Расчет водонагревателя электрического НЭ-1А

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

На предприятиях общественного питания для технологических и санитарно-технических целей используется горячая вода температурой 80…100°С.

Вода, прошедшая тепловую обработку, должна быть пастеризованной, т.е. такой, в которой уничтожены болезнетворные бактерии, а жизнедеятельность остальных микроорганизмов существенно подавлена.

Как известно, эффект пастеризации предопределяется температурой нагрева и продолжительностью выдержки воды при этом. Теоретически минимальная температура пастеризации составляет 63°С при выдержке 60 мин. На практике минимальная температура пастеризации составляет не менее 80°С при выдержке 15…20 с.

В кипяченой воде почти полностью уничтожаются содержащиеся в ней микроорганизмы, кроме споровых. Этот эффект достигается за счет нагрева до температуры кипения. Кипение же при атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) происходит при температуре 100°С и сопровождается активным парообразованием.

Кроме высоко эффекта пастеризации в результате кипячения вода приобретает ряд характерных свойств, к которым в первую очередь следует отнести: деаэрацию и дегазацию воды вследствие уменьшения растворяемости газов при повышенных температурах; умягчение воды при выделение солей кальция и магния, определяющих временную жесткость.

Эти изменения сказываются не только на физико-химических свойствах воды, но и на ее органолептических характеристиках: вода становится более безвкусной, теряет посторонние запахи.

В общественном питании кипяток и горячая вода используются на различные технологические и санитарно-технические нужды.

Горячая вода используется в основном для мойки продуктов, кухонной и столовой посуды, узлов и деталей оборудования, полов и т.д. Горячая вода требуется при выполнении таких технологических операций, как бланширование, ошпаривание, тепловая обработка овощей и картофеля, при варке каш, гарниров и др. Кипяченая вода (кипяток) используется в горячих цехах предприятий общественного питания в качестве основного компонента для приготовления всевозможных блюд и кулинарных изделий, для приготовления горячих напитков - чая, кофе, какао, а также сладких блюд - компотов, киселей, желе, муссов и т.д. Помимо технологических целей кипяток используется для стерилизации кухонной и столовой посуды, столовых приборов, инвентаря, тары и др. Ежедневно, в зависимости от мощности предприятия, расходуется от 400 до 2700 л кипятка и горячей воды.

Применение кипятка в технологических процессах позволяет сократить продолжительность процесса доведения изделий до кулинарной готовности и полнее сохранить биологически ценные вещества в продуктах. Например, при варке картофеля в холодной воде в нем разрушается 35 % аскорбиновой кислоты, а при варке в кипятке - всего лишь 7 %.

1. Технологическая часть

Большие потребности предприятий общественного питания в горячей воде и кипятке вызвали необходимость широкого внедрения на них различных видов водогрейного оборудования.

Водогрейное оборудование классифицируется по признакам:

- по виду получаемого конечного продукта (получение горячей воды, кипятка, совместно горячей воды и кипятка) - кипятильники, водонагреватели и кофеварки;

- по принципу действия - аппараты периодического и непрерывного действия;

- по виду энергоносителя - твердотопливные, жидкотопливные, газовые, электрические, паровые аппараты;

- конструктивному исполнению - настольные, напольные, цилиндрические, прямоугольные;

- конструкции нагревательных элементов - ТЭНовые, электродные, кожухотрубные, пластинчатые и т.д.

- по степени автоматизации - автоматизированные, полуавтоматизированные и неавтоматизированные аппараты;

- по специфическим условиям эксплуатации - судовое оборудование, оборудование для вагонов-ресторанов.

Водогрейное оборудование является одним из энергоемких видов тепловых аппаратов, поэтому повышение эффективности его работы, снижение расходов топливно-энергетических ресурсов по предприятию в целом в большей мере зависят от конструктивных особенностей используемого оборудования, рациональных режимов работы на нем и правил эксплуатации.

Водонагреватели предназначены для нагревания воды до температуры не выще 70°С (но не до кипения).

Водонагреватели по организационно-техническому признаку подразделяются на аппараты периодического и непрерывного действия.

Водонагреватели периодического действия (емкостные) представляют собой емкость, периодически заполняемую водой и опорожняемую по истечении времени, необходимого для нагревания воды до определенной (заданной) температуры.

В водонагревателях непрерывного действия (проточных) нагреваемая вода непрерывно протекает через аппарат.

1.1 Устройство и принцип действия водонагревателя электрического НЭ-1А

Водонагреватель используется для нагрева воды в посудомоечных машинах и как самостоятельный аппарат для непрерывного приготовления горячей воды с заданной температурой.

Водонагреватель представляет собой цилиндрический стальной резервуар, герметически закрывающийся крышкой. Внутри резервуара на крышке смонтированы ТЭНы. Резервуар установлен внутри предохранительного кожуха, выполненного из стали, покрытой снаружи светлой эмалью. Между кожухом и резервуаром проложена теплоизоляция (минеральная вата).

Для подачи в водонагреватель воды из водопроводной сети и разбора горячей воды резервуар снабжен двумя патрубками, один из которых находится в его нижней части, другой - в верхней части. На водонагревателе под съемным кожухом укреплен шкаф с пусковой аппаратурой и приборами автоматики. Автоматическое регулирование температуры воды осуществляется термосигиализатором ТС-100 и магнитным пускателем. Датчик термосигнализатора смонтирован на крышке вместе с тэнами, а его чувствительный патрон находится на верхней части водонагревателя.

Термосигнализатор имеет три стрелки - две задающие и одну указывающую. Задающие стрелки устанавливают на минимальную (желтую) и на максимальную (красную) температуру воды.

Запорная и регулирующая арматура установлена на трубопроводе холодной воды. Водонагреватель имеет защиту ТЭНов от «сухого хода». Во время работы аппарата вода в резервуаре нагревается и поднимается в его верхнюю часть. Объем воды увеличивается, но давление ее не повышается, поскольку горячей воде открыт выход через трубопровод. Когда температура воды в верхней, чисти резервуара достигает верхнего заданного предела, ТЭНы отключаются, а подача холодной воды в водонагреватель прекращается. При разборе горячей воды температура в резервуаре снижается и по достижении температуры нижнего заданного предела, ТЭНы включаются.

1.2 Техническая характеристика водонагревателя электрического НЭ-1А

Таблица 1 - Техническая характеристика водонагревателя электрического НЭ-1А

Показатели	Еденица измерения	НЭ-1А
Производительность при температуре поступающей воды не ниже 7 °С	дм3/ч	160
Емкость резервуара	дм3	33
Температура нагретой воды	°С	90-95
Мощность	кВт	18
Кпд	%	82,5
Количество тэнов	шт	9
Габариты: длина ширина высота	мм мм мм	605 385 675
Масса	кг	65
Напряжение	В	380/220
Ток	Гц	50

2. Расчетная часть

2.1 Расчет производительности аппарата

Работа кипятильников и водонагревателей характеризуется нормальной теоретической и действительной (технической) производительностью, удельной производительностью, удельным расходом энергоносителя, коэффициентом полезного действия аппарата (кпд), напряжением поверхности нагрева, металлоемкостью.

Производительность кипятильников и водонагревателей, при прочих равных условиях, зависит от температуры воды, поступающей в нагревательное устройство, и от температуры ее закипания, которая, в свою очередь, зависит от барометрического давления. В связи с этим при определении производительности водогрейных устройств введены понятия: нормальный кипяток и нормальная производительность, одновременно являющаяся и теоретический производительностью.

Нормальным кипятком условно принято называть воду, нагретую от 10 до 100 °С; при этом на нагрев 1 л воды затрачивается 337 кДж теплоты.

В технических расчетах кипятильников принято пользоваться нормальным кипятком и нормальной производительностью, а при расчетах водонагревателей - стандартной производительностью. Под нормальной (теоретической) производительностью кипятильника понимают количество нормального кипятка, полученного за 1 ч работы аппарата.

Под стандартной производительностью водонагревателя понимают количество нагретой воды от 10 до 90°С, при этом на нагрев 1 л воды затрачивается 335 кДж. Стандартная производительность водонагревателя определяется по формуле:

D_ст = D_дв [(t_к - t_н)/80],

где D_дв - действительная (техническая) производительность водонагревателя, л/ч;

t_к - конечная температура воды на выходе из водонагревателя, °С;

t_н - начальная температура воды на входе в водонагреватель, °С.

D_ст = 160 [(95 - 7)/80] = 176 л/ч.

Удельная производительность водонагревателя определяется по формуле:

D_в = D_дв /M_в,

где M_в - масса водонагревателя, кг.

D_в = 160/65 = 2,5 л/ч.

Удельная металлоемкость m, [кг/(кг/с)], водонагревателя характеризует совершенство конструкции аппарата и определяется по формуле:

m=,

где М-масса водонагревателя, кг;

D- нормальная производительность, кг/с.

m==1329,2 кг/(кг/с).

По технико-эксплуатационным показателям оцениваются конструктивные, эксплуатационные и экономические показатели водогрейных аппаратов.

2.2 Тепловые расчеты

Тепловой баланс аппарата

Для водонагрвателей непрерывного действия наиболее характерен стационарный режим работы, для которого уравнение теплового баланса имеет вид:

Q= Q+ Q+ Q,

где Q - полезная тепловая нагрузка, кВт;

Q - тепловая мощность пошедшая на испарение воды, кВт;

Q - потери в окружающую среду, кВт.

Расчет полезно используемой теплоты

Q = D_в * С *( t_к - t_н),

где

D_в - удельная производительность водонагревателя, л/ч;

С - удельная теплоемкость воды, кДж/ (кг*К);

t_к , t_н - соответственно температура воды на выходе и на входе, °С.

Q= 0,044*4,187*(95-7) = 16,3 кВт.

Тепловая мощность, пошедшая на испарение воды

Q = ,

где - масса испаренной влаги, кг;

r - удельная теплота парообразования, кДж/кг.

(удельная теплота парообразования воды 2260 кДж/кг)

- соответствующее время работы водонагревателя, с.

Q = =0,166 кДж.

Потери теплоты в окружающую среду

Q=0,001**F*(t-t),

где -коэффициент теплоотдачи, кВт/(м*К);

F=F-площадь наружных ограждений водонагревателя, м;

t-температура стенки аппарата, °С;

t- температура воздуха, °С.

=9,7+0,07*( t-t)

F=+,

где l - длина водонагревателя, м;

h - высота водонагревателя, м.

F==1,57 м

=9,7+0,07*(95-24) = 14,67

Q= 0,001*14,67*1,57*(95-24) = 1,64 кДж.

Тогда Q= 16,4 + 0,166 + 1,64 = 18,2 кДж.

Основные технические показатели работы водонагревателя

Коэффициент полезного действия

,

=0,9 %

Удельный расход теплоты на приготовление 1 кг воды q, (кДж/кг)

q=,

q== 372,19 кДж/кг

Расчет температуры стенок аппарата в конце разогрева при установившемся режиме работы теплового аппарата

Удельный поток от теплоносителя к стенке q, Вт/м² , рассчитывается по формуле

q = (0,46*t+ 40)

- средняя температура нагретой изолированной стенки, от которой исходит тепловой поток, єС.

q = (0,46*300 + 40) = 178 Вт/м²

Температуры стенок аппарата t_cт1, єС; t_cт2, єС; t_cт3, єС; t_к, єС определяются по формулам

t_cт1 =t₁ - q*

t_cт1 =320 - 178*=233 єС;

t_cт2 = t_cт1 - q*

t_cт2 = 233 - 178*=232,9 єС

t_cт3 = t_cт2 - q*;

t_cт3 = 232,9 - 178*=40 єС

t_к = t_cт3 - q*;

t_к = 40 - 178*=40 єС

Для проверки расчетов определяется температура теплоносителя t_cт1, єС по формуле:

t₁ = t₂ + q*(+++)

водонагреватель электрический теплоотдача расчет

t₁ =24+178*(+++) =310 єС

Расчет кинематического коэффициента теплоотдачи

Конденсация насыщенного пара на твердой поверхности происходит, если ее температура меньше температуры насыщения при данном давлении.

При конденсации водяного пара на вертикальной поверхности в условиях ламинарного движения конденсатной пленки и одинаковой температуры стенки по всей ее высоте Н коэффициент теплоотдачи от теплоносителя , Вт/( м*К) определяют по формуле

=0,943*=,

где А=5500+65*t-0,2*t,

t-температура конденсации пара, °С;

А=5500+65*143,62 -0,2*(151,85) = 10223,62

==17746,

Расчет мощности электронагревательных элементов

Электрическая мощность одного ТЭНа Р, Вт, определяется по формуле

Р= ,

где n- число ТЭНов в аппарате

Р==2000 Вт.

Расчет ТЭНа

Расчет ТЭНа сводится к определению геометрических размеров его рабочих элементов (длина ТЭНа, длина проволоки, длина спирали, плотности намотки) и их теплового режима (температура спирали и поверхности трубки).

Мощность ТЭНа Р, Вт, пропорциональна теплоотдающей поверхности трубки S, см, и ее удельной поверхностной мощности W, Вт/ см и рассчитывается по формуле Р = S*W.

Р = 280*7 =1960 Вт.

Активная длина трубки ТЭНа L, см, рассчитывается по формуле

L=,

где D-наружный диаметр трубки ТЭНа после опрессовки, принимаемый равным 1,4 см.

L= =63,7 см

Полная длина трубки с учетом части концевых стержней, находящихся в трубке ТЭНа L, мм рассчитывается по формуле

L = L+2 L,

где L - длина пассивных концов трубки, L50 мм.

L = 637 + 2*50 = 737 мм

Сопротивление спирали R, Ом, определяется по формуле: R =,

где U - напряжение сети, В.

R = =24,7 Ом

Длина проволоки спирали L, мм, определяется по формуле

R = ==,

L = ,

L = =11,28 мм

где d-диаметр проволоки спирали (принимается в пределах 0,5 мм для мощности Р= 800 до 1000 Вт и 0,8 мм для мощности от 2200 до 4000Вт);

-удельное сопротивление спирали при комнатной температуре =1,1 Ом* мм/м.

Длина витка спирали L, мм, определяется по формуле

L = 1,07**(d+2d),

где 1,07- коэффициент увеличения диаметра спирали при снятии со стержня;

d -диаметр стержня для намотки спирали.

L = 1,07*3,14*(0,4+2*0,8) = 6,72

Число витков спирали ТЭНа n, шт., определяется по формуле n = .

n ==1,672.

Расчет тепловой изоляции

Производится для определения минимальной толщины изоляционного слоя при заданной (допустимой по условиям эксплуатации) температуре на поверхности ограждения аппарата.

Расчет толщины изоляции

Для плоской изолируемой поверхности водонагревателя тепловой поток q, Вт/ м, определяется по формуле:

q=,

где t, t-температура греющей среды (пара) и окружающего воздуха, °С

- толщина i-ого слоя, через который проходит тепловой поток, м;

-коэффициент теплопроводности i-ого слоя, Вт/(м*°С).

Ввиду того, что термическое сопротивление теплоотдачи от горячей среды к стенке и термическое сопротивление металлической стенки изолируемого аппарата или паропровода очень малы по сравнению с термическим сопротивлением изоляции и сопротивлением теплоотдачи о наружной поверхности изоляции к окружающее среде, величинами и можно принебречь.

q ==187,7 Вт/ м

Толщина изоляции , м, подсчитывается по формуле:

=,

где t- температура наружной поверхности изоляции.

= =0,049 м

3. Организационная часть

3.1 Основные правила эксплуатации

Перед включением электрических водонагревателей необходимо проверить надежность соединения корпуса с заземляющим контуром. Водонагреватели периодического действия (однофазные) должны иметь трехполюсную розетку с заземляющим контактом.

Перед включением водонагревателя открывают водопроводный вентиль и проверяют, заполнен ли водонагреватель водой (для этой цели открывают один из водоразборных кранов, установленных на разводящей магистрали горячей воды, идущей от водонагревателя) и надежно ли соединен его корпус с заземляющим контуром. Места соединений проводов и шин должны быть плотно затянуты гайками, кроме того, не должно быть наложения одного провода на другой. Убедившись, что водонагреватель заполнен водой, его включают, оставляя открытым один из водоразборных кранов на разводящей магистрали горячей воды.

В процессе технического обслуживания электрод защиты от «сухого хода» очищают от накипи и контролируют продолжительность разогрева водонагревателя. При несоответствии данных водонагревателя его технической характеристики проверяют исправность ТЭНов и контактных соединений.

Неисправности имеющие место в процессе эксплуатации водонагревателей и способы их устранения приведены в таблице 2:

Таблица 2 - Возможные неисправности водонагревателей и способы их устранения

Неисправности	Вероятные причины	Способы устранения
При включенных рубильнике, тумблере и заполненном водой резервуаре сигнальная лампа не зажигается	Нет контакта лампы в патроне или она перегорела	Ввернуть лампу до предела или заменить лампу
При включенном водонагревателе вода не нагревается до заданной температуры (95°С)	Нарушен контакт проводки. Перегорели один или несколько тэнов	Проверить и исправить проводку или заменить перегоревшие тэны
Вода в нагревателе недостаточно горячая или кипит	Нарушение регулировки термосигнализатора	Отрегулировать термосигнализатор путем установки желтой и красной стрелок на требуемые пределы регулирования температуры
Время разогрева воды в нагревателе превышает норму	Поверхность тэнов покрыта слоем накипи	Очистить тэны от накипи

В своём курсовом проекте я рассматривала водонагреватель электрический НЭ-1А. Сделала его поверочный расчет. Это расчет производительности аппарата тепловые расчеты, расчет температуры стенок аппарата, кинетических коэффициентов, потерь тепла в окружающую среду, расчет тепла на нагрев аппарата и определение коэффициента полезного действия. Так же было рассмотрено указания мер безопасности и техническое обслуживании.

На данном тепловом аппарате я буду изготавливать «Желе из плодов или ягод свежих». Был произведен чертеж аппарата, а также разработана аппаратурно-технологическая схема изготовления «Желе из плодов или ягод свежих».

4. Описание технологической и аппаратурно-технологической схемы

4.1 Рецептура блюда

Рецептура желе из плодов или ягод свежих

Наименование	Ед. изм.	Вес брутто	Вес нетто	Вес нетто на 1 порцию (150 г)
Смородина черная	г	163,00	160,00	24,00
Земляника (садовая)	г	235,00	200,00	30,00
Вишня	г	235,00	200,00	30,00
Вода	г	760,00	760,00	114,00
Сахар	г	160,00	160,00	24,00
Желатин	г	30,00	30,00	4,50
Выход		-	1000	150,00

Технология приготовления и оформления блюда.

Желатин перед использованием заливают восьмикратным количеством охлажденной кипяченой воды и оставляют для набухания на 1-1,5 ч. При набухании желатин увеличивается в объеме и массе в 6-8 раз.

Из перебранных и промытых ягод отжимают сок и хранят его на холоде. Остывшую мезгу заливают горячей водой и варят 5-8 мин. Отвар процеживают, добавляют сахар, нагревают до кипения, удаляют с поверхности сиропа пену, затем добавляют подготовленный желатин, размешивают его до полного растворения, вновь доводят до кипения, процеживают.

В подготовленный сироп с желатином добавляют ягодный сок, разливают в порционные формочки и оставляют на холоде при температуре от 0 до 8°С в течение 1,5-2 ч для застывания.

Перед отпуском формочку с желе (на 2/3 объема) погружают на несколько секунд в горячую воду, слегка встряхивают и выкладывают желе в креманку или вазочку.

Отпускают желе по 100-150 г на порцию с соусом, сиропом плодовым или ягодным натуральным (по 20 г на порцию) или со взбитыми сливками (20-30 г на порцию) или подают кипяченое холодное молоко (100-150 г на порцию).

Желе должно быть прозрачным. Если оно получилось мутным, его осветляют яичным белком (242 г на 1000 г желе). Для этого белок, смешанный с равным количеством холодной воды, вливают в сироп и проваривают в течение 8-10 мин при слабом кипении. Осветленный сироп процеживают.

Список литературы

1. Белобородов В.В. Тепловое оборудование предприятий общественного питания / В.В. Белобородое, Л.И. Гордон. - М.: Экономика, 1983. - 304 с.

2. Гуляев В.А. Оборудование предприятий торговли и общественного питания: полный курс: Учебник / В.А. Гуляев. - М., 2002. - 543 с.

3. Кащенко В.Ф. Оборудование предприятий общественного питания: учеб. пособие для студентов образоват. учреждений сред. проф. образования /В. Ф. Кащенко, Р.В. Кащенко. - М.: Альфа-М, 2009.-410 с.

4. Могильный М.П. Оборудование предприятий общественного питания. Тепловое оборудование: [Учеб. пособие по специальности "Технология продуктов обществ. питания"] /М.П. Могильный, Т.В. Калашнова, А.Ю. Баласанян; Под ред. М.П. Могильного. - М.: Academia, 2004.-191 с.

5. Оборудование предприятий общественного питания: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности "Технология продуктов обществ. питания" направления подгот. "Технология продовольств. продуктов спец. назначения и обществ. питания": в 3 ч. Ч. 2: Тепловое оборудование / В.П. Кирпичников, М.И. Ботов. - М.: Academia, 2010.-489 с.

Приложение

Спецификация

Поз.	Обозначение	Наименование	Кол.	Примеч.
		Документация
	КР. 260501.17.000.СБ	Сборочный чертеж	1
	КР. 260501.17.000.ТХ	Схема	1
		Сборочные единицы
1		Водонагреватель	1
2		Датчик термосигнализатора	1
3		Термосигнализатор	1
4		Блок электроаппаратуры и автоматики	1
5		Съемная крышка	1
6		Кожух	1
		Детали
7		Патрубок для присоединения к водопроводу	1
8		Патрубок для отвода горячей воды	1
9		Сигнальная лампочка	1
10		Тэн	9
11		Крышка для крепления тэнов	1
		Материалы
12		Теплоизоляция
		Минеральная вата
		ГОСТ 4640-93

Размещено на Allbest.ru