Разработка жарочного шкафа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Уральский Государственный Экономический Университет

Кафедра машин и аппаратов пищевых производств

Курсовой проект

по дисциплине Оборудование предприятий общественного питания

Екатеринбург 2010

Введение

Мясные блюда следует отнести к наиболее ценной кулинарной продукции. Блюда из мяса являются важнейшим источником белка в питании человека. Особая роль белков мяса обусловлена, во-первых, тем, что аминокислотный состав мышечных белков близок к оптимальному и, во-вторых, коэффициент усвоения их очень высок (97%). Ценен минеральный состав мясных блюд. Из минеральных элементов в мясе преобладают калий и фосфор, в меньших количествах оно содержит натрий, хлор, магний и железо. В мышечной ткани в сравнительно небольших количествах имеются витамины (B1, В2, В6, РР, А, пантотеновая кислота, биотин).

Порция жареного мяса (с выходом 100г) покрывает суточную потребность организма в белках на 20-30%, в жирах - 10-30% (в зависимости от жирности мяса), в энергии - на 15%.

Суточная потребность человека в мясе составляет 150-200г в сутки.

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.

Изменение мышечных белков (тепловая денатурация) начинается при 30-35. При 65 денатурирует около 90% всех мышечных белков. Наиболее лабилен мышечный белок - миозин, при температуре немного выше 40 он полностью денатурирует. Миоглобин, придающий мясу красный цвет, при денатурации подвергается деструкции, при этом исчезает красная окраска мяса. Полная денатурация миоглобина наступает при 80. Поэтому по изменению окраски мяса можно судить о степени готовности.

Мясные полуфабрикаты, кроме мышечной ткани, содержат и жировую. Жир частично вытапливается. При жарке жир частично впитывается продуктом, улучшая его пищевую ценность.

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. Обзорная часть и сравнительный анализ аппарата

Шкафы подразделяются на жарочные и пекарные. Первые предназначены для жаренья мясопродуктов, запекания овощных и крупяных блюд, а также для выпечки некоторых кондитерских изделий. Вторые используются только для выпекания кондитерских и хлебобулочных изделий.

1.1 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 также 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 (рисунок 1.1 а, б, рисунок 1.2 в, г).

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.

В мировой практике имеется много модификаций таких шкафов, а также шкафов со смешанным способом обогрева, включающим: кондуктивный, радиационно-конвективный, ИК-обогрев, СВЧ-нагрев совместно с конвективным.

На рисунке 1.3 представлена 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.

Зарубежными фирмами интенсивно разрабатываются и выпускаются шкафы с использованием двух теплоносителей - нагретого воздуха и

водяного пара, а также их смеси. В последние годы разработан шкаф с конвективным обогревом, принципиальная схема которого приведена на рисунке 1.4.

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 (рисунок 1.5, а, б) 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.

Примером несекционного теплового оборудования является шкаф жарочный электрический ШЖЭ - 0,85 (рисунок 1.6).

Шкаф состоит из рабочей секции, установленной на каркасе. Секция представляет собой теплоизоляционную жарочную камеру с панелью управления. Жарочная камера разделена на пять отсеков, каждый из которых обогревается двумя рядами тэнов. Каждый ряд тэнов, кроме верхнего, закрыт подовым листом, на который устанавливается функциональная емкость (противень). В верхней части жарочной камеры предусмотрено отверстие для отвода паровоздушной смеси, регулируемое заслонкой. Жарочная камера закрывается дверцей. В нижнем отсеке шкафа находятся датчики температуры, ручки которых выведены на панель управления, снабженную сигнальной арматурой.

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.

Отечественная промышленность выпускает секционное модулированное оборудование с модулем 20010 мм. Ширина оборудования равна 840 мм, а высота до рабочей поверхности - 840 10 мм, что соответствует основным средним антропометрическим данным человека.

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.

Шкаф пекарный электрический секционный модульный ШПЭСМ - 3 (рисунок 1.6) имеет три камеры, закрываемые дверцами, и сваренную подставку. Камера нагревается тэнами, расположенными снизу и сверху в виде блоков. Нижние тэны закрыты подовым листом. С задней и боковых сторон шкаф имеет стальную облицовку, к которой сверху крепится крышка. Пространство между облицовками и камерами заполнено теплоизоляцией. Основанием шкафа служит стальная рама, установленная на регулируемых по высоте ножках. В нижней части шкафа находится блок управления, на панели которого имеются сигнальные лампы, а также ручка переключателей и датчика-реле температуры. Чувствительный баллон датчика - реле температуры расположен в рабочей камере. Переключатели служат для раздельного включения групп верхних и нижних тэнов и регулирования интенсивности их нагрева с соотношением мощности 4:2:1.

Работа сигнальных ламп свидетельствует о работе верхних и нижних тэнов. Отключение их сигнализирует о том, что камеру можно загружать кондитерскими листами или противнями с продуктами, так как температура воздуха в ней достигла заданного значения. При понижении температуры в рабочей камере ниже заданной все тэны вновь автоматически включаются датчиком-реле температуры.

Жарочные и пекарные шкафы выпускаются следующих типов: ШЖЭСМ-2К - шкаф жарочный электрический секционный модулированный; ШПЭСМ-3 - шкаф пекарный электрический секционный модулированный; ШЖЭ-0,85 (ШЖЭ-0,85-01) и ШЖЭ-0,5 (ШЖЭ-0,51-0,1), ШЖЭ-1,36 - шкафы жарочные под функциональные емкости. Все они имеют различия по техническим характеристикам (таблица 1).

Таблица 1 - Техническая характеристика пекарных и жарочных шкафов

Показатели	Единицы измерения	ШЖЭСМ-2К	ЭШ-3	ШПЭСМ-3	ШЖЭ-0,85	ШЖЭ-0,85-01	ШЖЭ-0,51	ШЖЭ-0,51-01
Номинальная мощность	Вт	9600	16200	14000	12000	12000	8000	8000
Номинальное напряжение	В	380 (с нулевым проводом) или 220
Род тока	Трехфазный переменный
Частота тока	Гц	50	50	50	50	50	50	50
Количество рабочих камер	шт.	2	3	3	1	1	1	1
Показатели	Единицы измерения	ШЖЭСМ-2К	ЭШ-3	ШПЭСМ-3	ШЖЭ-0,85	ШЖЭ-0,85-01	ШЖЭ-0,51	ШЖЭ-0,51-01
Площадь противней	м2	-	-	-	0,85	0,85	0,51	0,51
Время разогрева до рабочей температуры	мин	60	70	60	35	35	35	35
Габариты:
длина	мм	830	1515	1200	500	500	500	500
ширина	мм	800	1170	1000	800	800	800	800
высота	мм	1500	1580	1630	980	1500	980	1500
Масса	кг	270	550	480	140	160	120	140

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.

Примером несоответствия конструкции аппарата требованиям технологического процесса является жарка мясных изделий в пекарских шкафах. Так, при выпечке изделий из дрожжевого теста большое значение имеют процессы брожения, обуславливающие размеры готового продукта. Технологически важно замедлить процесс образования корочки. При жарке мясных продуктов наоборот нужно обеспечить интенсивный подвод теплоты в первый период жарки до образования 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 - 2К (рисунок 2.00.000 СБ) 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.

Нагрев секций производится тэнами, установленными во внутреннем коробе по три штуке сверху и по три штуке снизу. Верхние тэны открыты, нижние тэны закрыты подовым листом. Пары и газы, образующиеся при тепловой обработке продуктов, удаляются через вентиляционные отверстия, которые регулируются шиберной заслонкой. С правой стороны в специальном отсеке расположен блок электроаппаратуры. На его лицевую панель отдельно для каждой секции выведено два пакетных переключателя для раздельного управления верхними и нижними тэнами. Лимбы терморегуляторов и сигнальные лампы, а также рукоятка поворота шиберной заслонки.

Пакетные переключатели изменяют мощность регулирования верхних и нижних тэнов в соотношении 4:2:1.

Терморегулятор поддерживает в автоматическом режиме заданную температуру секции. Сигнальные лампы визуально позволяют контролировать работу тэнов.

Для охлаждения электроаппаратуры в нижней части лицевой панели предусмотрены отверстия.

Работа шкафа осуществляется в два этапа: разогрев конструкции и приготовление продукта. Продолжительность разогрева шкафа составляет 45 минут. Конструкция шкафа разогревается от температуры окружающей среды (20 °C) до температуры примерно 350 °C.

Процесс приготовления мясопродуктов осуществляется в три этапа: загрузка противней с мясными полуфабрикатами, процесс термообработки и разгрузка. Противни в камеры устанавливают на направляющие и закрывают двери камер. При помещении полуфабриката в рабочую камеру, он нагревается как за счет теплопроводности непосредственно от дна противня, так и за счет соприкосновения с нагретым воздухом в шкафу, а также за счет лучистой энергии, испускаемой нагретыми стенками шкафа. По окончании жаренья тэны выключаются, и осуществляется разгрузка камер.

2.2 Описание электрической схемы шкафа

Аппарат работает от сети переменного тока напряжением 380 В (рисунок 2.00.000 ЭЗ).

Приготовление полуфабрикатов на противне в каждой секции осуществляется группами тэнов (три сверху и три снизу) Е1…Е12.

Включение аппарата производится тумблером терморегулятора В1…В2 и пакетными переключателями S1…S4. Включателем В1 замыкается цепь электропитания тэнов Е1….Е6, о чем сигнализируют лампы Н1 и Н2 (низ и верх шкафа соответственно). Включателем В2 замыкается цепь электропитания тэнов Е7….Е12, о чем сигнализируют лампы Н3 и Н4 (низ и верх шкафа соответственно).

Интенсивность работы электронагревателей регулируется установкой пакетных переключателей S1…S4 в положение 1, 2 или 3 соответствующее слабому, среднему или сильному нагреву.

2.3 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

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 рисунке 3.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Количество теплоты, затраченное соответственно при нестационарном QЗАТР, Дж, и стационарном режимах QЗАТР, Дж, определяется по формулам

(1)

(2)

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

Q5, Q5 - 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/(кгград);

t- конечная среднеобъемная температура бифштекса, С;

W -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/(кгград).

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

(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/(кгград), сИЗ = 921 Дж/(кгград), 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 парамеров (рисунок 3.2)

а- параметры трубки; б - параметры спирали.

Рисунок 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 трубки0,04м, [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)

Мкг.

Отсюда

q= Дж/кг.

Коэффициент полезного действия при стационарном режиме , определяем по формуле

(38)

Заключение

Заданием на курсовой проект по теме шкаф жарочный состояло в исследовании 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.

Проведя анализ вышеперечисленных способов приготовления бифштекса, мы выбрали целью курсового проекта жарочный шкаф.

Мы провели 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.

Мы исследовали 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.

Мы рассмотрели конструкции основных жарочно-пекарных аппаратов с естественным движением теплоносителя: ШЖЭ-0,85, ШЖЭ-0,85-01, ШЖЭ-0,51, ШЖЭ-0,51-01, ШЖЭСМ-2К, ШПЭСМ-3, ШЖЭ-3. Сравнили их главные характеристики и за базовый аппарат выбрали шкаф жарочный электрический секционно-модулируемый ШЖЭСМ-2, так как он обладает рядом преимуществ.

Далее мы привели описание конструкции и электрической схемы выбранного аппарата, технику безопасности и правила эксплуатации ШЖЭСМ-2.

Мы провели 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; рассчитали основные теплотехнические и эксплуатационные характеристики шкафа жарочного - удельный расход теплоты на единицу готовой продукции и коэффициент полезного действия.

Выполнив все исследования и расчеты, мы убедились, что верно выбрали для жарки бифштекса шкаф жарочный электрический ШЖЭСМ-2, так как продукт проходит необходимую тепловую обработку, максимально сохраняя свою пищевую ценность, и вместе с тем достигает желаемых органолептических показателей.

В свою очередь сам шкаф достаточно прост в эксплуатации, удобен при размещении, имеет не высокую стоимость и позволяет готовить большие партии продуктов, что делает его незаменимым на предприятии общественного питания.

Список использованных источников

1 Николаева Л.И., Рыжова Л.В. Основы технологии и организации производства продукции общественного питания: Учеб. пособие. - Екатеринбург: Изд-во Урал. гос. экон. Ун-та, 2005. - 76с.

2 Вышелесский А.Н. Тепловое оборудование предприятий общественного питания / А.Н. Вышелесский. - М.: Экономика, 1976. - 399с.

3 Беляев М. И. Оборудование предприятий общественного питания. Тепловое оборудование / М.И. Беляев. - М.: Экономика, 1990. - 559 с.

4 Технологическое оборудование предприятий общественного питания и торговли / Н.Г. Щеглов, К.Я. Гайворонский. - М.: Издательский дом «Деловая литература», 2001.- 480с.

5 Структура и правила оформления текстовых документов: Методические указания / В. З. Порцев Г. Ф. Фролова, И. Ф. Решетников; Уральск. гос. эконом. ун-т. - Екатеринбург: Изд-во Уральск. гос. эконом. ун-та, 2002. - 59с.

Размещено на Allbest.ru