1. Построение и анализ экспериментальной температурной кривой замораживания картофеля полуфабриката для приготовления картофеля фри)

Результаты эксперимента представляют в табличном виде (таб. 5).

Таблица 5 – Температура в геометрическом центре брусочка картофеля в процессе замораживания

, с	0	20	37	70	168	225	340	457	614	628	654	680
, °С	15,0	8,0	3,0	-1,0	-1,2	-2,5	-3,1	-4,0	-6,0	-11,5	-12,7	-15,0

По данным таблицы 5 строят температурную кривую замораживания, как показано на рисунке 6.

Рисунок 6 – Экспериментальная температурная кривая замораживания брусочков картофеля

На температурной кривой замораживания картофеля указанным в задании способом выделяются три основных периода замораживания: 1- от начальной температуры 15 ºС до криоскопической – минус 1 ºС, длительность которого составила 70 секунд; 2-ой период – кристаллизации воды в составе тканей картофеля, который протекает при температуре, близкой к криоскопической (от минус 1 ºС до минус 6 ºС), и длится 544 секунды мин; 3-й период – переохлаждения замороженного картофеля до температуры минус 15 ºС, длительность этого периода составила 66 секунд.

2. Расчет теплофизических характеристик продукта в процессе замораживания

Рассчитывают теплофизические характеристики картофеля – удельную теплоемкость и коэффициент теплопроводности, используя формулы (8) и (13) соответственно:

кДж/(кг·К);

Вт/(м·К).

Для более точного расчета ТФХ замороженного картофеля следует применить эмпирические формулы, однако сначала необходимо рассчитать среднюю за процесс и среднеконечную температуру картофеля по формулам (16) и (15) соответственно.

Среднеконечная температура брусочков картофеля при замораживании составит

ºС.

Средняя за процесс температура составит

ºС.

Тогда удельная теплоемкость замороженного картофеля составит по формуле (12)

кДж/(кг·К).

Коэффициент теплопроводности замороженного картофеля составит по формуле (14)

Вт/(м·К).

Количество вымороженной воды рассчитывают по формуле (11), оно составит

.

3. Расчет экспериментального значения коэффициента теплоотдачи от охлаждающей среды к картофелю

Для расчета используют формулу Планка (25), (26) или (27) в зависимости от формы замораживаемого объекта. Поскольку форма брусочков картофеля приближается к пластине, то целесообразно применить для расчета формулу (26) – для расчета продолжительности замораживания тела в форме пластины.

После преобразований формулы Планка, коэффициент теплоотдачи , Вт/(м²К), можно рассчитать по формуле

, (45)

где - коэффициент теплопроводности замороженного картофеля, рассчитан в п. 2, и составляет 1,03 Вт/(м·К);

- плотность картофеля, составляет 1120 кг/м³;

- половина толщины брусочка замораживаемого картофеля, м (составляет 0,008/2= 0,004 м);

- продолжительность процесса замораживания картофеля, с, составляет согласно задания 680 с;

- криоскопическая температура картофеля, составляет минус 1 С;

- температура охлаждающей среды, С, составляет согласно задания минус 35 С;

- удельная теплота, отводимая от единицы массы замораживаемого тела, представляет собой тепловой эффект изотермического льдообразования, кДж/ кг, рассчитывается по формуле (39).

Тогда,

кДж/кг;

Вт/(м²К).

Сравнение полученного экспериментального значения коэффициента теплоотдачи с данными таблицы 2 показывает, что в качестве охлаждающей среды в эксперименте использовали циркулирующий воздух ( лежит в пределах от 13,4 до 29,0 Вт/(м²К)). Превышение расчетного значения над табличным может быть объяснено тем, что при замораживании использованы средства интенсификации процесса, в частности – замораживание проводилось в виброкипящем слое продукта.