Контрольные вопросы

1. Дайте сравнительную оценку чугунных и тэновых конфорок элект­роплит.

2. Какие требования предъявляют к тэнам, формирующим по­верхность конфорки электроплиты?

3. Как влияет температура поверхно­сти конфорки на КПД и надежность работы?

4. Перечислите требования, предъявляемые к наплитной посуде электроплит.

5. Какие конструктив­ные изменения конфорок электроплит позволят более эффективно уп­равлять технологическими процессами тепловой обработки продуктов?

2.8. Фритюрницы

Фритюрницы – специализированные теп­ловые аппараты, реализующие процесс жарки пищевых продуктов в большом количестве пищевого жира. В данной работе исследу­ется работа фритюрниц периодического действия. Процесс жарки пищевых продуктов во фритюрницах происхо­дит в большом количестве пищевого жира, нагретого до темпера­туры 160...180 °С. Недостаток работы фритюрницы состоит в том, что частички, отделяющиеся от пищевого продукта, надолго оста­ются в рабочей камере и способствуют интенсификации окисли­тельных процессов, которые ускоряют термическое разложение фритюра. По этой причине конструктивные решения фритюрниц периодического действия обеспечивают сбор провалившихся час­тичек пищевого продукта в специальном объеме с пониженной температурой – в холодной зоне. Стенки этой зоны представляют собой наклонные плоскости, направляющие частички пищи в специальный отстойник. Принципиальная схема рабочей каме­ры фритюрницы периодического действия показана на рис. 8.1. Теплогенерирующие элементы (тэны, газовые горел­ки) обогревают верхнюю часть рабочего объема камеры фри­тюрницы. В нижней части пищевой жир прогревается только посредством теплопроводности и охлаждается в результате теп­лообмена стенок с окружающей средой, что в итоге и обеспечи­вает снижение температуры пищевого жира, продлевая срок его использования.

Наибольшее число фритюрниц, находящихся в эксплуата­ции, имеет электрический нагрев. К основным техническим показателям их работы относятся объем ванны V_ф; мощность нагревателя Р; время разогрева τ_р; температура фритюра t_ф, тем­пературный перекос в рабочем объеме Δt_max.

Последний показа­тель предопределяет степень одновременной обработки пище­вых продуктов в различных точках фритюра и в итоге влияет на качество изделий.

Испытания фритюрниц

Цель работы: изучить принцип действия, технологическое на­значение, особенности конструкции и эксплуатации фритюрниц. Экспериментально определить технические показатели фритюрницы периодического действия.

Принципиальная схема стенда по испытанию фритюрниц приведена на рис. 2.8.1. Основа стенда – фритюрница, нагревательные элементы которой через комплект измери­тельных электроприборов и пускатель запитаны от трехфазной сети переменного тока с промышленной частотой 50 Гц. Для из­мерения температурного поля фритюра в режиме разогрева и хо­лостом стационарном режиме в рабочую камеру помещается груп­па спаев термопар, закрепленных на проволочном каркасе в соот­ветствии с рис. 2.8.1. При испытаниях под нагрузкой часть этого каркаса вынимают из рабочей камеры, оставляя часть спаев тер­мопар, расположенных в холодной зоне и на границе раздела го­рячей и холодной зоны.

Показания термопар внутри камеры регистрируются как фун­кция времени на ленте самопишущего потенциометра 2, а пока­зания термопар на поверхности ограждения фритюрниц – на ленте потенциометра 7. Для измерения массы фритюра и воды в калориметрирующей емкости используют весы. Параметры окружающей среды контролируются барометром и термометром.

Калориметрирующая емкость по форме и раз­мерам соответствует сетке – корзине, входящей в комплект аппарата. Однако высота ее несколь­ко больше, что позволяет избежать переливания жидкости во фритюр.

Для фритюрниц, как и для любых аппаратов периодического действия, характерны два режи­ма работы: режим разогрева и стационарный.

Период разогрева. Уравнение теплового баланса электрической фритюрницы для периода разогрева имеет вид

(2.8.1)

где – общая тепловая мощность, подводимая электронагревателями, Вт;

(2.8.2)

где I_Л – линейная сила тока трехфазной цепи, А; U_Л – линейное напряжение трехфаз­ной цепи, В.

– потери теплоты наружными стенками аппарата в окружающую среду в единицу времени, Вт;

Рис. 2.8.1. Принципиальная схема стенда по испытанию фритюрниц периодического действия: а – схема стенда; б – схема размещения термопар в рабочей зоне: 1, 2 – самопишущие потенциометры; 3 – барометр; 4 – термометр; 5 – весы; 6 – фритюрница; 7 – калориметрическая емкость; 8 – тэны; 9 – емкость для сбора масла; 10, 11 – горячие спаи термопар; 12 – комплект электроизмерительных приборов; 13 – электрический пускатель

(2.8.3)

где F – площадь поверхности наружных стенок фритюрницы, м² (вычисляется по данным прямых измерений); – температура окружающего воздуха, °С; – средняя по поверхности и по времени разогрева температура ограждений фритюрницы, °С;

(2.8.4)

где t_нач.ст – начальная температура ограждения, °С . Если разогрев аппарата происхо­дит от холодного состояния, то t_нач.ст= t_возд; t_кон.ст– конечная (средняя по поверхности) температура ограждения, °С;

(2.8.5)

где t_{кон.ст.i} – конечная температура i – го элемента поверхности ограждений, °С; F_f – площадь поверхности i – го элемента ограждений, м². Если при закреплении на на­ружных стенках аппарата спаев термопар стремиться к тому, чтобы площади учас­тков для измерений были одинаковы, т. е. F₁ = F₂ = F₃ = const, то в этом случае:

(2.8.6)

п – число точек измерения; – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² ∙ К);

(2.8.7)

затраты тепловой мощности на разогрев конструкции, Вт;

(2.8.8)

где M_i – масса i – го элемента конструкции (рабочей камеры, наружных стенок, крышки и др.), кг; с_i – удельная теплоемкость материала i – го элемента конст­рукции (см. прил. 4), Дж/(кг∙К); t_конi, t_начi – соответственно конечная и начальная температуры i – го элемента конструкции, °С; τ_раз – время разогрева аппарата, с.

Масса отдельных элементов задается преподавателем или оце­нивается по результатам прямых измерений геометрических раз­меров конструктивных элементов.

Температура отдельных элементов как функция времени регис­трируется на ленте самопишущего потенциометра.

Стационарный период работы. Для стационарного режима урав­нение теплового баланса записывается в виде

(2.8.9)

где общая мощность нагревателей; полезная тепловая нагрузка, Вт; Q₅ – потери теплоты стенками аппарата, Вт.

Испытания проводят по методу водяного эквивалента. В рабо­чую камеру помещают специальную емкость, заполненную водой, имитирующей пищевой продукт. Полезная тепловая на­грузка (Вт), таким образом, определяется по формуле

(2.8.10)

где М_вод – масса калориметрирующей воды (определяется взвешиванием), кг; с_вод – удельная теплоемкость воды (с = 4187 Дж/кг∙К); t_гор, t_хол – соответственно конечная и начальная температуры калориметрирующей жидкости, °С; τ_обр – вре­мя, за которое меняется температура калориметрирующей воды от t_гор до t_хол, с;

Потери теплоты стенками аппарата (Вт);

(2.8.11)

F – площадь наружных поверхностей, м²; – средняя по поверхности (ко­нечная по времени разогрева) температура, °С;

(2.8.12)

где – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²∙К):

(2.8.13)

Рассматриваемый период работы, когда в разогретый аппа­рат помещают продукт или его водяной эквивалент, лишь ус­ловно можно считать стационарным, так как в этом режиме по­стоянно меняется температура калориметрирующей жидкости и фритюра.

Важный технический показатель работы фритюрницы в этом режиме – падение температуры фритюра (°С) при загрузке водя­ного эквивалента:

(2.8.14)

где рабочая температура фритюра, которая достигается в результате разо­грева аппарата, °С; – минимальная температура фритюра, которая при­обретается в момент загрузки водяным эквивалентом.

Указанные температуры регистрируются самопишущим потен­циометром по показаниям горячих спаев термопар, размещенных внутри рабочей камеры.

Другой основной показатель работы фритюрницы – наиболь­ший температурный перекос на холостом ходу

(2.8.15)

где – соответственно максимальная и минимальная температуры фритюра в горячей зоне в момент выхода аппарата на стационарный режим без нагрузки, °С.

Коэффициент полезного действия аппарата (%)

(2.8.16)

Последовательность выполнения работы должна быть такой:

- изучить по учебнику конструкции и классификацию фритюрниц и сковород;

- начертить в тетради схему экспериментального стенда, идентифи­цируя ее элементы с реальными узлами стенда, изучить методику исследования;

- проверить надежность заземления и качество электрических соединений; определить размеры наружных стенок аппарата;

- включить тэны фритюрницы;

- измерить мощность электронагревателей, используя показа­ния электроизмерительных приборов [см. формулу (2.8.2)];

- определить время разогрева фритюрницы от начала нагрева до момента выхода температур на ста­бильные показатели t_i = const;

- зарисовывать в тетрадь зависимость t_i=f∙(τ_раз);

- вычислить составляющие уравнения теплового баланса для ре­жима разогрева по соотношениям (2.8.3)...( 2.8.8);

- записать уравнение (2.8.1) в числовом выражении; сравнить левую и правую части уравнения теплового баланса, вычислить не­вязку (при точном эксперименте она не должна превышать 10 %);

- используя график зависимости t_i=f∙(τ_раз), определить по фор­муле (8.15) наибольший температурный перекос во фритюре;

- при включенных нагревателях и самопишущих потенциомет­рах убедиться в окончании разогрева аппарата;

- заполнить на 3/4 калориметрирующую емкость водой и взве­шиванием определяют массу воды;

- освободить верхнюю часть рабочей камеры от проволочного каркаса с термопарами;

- поместить в рабочий объем аппарата сосуд с калориметрирующей жидкостью; в жидкость погрузить спай термопары или тер­мометр;

- провести нагрев при изменении температуры воды в пределах от t_возд до 50 °С;

- определить составляющие теплового баланса на стационарном режиме работы по формулам (8.9)...(8.13).

- вычислить по формуле (8.14) максимальное падение темпе­ратуры фритюра при загрузке;

- найти КПД фритюрницы по соотношению (8.16);

- определить перепад температур фритюра в горячей и холодной зонах рабочей камеры

(2.8.17)

где t_горi – температура в i – ой точке измерения в горячей зоне и t_холi – температура в i – ой точке измерения в холодной воде.

Резуль­таты измерений сводят в табл. 2.8.1. Основа для расчетов по термо­метрии – запись хода температур и представление их в виде графиков, изоб­раженных на рис. 2.8.3 а, б.

Таблица 2.8.1. Экспериментальные данные

п/п	Время эксперимента t, c	Температура стенок аппарата, °С				Температура фритюра, °С				Температура воды в калориметре, °С, tвод
		ст1	ст2	ст3	ст4	фр1	фр2	фр3	фр4
	Период разогрева Стационарный режим

Рис. 2.8.3. Характерное изменение температур фритюра: а – режим разогрева; б – стационарный режим