Тепловой

3.2 Тепловой

 

3.2.1 Расчет теплового баланса

Для стационарного режима работы управление теплового баланса имеет вид:

Q_затр = Q₁+ Q₅+ Q_воз+ Q_прот, Дж(10)

где Q₁ – полезно затрачиваемое тепло, Дж;

Q₅ - потери тепла наружными ограждениями в окружающую среду, Дж;

Q_воз - потери тепла уносимые из аппарата воздухом, Дж;

Q_прот - потери тепла через противни шкафа, Дж.

Q₁ = m*с*(t_к- t_н), Дж(11)

где m – масса всех выпекаемых изделий, кг;

с – теплоёмкость продукта, с = 2,9 кДж\кг;

t_к,t_н - соответственно начальная и конечная температуры продукта.

Для пудингов сухарного и яблочного с орехами6

m = 26*0,3+32*0,3 = 17,4 кг

Q₁ = 17,4*29*(180-20) = 8073,6 кДж

Q₅ = Q₅^бок+ Q₅^кр, Дж(12)

где Q₅^бок, Q₅^кр – соответственно потери тепла через боковые стенки и крышку шкафа, Дж.

Считаем, что Q₅^кр ≈ 0, поскольку величина потерь через крышку аппарата не соизмерима с величиной Q₅^бок.

Q₅^бок = α^бок * F^бок * (t_к^бок - t_н^бок) * τ_р(13)

где α^бок – коэффициент теплопередачи от боковых стенок к окружающему воздуху, Вт\м²к;

F^бок – площадь поверхности боковых стенок, м²;

t_к^бок, t_н^бок – соответственно конечная и начальная температуры боковыхстенок шкафа, ⁰С;

τ_р – время разогрева шкафа, 35 мин.

α^бок = 9,74 + 0,07 * (95-25) = 14,64 Вт\м²к

F^бок = 2 * H * (L+B) = 2 * 0,35 * (0,575+0,535) = 0,78 м²

Q₅ = Q₅^бок = 14,64*0,78* (95-25)* 35*60 = 58,8*10⁶ Дж

Q_воз = m_воз * с_воз * (t_к^воз – t_н^воз), Дж (14)

где m_воз – масса воздуха, находящегося в секции жарочной камеры,кг;

с_воз – теплоемкость воздуха, с_воз – 1,31 Дж\кг;

t_к^воз, t_н^воз – конечеая и начальная теппература воздуха в жарочной камере, ⁰С.

m_воз = 0,2 * V * ρ_воз = 0,2*0,108*1,29 = 0,028 кг(15)

где ρ_воз – плотность воздуха, кг\м³.

Q_воз = 0,028*1,31*(300-25)= 10,1 кДж

Q_прот = m_прот* N* С_мет* (t_к- t_н), Дж(16)

где m_прот, N – масса и количество противней;

С_мет – теплоемкость металла, Дж\кг*к;

t_к, t_н – конечная и начальная температура противней, ⁰С.

m_прот =ρ_мет* V_мет, кг (17)

где ρ_мет, V_мет – плотность и объем металла

V_мет = L* В* δ, м³ (18)

где δ – толщина противня,м.

V_мет = 0,575*0,535*0,001 = 3,1*10^-4м³

m_прот = 7850*3,1*10^-4 = 2,4кг

Q_прот = 2,4*4*0,482*(180-25) = 717,2 кДж

Общий расход тепла составит:

Q_затр = 8073,6+58800+10,1+717,2 = 67600,9 кДж

3.2.2 Мощность жарочного шкафа

Р_расч = Q_затр\τ_р = 67600,9\35*60 = 3,22 кВт (19)

Р_расч‹Р_ном = 9,2 кВт

3.2.3 Тепловой КПД шкафа

η = (Р_расч\ Р_ном) * 100 = (3,22\9,2)*100=35,0%(20)

3.3 Конструктивный

3.3.1 Расчет ТЭНов

Мощность одного ТЭНа:

Р₁ = Р\n = 9,2\2 = 4,6 кВт(21)

где n – число ТЭНов.

Длина активной части трубки после опрессовки

L_а = P\П* D*W_m = 4600\0,035*5*10⁴*3,14 = 0,83 м (22)

где Р = Q\τ

где Q- тепло подводимое к аппарату;

τ – время приготовления продукта;

D – наружный диаметр трубки ТЭНа; D = 0,012м;

W_m - удельная тепловая мощность, которая состовляет 5*10⁴ Вт\м

Длина активной части ТЭНа до опрессовки

L_ао = Р\γ (23)

где γ – коэффициент удлинения трубки после опрессовки, γ = 1,15

L_ао = 4600\1,15 = 4000

Полная длина трубки ТЭНа после опрессовки

L_пол = L_ао +2* L_n,(24)

где L_n = длина пассивных концов трубки ТЭНа: L_n = 0,04-0,05м

L_пол = 4000+2*0,05 = 4000,1м

Электрическое сопротивление проволоки ТЭНа после опрессовки

R = U²\ P(25)

где U = 220В – напряжение сети,В

R = 220²\4600 = 10,5 Ом

Сопротивление проволоки ТЭНа до опрессовки

R₀ = R*a_r(26)

где a_r – коэффициент измерения электрического сопротивления проволоки, a_r = 1,3.

R₀ = ρ * (1\s) = 4П*1\П * d²(27)

где ρ – удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре;

ρ = ρ₂₀* [1+ α(t-20)], Ом

α – температурный коэффициент сопротивления;

1 – активная длина проволоки,м;

s – сечение проволоки, м²; t = 1100⁰С.

R₀ = 1,3*10,5 = 13,65 Ом

1 = П*d² * R₀\ 4П = 12²*13,65\4 = 5*10³м

Длина одного ветка спирали

1_в = 1,07*П*(d_ст+ d)(28)

где 1,07 – коэффициент, учитывающий пружинность спирали;

d_ст – диаметр стержня для навивки спирали, d_ст = 4*10^-3м.

Число витков спирали

m= 1\1_в (29)

Расстояние между ветками

а = L_a-m*d\m, м(30)

Коэффициент шага спирали

К= L_а\ m* d (31)

Требуемое количество проволоки для 1 элемента ТЭНа с учетом навивки по 20 витков

L_потр = 1+2*20*1_в(32)

ρ = 1,5*10^-4 [1+5*10⁴ (1100-20)] =8101,5 Ом*м

1_в = 1,07*3,14*(4*10^-3+1,2*10^-3)=0,0017м

а = (0,83+2940*0,0012)\2940 = 0,0015

К = 0,83\2940*0,0012 = 0,025

L_потр = 5000+2*20*0,0017 = 5000,07м