Контрольные вопросы

1. Как определить количество теплоты, выделяющееся при конденса­ции влажного пара?

2. Дайте определение степени сухости влажного пара.

3. При каких значениях степени сухости на входе в аппарат и на вы­ходе из него расход пара минимальный?

4. Каково назначение конденсатоотводчика?

5. Как изменится расход пара, если его степень сухости на входе в аппарат уменьшится?

6. Каково назначение водоотделителя?

7. Определите удельную энтальпию пара при атмосферном давлении и степени влажности у = 0,2.

2.4. Испытание жарочных и пекарных шкафов

Жарочный шкаф представляет собой рабочую камеру в виде параллелепипеда с теп­лоизолированными стенками. В верхней и нижней зонах этой ка­меры (под сводом и над подом) размещены нагревательные эле­менты (воздушные тэны). Продукт, размещенный на двух против­нях, обогревается в результате свободной конвекции от нагретого воздуха, кондуктивно от противня и в большей степени благодаря инфракрасному излучению от стенок камеры и нагревательных элементов.

Качество тепловой обработки зависит от того, насколько тем­пература в камере соответствует температуре, требуемой техноло­гическим режимом, а также от того, какова степень равномернос­ти температурного поля внутри камеры. Равномерность темпера­турного поля (изотермичность) обусловливает идентичные условия обработки для различных порций, загружаемых одновре­менно в камеру.

К основным техническим характеристикам жарочных и пекар­ных шкафов относятся: вместимость рабочей камеры V (дм³); мощность Р (кВт), максимальная температура разогрева t_max (°С) и время разогрева до этой температуры τ (с).

Для электрических камер важными являются также следующие показатели: удельная объемная мощность W (кВт/м³), удельный расход электрической энергии на 1 кг продукта q_затр (кВт · ч/кг), а также соотношение мощностей на различных ступенях нагрева.

Испытание жарочных и пекарных шкафов

Цель работы: изучить конструкцию и правила эксплуатации жарочных и пекарных шкафов. Провести балансовые испытания и термометрирование рабочего объема секции электрического жарочного шкафа. В результате балансовых испытаний определить технические характеристики одной из камер.

Принципиальная схема экспериментального стенда по испытанию секции жарочного шкафа ШЖЭСМ-2 при­ведена на рис. 2.4.1.

Основа стенда – секция шкафа, в рабочей камере которой на проволочном каркасе размещены на трех уровнях горячие спаи термопар, по пять спаев термопар в каждом (рис. 2.4.1 б). Часть тер­мопар размещена на наружной стенке секции.

Верхняя и нижняя группы тэнов раздельно через пакетные переключатели мощности и комплект электроприборов К-505 включены в электрическую сеть переменного тока напряжением 220 В.

Электрическая схема секции жарочного шкафа по­казана на рис.2.4.2. Две группы тэнов, по четыре в каждой, включены в сеть через пакетные переключатели S1 и S2. Переключатели четырехпозиционные, на схеме каждое положение контактов отмечено соответ­ственно цифрами 0; 1; 2; 3.

В положении 0 все тэны отключены. В положении 1 пакетный переключатель обеспечивает последовательно- параллельную схе­му включения тэнов. При этом две группы тэнов, каждая из кото­рых состоит из двух тэнов, включенных параллельно, соединены последовательно, что обеспечивает 1/4 общей мощности.

В положении 2 включены только два тэна. При этом они со­единены между собой параллельно. Это обеспечивает включение 1/2 общей мощности.

В положении 3 все тэны включены параллельно и обеспечива­ют максимальную мощность.

Кроме пакетного переключателя, осуществляющего ступенча­тое регулирование мощности, схема включает терморегулятор прямого действия ТР-4К. Контакты его включены последователь­но с тэнами при любой схеме их соединения. Шкала терморегуля­тора имеет пределы регулирования от 100 до 350 °С. Термометр срабатывает от датчика манометрического типа. Прибор имеет три пары контактов В с общей разрывной мощностью 4,5 кВт.

а)

б)

Рис. 2.4.1. Принципиальная схема стенда по испытанию секции жарочного шкафа: а – экспериментальный стенд; б – схема размещения горячих спаев термопар; S1, S2 – пакет­ные переключатели термопар; F – выключатель

В период разогрева к шкафу подводится максимальная мощность, что позволяет сократить этот период и уменьшить энергозатраты. При обработке продукта в стационарный период в зави­симости от требований технологического режима устанавливают необходимую ступень мощности и верхний предел температуры по лимбу терморегулятора. Конструкцию шкафа изучают при непосредственном осмотре его. При этом измеряют размеры секции и рабочей камеры.

Рис. 2.4.2. Электрическая схема секции жарочного шкафа: SI, S2 – пакетные переключатели мощности; В – терморегулятор; ЕК1...ЕК8 – тэны; Rl, R2 – сопротивления; ELI, EL2 – сигнальные лампы

Максимальную мощность жарочных и пекарных шкафов определяют для периода разогрева. В этот период рабочую камеру продуктом не загружают. Уравне­ние теплового баланса в этом случае имеет вид

(2.4.1)

где Q_затр = Р; Р – суммарная мощность всех тэнов (как верхней, так и нижней групп), кВт;

(2.4.2)

где P_i – мощность каждой из фаз, кВт; Q₅ – мощность, компенсирующая потери теплоты ограждениями жарочной камеры в окружающую среду, кВт;

(2.4.3)

где α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м² · К);

α = 9,7 + 0,007 · (tСТ.СР - tВОЗД),

(2.4.4)

где F_CT – площадь наружных стенок жарочной камеры, м² (вычисляется по результа­там измерения габаритных размеров аппарата); t_СТ.СР – средняя по поверхности и за время разогрева температура наружных стенок, °С;

(2.4.5)

где t_i – соответствующая температура i-го элемента поверхности при времени, равном половине периода разогрева, °С; F_i – площадь i-го элемента наружных огражде­ний камеры, м²; Q₆ – мощность, пошедшая на разогрев жарочной камеры, кВт;

(2.4.6)

где М_ik – масса i-го элемента конструкции жарочной камеры, кг; с_ki, – удельная теп­лоемкость материала i-го элемента конструкции жарочной камеры, кДж/(кг · К); t_конi – t_начi = Δt – температурный перепад при нагреве i-го элемента конструкций жарочной камеры, °С; t_конi, t_начi – соответственно конечная и начальная темпера­туры i-го элемента конструкции жарочной камеры, °С; τ_раз – время разогрева жа­рочной камеры, с.

За время разогрева принимают такое время, в течение которого тем­пература воздуха в рабочей камере меняется от 20 до 300 °С при начальной температуре конструкции, равной 20 °С.

Среднюю температуру воздуха (°С) в жарочной камере опреде­ляют как среднеарифметическое значение показаний термопар:

(2.4.7)

где t_i – показание i-го спая термопар, расположенных в камере, °С; п – число спаев.

Максимальный перекос температурного поля (°С) в камере, ха­рактеризующий неравномерность:

(2.4.8)

Для стационарного периода работы камеры уравнение теплово­го баланса имеет вид

(2.4.9)

где Q_затр = Р_общ; Р_общ – суммарная мощность всех тэнов (как верхней, так и нижней групп), кВт;

(2.4.10)

Сумма мощностей по трем фазам измеряется комплектом из­мерительных приборов К-50 и зависит от положений пакетного переключателя.

Среднеэффективная мощность на стационарном режиме (кВт)

(2.4.11)

где ПВ – периодичность включения терморегулятора:

(2.4.12)

где τ_раб – время работы тэнов в цикле, с; τ_откл – время отключения тэнов в цикле, с. Q₁ – полезная тепловая нагрузка, кВт;

(2.4.13)

где М_вод – масса воды, загружаемой в рабочую камеру и имитирующей продукт, кг; с_вод – удельная теплоемкость воды; с_вод = 4,19 кДж/(кг·К); t_гор, t_хол – соответ­ственно конечная и начальная температуры нагреваемой воды, °С.

Q₅ – потери теплоты в окружающую среду, кВт; определяются по формулам (4.3, 4.4, 4.5), в которых значение t_СТ.СР берут для стационарного режима.

Удельная объемная мощность жарочной камеры (кВт/м³)

(2.4.14)

где Q_затр = P_mах – максимальная мощность, кВт; V – объем рабочей камеры, м³.

Коэффициент полезного действия:

(2.4.15)

Удельный расход энергии на нагрев воды в стационарном ре­жиме (кДж/кг):

(2.4.16)

где τ_раз – время нагрева воды, с.

При проведении работы соблюдают последовательность измерений:

- знакомятся с конструкцией секции жарочного шкафа. Измеря­ют размеры шкафа и рабочей камеры;

- проверяют наличие и надежность защитного заземления;

- измеряют температуру воздуха в помещении;

- переводят ручки пакетных переключателей в положение 3, обеспечивающее максимальную мощность, и устанавливают на лимбе терморегулятора ТР-4К максимальный уровень температу­ры (300 °С);

- подключают секцию шкафа к электрической сети; снимают показания комплекта электроизмерительных приборов К-50 по всем трем фазам;

- вычисляют время разогрева, пользуясь кривой времени разогрева;

- загружают в рабочую камеру противень с водой; последователь­но меняют массу воды в пределах от 1 до 3 кг;

- вычисляют перекос температур в камере как функцию нагрузки Δt_max= f(M_вод); строят график [формулы (2.4.7), (2.4.8)];

- определяют периодичность включения ПB терморегулятора при работе камеры без нагрузки как функцию ступени мощности;

- строят график ПВ=Л(Р_тах / Р_min);

- вычисляют составляющие уравнения теплового баланса в ре­жиме разогрева по формулам (2.4.1)...( 2.4.6);

- рассчитывают составляющие уравнения теплового баланса для стационарного режима работы, используя соотношения (2.4.10), (2.4.13) и (2.4.15);

- определяют удельную объемную мощность W по формуле (2.4.14), КПД по формуле (2.4.15), а удельный расход энергии по формуле (2.4.16). Удельный расход энергии находят для каждого случая загрузки камеры. Строят график зависимости τ = f(M_вод).

Сравнивают полученные характеристики с паспортными данным измерений. Данные измерений и расчетов запи­сывают в виде отчета.