Оценка эффективности работы тепловых аппаратов

Работа тепловых аппаратов характеризуется рядом технико-экономических и эксплуатационных показателей, по которым можно проводить сравнение совершенства их конструкций. В большинстве своем эти показатели являются относительными.

К основным показателям относятся: коэффициент использования; производительность; коэффициент полезного действия (кпд); удельный расход теплоты; удельная металлоемкость; тепловое напряжение поверхности нагрева.

Коэффициент использования теплового аппарата определяется из выражения:

- непрерывного действия:

, (7.3)

- для аппаратов периодического действия:

, (7.4)

где φ – коэффициент использования; τ_раб – продолжительность работы аппарата в смену, ч; τ_i – продолжительность работы аппарата для одной загрузки, ч; n_i – количество загрузок аппарата в смену, раз;

τ; – продолжительность одной смены, ч.

 

При этом продолжительность работы аппарата для одной загрузки включает время, необходимое на загрузку, тепловую обработку, выгрузку и мойку аппарата.

Чем выше коэффициент использования аппарата, тем эффективнее он используется на предприятии.

Важнейшим показателем работы тепловых аппаратов является их производительность. Под производительностью понимается количество продукции, вырабатываемой аппаратом в единицу времени.

Для аппаратов периодического действия производительность рассчитывается по формуле:

, (7.5)

где Q_Т – производительность аппарата, кг/ч; G – масса единовременно загруженных продуктов, кг; τ₃ – продолжительность загрузки, с; τ_обр – продолжительность тепловой обработки, с; τ_в – продолжительность выгрузки аппарата, с.

 

Тепловые аппараты периодического действия часто характеризуют не по производительности, а по их основному параметру – объему рабочей камеры, площади жарочной поверхности и др.

Для тепловых аппаратов непрерывного действия, в которых вырабатывается штучная или порционная продукция, расчет производительности проводят по формуле:

, (7.6)

где Q_Т – количество продукции, выпускаемой за цикл, шт.; τ_дв – продолжительность движения транспорта между циклами; τ_ост – продолжительность остановки, с.

 

Для аппаратов, вырабатывающих продукцию непрерывно, объемная производительность рассчитывается по формуле:

, (7.7)

где F – поперечное сечение продуктов потока, м²; v – скорость движения потока, м/ч; L – длина рабочей камеры, м; V_p – вместимость рабочей камеры, м³; τ; – продолжительность технологического цикла аппаратов, ч.

 

Коэффициент полезного действия теплового аппарата – это отношение полезно используемой теплоты Q₁ ко всей затраченной Q_затр:

(7.8)

 

Полезно используемая теплота – это теплота, которая расходуется непосредственно на приготовление пищи. Чем выше кпд аппарата, тем более совершенен. Основной путь увеличения кпд – уменьшить потери теплоты за счет лучшего сжигания топлива, сокращения потерь теплоты в окружающую среду и на разогрев конструкции самого аппарата.

Удельным расходом теплоты называется количество теплоты, расходуемой на единицу готовой продукции:

, (7.9)

где q – удельный расход теплоты, Дж/кг; G_г.пр – масса (количество) готовой продукции, кг (шт).

 

Чем меньше удельные расходы теплоты, тем совершеннее конструкция аппарата.

Удельная металлоемкость аппарата характеризуется расходом металла на единицу характерного параметра аппарата (объема или площади):

m = M / V₀; m = M / F₀ (7.10)

где m – удельная металлоемкость; M – масса металлоконструкции аппарата, кг; V₀ – объем рабочей камеры, м³; F₀ – площадь рабочей (жарочной) поверхности, м².

 

Для аппаратов непрерывного действия металлоемкость может характеризоваться удельной производительностью, т.е. производительность, отнесенной к массе металлоконструкций:

q = Q_Т / М (7.11)

 

Энергетическим показателем, характеризующим тепловой аппарат, является тепловое напряжение поверхности нагрева:

T = Q_затр / F_н · τ, (7.12)

где Т – тепловое напряжение поверхности нагрева, Вт/м²; F_н – площадь поверхности нагрева, м²; τ; – продолжительность работы аппарата, с.

 

Цель расчета - определение поверхности теплообмена и конструктивных размеров аппарата. В этом случае предварительно выбирают конструкцию аппарата, а затем с помощью теплового расчета определяют площадь по­верхности теплообмена, конструктивные размеры этой поверхности и основ­ных элементов аппарата. Расчет включает также гидравличе­ский и механический (прочностной) расчеты аппарата.

Для теплового расчета аппаратов основными рас­четными уравнениями являются уравнения теплопередачи и теплового баланса. Основное уравнение теплопередачи:

Q = KFDt_cp; (7.13)

где Q - тепловая нагрузка аппарата, Вт; К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К); F - поверхность теплоотдачи, м2; Δtcp - средняя разность температур (движущая сила теплообмена).

 

Общий вид уравнения теплового баланса:

Q = åQ_пол + åQ_пот; (7.14)

где Q - количество подведенной теплоты в аппарате, Вт, åQ_пол - сумма составляющих полезно используемой теплоты, Вт; åQ_пот - суммарные потери теплоты в аппарате, Вт

Уравнение теплопередачи (7.13) отражает тепловой процесс односторонне, показывая лишь теплоту, прошедшую через поверхность нагрева аппарата. Уравнение теплового баланса (7.14) показывает равенство прихода и расхода те­плоты в аппарате, выражая известный закон сохранения энергии.

Работа любого теплового аппарата как периодического, так и непрерывного действия состоит из периода разогрева и стационарного периода. Период разогрева характеризуется ростом температур отдельных элементов аппарата до какого-то определенного постоянного значения, стационарный период отра­жает работу аппарата при постоянной температуре всех элементов. В связи с этим тепловой баланс аппарата составляют на нестационарный режим работы и на стационарный режим.

 

Вопросы и тесты для самопроверки

Вопросы

1. Какие способы тепловой обработки пищевых продуктов имеют ме­сто на предприятиях общественного питания?

2. Как классифицируется объемные способы тепловой обработки?

3. Что такое комбинированный способ тепловой обработки пищевых продуктов?

4. Для какой цели применяется индексация теплового оборудования?

5. Для какой цели применяется классификация теплового оборудования?

6. Перечислите источники тепловой энергии для пищевых аппаратов.

7. В чем отличие теплоносителей в применяемых в пищевых аппаратах.

 

Тесты

1. В чем особенность поверхностного способа тепловой обработки продукта? 1) прогрев продукта изнутри; 2) предварительный прогрев продукта; 3) противоположная направленность градиентов температуры и влаги из продукта; 4) одинак овая направленность градиентов температуры и влаги из продукта.

2. В чем особенность инфракрасного нагрева продуктов питания?

1) интенсивный прогрев продукта на значительную глубину; 2) нагрев продукта с поверхности; 3) высокая температура их нагрева; 4) Наличие в продукте твердых образований.

3. В чем особенность СВЧ нагрева продукта: 1) высокая скорость и глубина проникновения СВЧ нагрева в продукт; 2) наличие корочки на поверхности продукта; 3) высокая развариваемость продукта; 4) значительные тепловые затраты.

4. В чем особенность ЭК нагрева продукта? 1) возможность быстрого повышения температуры продукта по всему объему; 2) высокие тепловые затраты; 3) значительно дорогостоящее обслуживание; 4) возможно пригорание продукта.

5. В чем сущность комбинированного способа тепловой обработки продукта? 1) улучшении качества обрабатываемого продукта и списание тепловых затрат; 2) уменьшение габаритов тепловых аппаратов; 3) повышение производительности оборудования; 4) увеличение доли ручного труда в производстве.

6. С какой целью проводится индексация теплового оборудования:

1) определить цену теплового оборудования; 2) определить габаритные размеры оборудования; 3) определить состав теплового оборудования; 4) Дает представление о назначении, энергоносителя, размера и особенностях конструкции.

7. Какое количество источников тепловой энергии применяется в тепловых аппаратах? 1) один; 2) пять; 3) четыре; 4) семь.

8. С какой целью используется вода в тепловых процессах? 1) как греющая среда; 2) для непосредственного нагрева пищевых продуктов; 3) как греющая среда и составная часть продукта; 4) для разморащивания продуктов.