Лекция
Тема: ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОВОМ ОБОРУДОВАНИИ
1. Основные способы передачи тепла
2. Источники тепловой энергии
3. Класификация теплового оборудования.
4. Общие сведения о секционно-модульном оборудовании.
5. Конструктивные узлы тепловых аппаратов.
ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА
Теплообмен
| В |
се процессы, протекающие в тепловых кухонных аппаратах, сопровождаются теплообменом. Он происходит между телами, находящимися в установившемся (стационарном) режиме, — жарочная поверхность, ТЭНы и т.п., где температура в каждой точке остается неизменной с течением времени, и телами в неустановившемся (нестационарном) режиме — приготовляемым продуктом.
Теплопередача — процесс переноса тепла внутри тела или от одного тела к другому, обусловленный разностью температур и являющийся способом изменения внутренней энергии тела. Интенсивность переноса тепла зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется физическим и химическим законам.
Существуют три основных способа передачи тепла: теплопроводность (кондукция), конвекция и излучение.
Теплопроводность — вид теплопередачи, при котором передача тепловой энергии происходит при непосредственном соприкосновении отдельных тел, имеющих различные температуры. В процессе приготовления мельчайшие частицы тела (молекулы) с более высокой температурой, то есть имеющие большую кинетическую энергию при соприкосновении с частицами с меньшей температурой, отдают им свою энергию, а последние ее воспринимают. Иначе процесс можно описать так. Молекулы горячего тела (жарочной поверхности) находятся в интенсивном колебательном движении ("возбуждении"). На поверхность помещается холодный продукт, то есть тело, молекулы которого находятся в относительном покое. При соприкосновении тел молекулы жарочной поверхности передают энергию движения молекулам продукта, "разгоняют" их. Это и есть эффект теплопередачи.
Конвекция — перенос тепла от источника (например, ТЭНа) потоком жидкости или газа ("телом-посредником"). В сущности, конвекционный метод теплопередачи — это усложненный вариант предыдущего, кондукционного. Его использование объясняется более равномерной передачей тепла, поскольку горячая жидкость (газ) "омывает" продукт одновременно со всех сторон практически с равной эффективностью. Существует два вида конвекции: свободная (естественная), возникающая из-за разности плотности среды, и вынужденная (принудительная), проходящая под действием работы вентиляторов или насосов.
Излучение — процесс передачи тепла от одного тела к другому, осуществляемый в результате превращения внутренней энергии вещества в энергию излучения. Все тела при определенных температурах обладают способностью испускать лучистую энергию, которая, попадая на поверхность другого тела, частично или почти полностью им поглощается, а частично отражается. В результате этого процесса тело — приемник энергии нагревается. Поскольку излучение имеет электромагнитную природу, то в зависимости от длины излучаемых волн проявляются различные свойства энергии.
В связи с этим различают рентгеновские, ультрафиолетовые, световые, гамма- и инфракрасные лучи. Лучистый теплообмен отличается от кондукции и конвекции тем, что тепло в этом случае может передаваться через вакуум. Сходство же его с другими способами теплопередачи в том, что он тоже обусловлен разностью температур.
В реальных условиях имеет место сложный теплообмен, при котором передача тепла представляет собой совокупность одновременно протекающих процессов теплопроводности, конвективного переноса тепла и излучения. Например, продукты в жарочном шкафу нагреваются за счет теплопроводности от дна посуды, в которую они помещены, за счет лучистой энергии от нагретых стенок шкафа, а также за счет конвекции в виде нагретого воздуха, циркулирующего по камере.
Теплоносители
| В |
се теплоносители, используемые на предприятиях общественного питания, в зависимости от класса оборудования можно отнести к одной из трех групп:
§ для непосредственного контакта с продуктами (вода, водяной пар, жир, влажный воздух);
§ для обогрева продуктов через поверхность нагрева (вода, водяной пар, продукты сгорания топлива);
§ промежуточные теплоносители для передачи теплоты от источника тепла к пищевым продуктам (вода, водяной пар, высокотемпературные органические теплоносители, минеральные масла).
Благодаря промежуточным теплоносителям снижается вероятность подгорания продуктов и ограничивается температура в зоне контакта пищевых продуктов с греющей поверхностью.
Выбор теплоносителя зависит от назначения теплового аппарата и условий его эксплуатации. В варочных аппаратах при температурах не более 130°С используются низкотемпературные теплоносители — вода и водяной пар, а такие высокотемпературные теплоносители, как минеральные масла и продукты сгорания топлива, необходимы для косвенного обогрева жарочных аппаратов, где они работают при температурах до 300°С.
ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ
Электронагреватели
В зависимости от технологии приготовления пищи в рабочих камерах тепловых аппаратов могут использоваться следующие разновидности электронагревателей:
§ жидкостные и резистивные нагреватели, преобразующие электроэнергию в тепловую при прохождении электрического тока соответственно через жидкости и металлические проводники;
§ ИК-генераторы, преобразующие электроэнергию в электромагнитную энергию;
§ СВЧ-генераторы и индукторы, преобразующие электроэнергию в электромагнитные волны.
Резистивные электронагреватели
Электронагреватели с металлическим сопротивлением (резистивные) непосредственно преобразуют электрическую энергию в тепловую и по своему конструктивному оформлению подразделяются на:
§ закрытые (с доступом воздуха к спирали);
§ герметически закрытые (без доступа воздуха к спирали).
Открытые нагреватели представляют собой спираль, уложенную в канавки керамических плиток, подвешенную на фарфоровых изоляторах или заключенную в керамические бусы.
Преимущества открытых нагревателей:
§ простота изготовления;
§ удобство замены спирали;
§ малая тепловая инерция;
§ высокий КПД.
Недостатки открытых нагревателей:
§ малый срок службы из-за возможного попадания жидкостей на поверхность и постоянного контакта с кислородом воздуха;
§ возможность внешнего механического повреждения и межвитковых замыканий при удлинении спирали в нагретом состоянии;
§ повышенная опасность поражения током и пожароопасность.
Закрытые электронагреватели представляют собой спираль, запрессованную в изоляционный материал, имеющий высокую теплопроводность. Эта разновидность электронагревателей используется в чугунных конфорках электроплит, которые с внутренней стороны имеют спирально расположенные каналы, в них запрессовывается спираль, изготовленная из нихромовой проволоки.
Преимущества закрытых нагревательных элементов:
§ высокая надежность;
§ долговечность.
Недостатки закрытых Нагревательных элементов:
§ необходимость использования посуды только с утолщенным дном для обеспечения хорошего контакта с поверхностью конфорки;
§ быстрый перегрев поверхности конфорки;
§ постоянный контакт спирали с кислородом приводит к уменьшению диаметра спирали нихромовой проволоки и снижению рабочего ресурса.
Ограниченное применение в наши дни тепловых аппаратов с открытыми и закрытыми нагревателями объясняется, как следует из технических характеристик, взаимодействием нагретых спиралей с воздухом, что вызывает их окисление при высоких температурах и сокращает срок службы.
Поэтому наиболее широкое применение в тепловой технике нашли герметичные элементы, среди которых более популярны трубчатые электронагреватели (ТЭНы). Спирали ТЭНов чаще всего изготовляют из сплава никеля с хромом (нихром), который механически прочен в нагретом состоянии и допускает высокие температуры нагрева. Концы спирали плотно навивают на контактные стержни из нержавеющей стали. Для предотвращения проникновения влаги внутрь трубки торцы ТЭНов обрабатывают герметиком. В качестве электроизоляторов используются периклаз, кварцевый песок, шамот. Преимущества ТЭНов:
§ большой срок службы;
§ высокая защищенность спирали;
§ удобство монтажа и замены;
§ возможность изготовления сложной геометрической формы.
Недостаток ТЭНов:
§ невозможность проведения ремонта.