Основные принципы расчета теплового

Общие сведения

Данное учебное пособие предназначено для студентов специальности 271200 «Технология продуктов общественного питания», выполняющих курсовой проект по расчету теплового технологического оборудования.

Цель работы

Курсовой проект имеет цель получения студентами навыков в самостоятельной работе, умении пользоваться справочной литературой, развитие изобретательности, а также закрепление полученных ранее знаний по различным дисциплинам. Выполнение проекта позволит студентам уяснить всю сложность технических решений технологических задач с тем, чтобы в своей производственной деятельности правильно ставить задачи перед инженерами-механиками для создания эффективного технологического оборудования.

Задание на проектирование

Курсовой проект включает в себя расчетно-пояснительную записку и графическую часть. Графическая часть состоит из 3 листов формата А4 или А3:

- общий вид оборудования;

- схема расположения электронагревателей;

- сборочный чертеж электронагревателя.

Задание на курсовое проектирование выдается преподавателем и предполагает решение следующих основных задач:

- разработка конструкции теплового аппарата, его внешнего вида, органов управления;

- определение размеров рабочих камер и производительности аппарата;

- тепловой расчет аппарата;

- расчет и конструирование электронагревателей.

Варианты заданий представлены в табл. 1.1

Таблица 1.1

Варианты заданий

Вариант, наименование оборудования	Габаритные размеры, мм	Ориентировочная мощность, кВт	Дополнительные сведения	Наименование блюда
1. Варочный аппарат	840х700х870	12,00	2 ванны с V ванны = 25 л, τр=15мин	Макароны отварные (гарнир)
2. Варочный аппарат	420х900х880	6,00	1 бак V = 40 л, τр=20 мин	Макароны отварные (гарнир)

Продолжение табл. 1.1

Вариант, наименование оборудования	Габаритные размеры, мм	Ориентировочная мощность, кВт	Дополнительные сведения	Наименование блюда
3. Варочный аппарат	840х900х880	12,00	2 ванны с V ванны = 40 л, τр=20 мин	Макароны отварные (для запекания)
4. Варочный аппарат	420х700х880	9,00	1 бак V = 25 л, τр=15мин	Макароны отварные (для запекания)
5. Жарочная поверхность	800х700х900	7,50	τр=20мин	Бифштекс натуральный
6. Жарочная поверхность	400х700х900	3,75	τр=15мин	Эскалоп
7. Жарочная поверхность	400х900х900	5,70	τр=20 мин	Шницель натурально-рубленный
8. Жарочная поверхность	800х900х900	11,40	τр=25 мин	Котлеты натуральные
9. Жарочная поверхность	840х700х870	12,00	τр=25 мин	Котлеты рубленные
10. Сковорода опрокидывающаяся	800х900х900	9,10	V чаши = 90 л, τр=25 мин	Картофель жареный
11. Сковорода опрокидывающаяся	800х700х900	9,00	V чаши = 55 л, τр=20 мин	Гуляш
12. Сковорода опрокидывающаяся	840х900х880	12,00	V чаши = 70 л, τр=25 мин	Рагу овощное
13. Сковорода опрокидывающаяся	800х700х875	5,40	V чаши = 40 л, τр=20 мин	Печень по-строгановски
14. Фритюрница настольная	240х430х300	2,00	V чаши = 4л, τр=15 мин	Картофель фри
15. Фритюрница настольная	420х430х300	4,00	2 чаши с V чаши = 4л, τр=15мин	Пончики
16. Фритюрница настольная, две корзины	460х510х430	4,00	V чаши = 7л, τр=15мин	Котлеты по-киевски
17. Фритюрница секционно-модулированная	460х700х900	6,00	V чаши = 10л, загрузка продукта 1,7 кг, τр=20 мин	Картофель фри
18. Фритюрница секционно-модулированная	800х700х900	12,00	2 чаши с V чаши = 10л, τр=15мин	Пирожки с капустой
19. Фритюрница секционно-модулированная	400х900х900	9,00	V чаши = 15л, τр=20 мин	Пончики
20. Мармит паровой	420х700х310	2,50	ГН 1/1–150 1 шт., τр=15мин	Гарнир
21. Мармит с тепловым шкафом паровой	800х700х850	3,60	ГН 1/1–150 2 шт., τр=15мин	Картофельное пюре

Продолжение табл. 1.1

Вариант, наименование оборудования	Габаритные размеры, мм	Ориентировочная мощность, кВт	Дополнительные сведения	Наименование блюда
22. Мармит с влажным подогревом	400х700х875	1,50	ГН 1/1–200 1 шт., τр=15мин	Котлеты жареные
23. Мармит с влажным подогревом	800х700х875	3,00	ГН 1/1–200 2 шт., τр=15мин	Макароны отварные
24. Мармит с влажным подогревом	800х900х900	4,00	ГН 1/1–100 2 шт. + ГН 1/3 – 100 2 шт., τр=15мин	Рыба отварная
25. Котел пищеварочный, косвенный обогрев	800х900х900	15,00	V вар.ем = 150л, τр= 40 мин	Борщ сибирский
26. Котел пищеварочный, косвенный обогрев	800х900х900	15,00	V вар.ем = 100л, τр= 40 мин	Рассольник петербургский
27. Котел пищеварочный, косвенный обогрев	800х700х875	14,1	V вар.ем = 80л, τр= 40 мин	Бульон костный
28. Шкаф жарочный двухкамерный	800х850х1675	11,80	Под ГН 2/1–20, τр=30 мин,	Курица
29. Шкаф жарочный трехкамерный	800х850х1675	17,70	Под ГН 2/1–20, τр=40 мин	Рыба запеченная
30. Шкаф расстойный	595х530х932	1,50	9 листов 433 х333 мм, τр=15мин	Булочка школьная (100)
31. Шкаф расстойный	860х590х930	1,50	9 противней 600х400 мм, τр=15мин	Булочка домашняя (100)
32. Печь для пиццы двухкамерная, каменная выкладка	900х885х785	8,80	Внутренние размеры: 610х 610х140, τр=30 мин	Пицца
33. Варочный аппарат	840х700х870	12,00	2 ванны с V ванны = 25 л, τр=15мин	Пельмени отварные
34. Варочный аппарат	420х900х880	6,00	1 бак V = 40 л, τр=20 мин	Пельмени отварные
35. Варочный аппарат	840х900х880	12,00	2 ванны с V ванны = 40 л, τр=20 мин	Пельмени отварные
36. Варочный аппарат	420х700х880	9,00	1 бак V = 25 л, τр=15мин	Пельмени отварные
37. Жарочная поверхность	800х700х900	7,50	τр=20мин	Биточки рыбные
38. Жарочная поверхность	400х700х900	3,75	τр=15мин	Рыба жареная
39. Жарочная поверхность	400х900х900	5,70	τр=20 мин	Антрекот
40. Жарочная поверхность	800х900х900	11,40	τр=25 мин	Бифштекс рубленный

Продолжение табл. 1.1

Вариант, наименование оборудования	Габаритные размеры, мм	Ориентировочная мощность, кВт	Дополнительные сведения	Наименование блюда
41. Жарочная поверхность	840х700х870	12,00	τр=25 мин	Сырники
42. Сковорода опрокидывающаяся	800х900х900	9,10	V чаши = 90 л, τр=25 мин	Говядина тушеная с черносливом
43. Сковорода опрокидывающаяся	800х700х900	9,00	V чаши = 55 л, τр=20 мин	Бефстроганов
44. Сковорода опрокидывающаяся	840х900х880	12,00	V чаши = 70 л, τр=25 мин	Поджарка
45. Сковорода опрокидывающаяся	800х700х875	5,40	V чаши = 40 л, τр=20 мин	Плов
46. Фритюрница	240х430х300	2,00	V чаши = 4л, τр=15 мин	Рыба, жаренная в тесте
47. Фритюрница	420х430х300	4,00	2 чаши с V чаши = 4л, τр=15мин	Картофель фри
48. Фритюрница	460х510х430	4,00	V чаши = 7л, τр=15мин	Крокеты картофельные
49. Фритюрница секционно-модулированная	460х700х900	6,00	V чаши = 10л, загрузка продукта 1,7 кг, τр=20 мин	Рыба жареная
50. Фритюрница секционно-модулированная	800х700х900	12,00	2 чаши с V чаши = 10л, τр=15мин	Пельмени фри
51. Фритюрница секционно-модулированная	400х900х900	9,00	V чаши = 15л, τр=20 мин	Картофель фри
52. Мармит паровой	420х700х310	2,50	ГН 1/1–150 1 шт., τр=15мин	Рис с овощами
53. Мармит с тепловым шкафом паровой	800х700х850	3,60	ГН 1/1–150 2 шт., τр=15мин	Биточки паровые
54. Мармит с влажным подогревом	400х700х875	1,50	ГН 1/1–200 1 шт., τр=15мин	Тефтели рыбные
55. Мармит с влажным подогревом	800х700х875	3,00	ГН 1/1–200 2 шт., τр=15мин	Голубцы
56. Мармит с влажным подогревом	800х900х900	4,00	ГН 1/1–100 2 шт. + ГН 1/3 – 100 2 шт., τр=15мин	Гуляш
57. Котел пищеварочный	800х900х900	15,00	V вар.ем = 150л, τр= 40 мин	Щи со свежей капустой
58. Котел пищеварочный	800х900х900	15,00	V вар.ем = 100л, τр= 40 мин	Бульон рыбный
59. Котел пищеварочный	800х700х875	14,1	V вар.ем = 80л, τр= 40 мин	Суп полевой
60. Шкаф жарочный двухкамерный	800х850х1675	11,80	Под ГН 2/1–20, τр=30 мин,	Запеканка картофельная с мясом

Окончание табл. 1.1

Вариант, наименование оборудования	Габаритные размеры, мм	Ориентировочная мощность, кВт	Дополнительные сведения	Наименование блюда
61. Шкаф жарочный двухкамерный	800х850х1675	17,70	Под ГН 2/1–20, τр=40 мин	Голубцы с мясом и рисом
62. Шкаф расстойный	595х530х932	1,50	9 листов 433 х333 мм, τр=15мин	Ватрушка с творогом (80)
63. Шкаф расстойный	860х590х930	1,50	9 противней 600х400 мм, τр=15мин	Булочка дорожная (100)
64. Печь для пиццы двухкамерная, каменная выкладка	900х885х785	8,80	Внутренние размеры: 610х 610х140, τр=45 мин	Пицца

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО

ОБОРУДОВАНИЯ

Для проведения теплового расчета в варианте задания указаны тип аппарата, его габаритные размеры, а также дополнительные сведения, включающие время разогрева, приготавливаемую кулинарную продукцию и т.д.. Задачей теплового расчета является определение максимальной и минимальной мощностей, а также проектирование и расчет электронагревателей.

Некоторые необходимые для расчетов справочные данные представлены в приложениях данного пособия. Недостающие величины при согласовании с преподавателем можно принимать ориентировочно по опыту работы или по другим литературным источникам.

При тепловом расчете оборудования с целью определения необходимого количества энергии и тепловой мощности для обработки того или иного изделия необходимо составить уравнение теплового баланса, представляющее собой сумму различных составляющих энергетических затрат, имеющих место при работе аппарата. К основным составляющим энергетических затрат при работе электрических тепловых аппаратов относятся:

― полезная теплота Q_П, затрачиваемая на непосредственную обработку продукта;

― потери тепла в окружающую среду Q_ср;

― потери тепла на нагрев оборудования Q_об.

Перед началом теплового расчета необходимо разработать чертеж общего вида оборудования (см. прил. 10), на котором показывают особенности конструкции, расположение и тип основных органов управления, а также формы и размеры основных элементов (внешнего ограждения, рабочей камеры и др.), которые необходимы для расчета Q_П, Q_ср, Q_об. Основой для разработки этого чертежа служат заданные габаритные размеры оборудования, внутрь которых необходимо вписать рабочие камеры или поверхности. При этом следует обеспечить выполнение характеристик (условий), указанных в дополнительных сведениях задания (объем варочных камер, площадь жарочных поверхностей, количество противней и др.). Например, объем варочной емкости макароноварки (прил. 10) составляет 25 л (0,500×0,295×0,170=0,025 м³), что соответствует указанному в задании объему. Формы и размеры рабочих камер должны обеспечить удобство и безопасность работы с оборудованием. Кроме того, между вертикальными поверхностями рабочих камер и внешним ограждением оборудования, как правило, проектируют тепловые зазоры, заполненные теплоизоляционным материалом для снижения тепловых потерь и повышения эффективности работы оборудования. Толщину теплоизоляционного слоя можно определить по методике, указанной на с. 23 (формула 2.41) данного пособия.

Большинство видов теплового оборудования характеризуются высокой тепловой инерционностью, что связано с особенностью их конструкции, используемыми конструкционными материалами и типами электронагревателей. Такое оборудование рассчитывают для двух режимов работы - нестационарного (разогрева) и стационарного (непосредственной обработки). Исключение составляют СВЧ-печи, индукционные (ТВЧ) плиты, некоторые виды теплового оборудования с ИК-излучателями .

Под нестационарным режимом понимается начальный период работы оборудования, в процессе которого оно выходит на заданный тепловой режим, при котором рабочие камеры, поверхности или греющие среды (воздух, вода, жир и т.д.) достигают заданной температуры. В условиях стационарного режима теплообмен происходит без существенных изменений температуры указанных выше конструктивных элементов. Это объясняется тем, что наступает тепловое насыщение и конструкционные материалы не способны поглощать большое количество тепловой энергии или количество поглощенной ими энергии примерно равно количеству энергии, отдаваемой в окружающую среду (квазистационарное состояние).

В общем виде уравнение теплового баланса выглядит следующим образом:

для нестационарного режима

,(2.1)

для стационарного режима

,(2.2)

где Q^I и Q^II – суммарная тепловая энергия, затрачиваемая соответственно при нестационарном и стационарном режимах работы оборудования.

Так как нестационарный и стационарный режимы при тепловой обработке продукта протекают последовательно и независимо друг от друга, то необходимую мощность оборудования определяют по тому уравнению теплового баланса, сумма которого окажется больше ( или ).