДж	100,242
Итого:	Q2’, кДж	169,174
	Q2’, кДж/ч	1268,805

 

Стационарный режим

При стационарном режиме потери тепла в окружающую среду определяется:

,

где - коэффициент теплоотдачи при стационарном режиме от поверхности в окружающую среду, Вт/м^{2 0}С;

  - средняя температура поверхности ограждения при стационарном режиме, ⁰С; »const для данной поверхности; принять равной температуре отдельных поверхностей к концу разогрева t_к;

 t¢¢ - продолжительность стационарного режима варки, с.

При определении коэффициента теплоотдачи конвекцией, определяющая средняя температура воздуха, соприкасающегося с ограждением, будет равна:

,

При этой температуре  для стационарного режима выбираем физические параметры воздуха: коэффициент температуропроводности a, коэффициент теплопроводности l, коэффициент кинематической вязкости v, затем определяют произведение (Gr×Pr), величины с и n и численную величину критерия Nu.

По значению критерия Nu при стационарном режиме определяется коэффициент теплоотдачи конвекцией

,

Коэффициент теплоотдачи  лучеиспусканием a_л определяется по формуле Стефана-Больцмана:

 

=         

Результаты теплового  расчета при определении потерь тепла в окружающую среду для  стационарного режима сведены в таблицу 4

 

 

 

 

 

 

Таблица 4 – Результаты расчета для стационарного режима

Показатель	Значение	Показатель	Значение
Для крышки		Для корпуса
tn”, ºС	160	tn”, ºС	60
λ, Вт/(м·К)	0,0364	λ, Вт/(м·К)	0,0291
ν, м2/с	30,09*10-4	ν, м2/с	18,97*10-4
Pr	0,690	Pr	0,696
∆ t, ºС	140	∆ t, ºС	40
β, 1/0С	0,00242	β, 1/0С	0,00319
Gr	11479,798	Gr	9406,19
Gr·Pr	7829,22	Gr·Pr	6546,708
c	0,54	c	0,54
n	¼	n	¼
l, м	0,315	l, м	0,3
Nu	5,08	Nu	4,857
Е	0,5	Е	0,5
С0, Вт/(м2×К4)	5,67	С0, Вт/(м2×К4)	5,67
αк,, Вт/м2׺С	0,586	αк,, Вт/м2׺С	0,471
αл, Вт/м2׺С	5,626	αл, Вт/м2׺С	3,49
α0 Вт/м2׺С	6,21	α0 Вт/м2׺С	3,963
α0 кДж/м2׺С	22,3662	α0 кДж/м2׺С	14,266
F, м2	0,05985	F, м2	0,402
Q2”кр, кДж	187,406	Q2”кор, кДж	229,39
Итого	Q2”, кДж/ч	416,796

 

  2.1.3.Определение расхода тепла на разогрев конструкции

 

 Для выполнения  расчета расхода тепла на разогрев  конструкции последней ведется только для нестационарного режима работы аппарата. Расход тепла на разогрев конструкции фритюрницы определяется выражением:

 

,

где - тепло, расходуемое на нагревание металлических конструкций, кДж;

- тепло, расходуемое на нагревание изоляции, кДж;

 

,

где G_mi – масса i-го элемента металлической конструкции  кг.

     Для каждого  элемента вес рассчитывается  по формуле

,

где V_i – объем элемента i-ой конструкции, м³;

r_i – плотность материала элемента конструкции, кг/м³;

c_mi – удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг×⁰С). Значение плотностей и удельных теплоемкостей отдельных материалов приведены в приложении В.

t_mi – средняя конечная температура нагрева металлоконструкции, ⁰С.

t₀ – начальная температура металлоконструкции, ⁰С.

Конечную температуру  по элементам конструкции можно принять:

• внутренняя поверхность жарочной емкости – 180⁰С;
• крышка – 160⁰С;
• наружные стены – 60-65⁰С;

,

где G_и – вес изоляционной конструкции, кг;

 

 – толщина изоляционного  слоя, м, определяется по формуле

 

, 

где l_и – коэффициент теплопроводности изоляционного материала в зависимости от средней температуры изоляции;

                     q =α´₀(t_н.с-t₀), Вт/м², - удельные тепловые потери поверхности;

      с_и – теплоемкость изоляции, кДж/(кг×⁰С).

      t_и – средняя температура нагрева изоляции, ⁰С.

t_и =

, 

   где t_вар.ем – температура частей изоляции, касающихся жарочной емкости,⁰С;

    t_н.с – температура частей изоляции, касающихся наружных стен,⁰С

    t₀ – начальная температура изоляции, равная температуре окружающей среды, ⁰С.

 

Таблица-5 Результаты расчета  расхода тепла на разогрев конструкции 

 

Показатель	Значение
Потери, связанные с  нагревом жарочной емкости фритюрницы
Крышка
Площадь поверхности, м2	0,05985
Объем поверхности, м3	0,00005985
Вес крышки, кг	0,467
Плотность материала  элемента конструкции, кг/м3	7800
Удельная теплоемкость материала конструкции, Дж/(кг×0С)	462
Средняя конечная температура  нагрева металлоконструкции фритюрницы, 0С	160
Q3’, кДж	30,194

 

 

 

Продолжение таблицы 5

Корпус
Площадь поверхности, м2	0,5052
Объем поверхности, м3	0,0005052
Вес корпуса, кг	3,94
Плотность материала  элемента конструкции, кг/м3	7800
Удельная теплоемкость материала конструкции, кДж/(кг×0С)	462
Средняя конечная температура  нагрева металлоконструкции фритюрницы, 0С	60
Q3’, кДж	72,82
Изоляция
Толщина изоляционного  слоя, м	0,0154
Вес изоляционной конструкции  фритюрницы, кг	0,079
Площадь изоляции, м2	0,1713
Плотность материала изоляции (альфоль гладкая), кг/м3	30
Коэффициент теплопроводности изоляционного материала, Вт/(м·ºС)	0,0772
Средняя температура  нагрева изоляции, 0С	110
Q3и, кДж	8,54
Q3, кДж	111,556
Q3, кДж/ч	836,37

Полученные данные сводим в итоговую таблицу 6:

Таблица 6

Расход тепла, кДж/ч	Режим разогрева	Стационарный режим
Полезно используемое тепло	=4525,2	=2628,93
Потери тепла в окружающую среду	=1268,805	=416,796
Потери тепла на разогрев конструкции	=836,37	-
Итого	6630,375	3045,726

  3 Методика  расчета   электронагревателей

          Для выполнения расчета электронагревателя надо знать его мощность, допустимые удельные мощности на поверхности трубки тэна, номинальное напряжение, рабочую температуру и среду, в которой будет работать нагреватель.

     Мощность электронагревателя  определяется на основании мощности  аппарата или его определенного  узла, (жарочная поверхность, шкаф) и числа нагревателей в нем.

     Мощность аппарата  определяется из теплового баланса  по формуле

,

где Q — максимальное тепло, подводимое к аппарату за время разогрева или стационарного режима (определяется из теплового баланса), Дж;

• — время разогрева или стационарного режима, с.

Мощность одного тэна Р_э определяется по формуле

, 

где п — количество тэнов в аппарате, обусловленное назначением аппарата и схемой регулирования нагрева.

  При расчете  важно правильно выбрать диаметр проволоки. При завышении его потребуется большая длина проволоки, что вызовет перерасход дорогостоящего материала и увеличение габаритов нагревателя, при занижении диаметра – спираль быстрее перегорит.

    Для  выполнения расчета по таблице 7 выбираем допустимую удельную мощность W на поверхности трубки тэна в зависимости от рабочей среды.

Таблица 7

Рабочая среда	Рекомендуемый материал оболочки тэна	Удельная мощность W, Вт / м2
Жиры пищевые	Ст.10, Ст. 20 с  защитным покрытем	3 104