Расчетная часть проекта

3. Расчетная часть проекта

3.1 Тепловой баланс

Тепловая мощность аппарата Q_затр, Q’_затр, Вт, составляет

Q_затр=Q₁+Q₅+Q_6,(1.0)

Q’_затр=Q’₁+Q’_5,(1.1)

Где Q_затр и Q’_затр – тепловая мощность аппарата в период разогрева и при стационарном режиме, Вт;

Q₁, Q’₁ – полезно используемая тепловая мощность для нагрева продукта до температуры кипения и его варку, Вт;

Q₅ и Q’₅ – потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла и при стационарном режиме, Вт;

Q₆ – расход тепла на нагрев конструкции котла и нагрев воды в парогенераторе и пароводяной рубашке, Вт;

Полезно используемая тепловую мощность определяем по формуле

Q₁=(G_в× (t_к-t_н)+∆W×r)/τ ,(1.2)

Q’₁=(∆W_исп r)/ τ’,(1.3)

гдеG_в – количество нагреваемой воды, кг;

с_в – теплоемкость воды, Дж/кг*К;

t_к – конечная температура воды, С;

t_н – начальная температура заливаемой воды в котел, С;

∆W_исп и ∆W – количество пара, ушедшего через неплотности в атмосферу в период разогрева и в период кипения при варке; r – теплота парообразования воды, Дж/кг;

τ – время разогрева, с;

τ’ – время термообработки, с;

Количество нагреваемой воды определяем по формуле

G_в=V×k×g/1000,(1.4)

гдеV – объем варочного сосуда, л;

K – коэффициент заполнения котла, К=0,85…0,9; g – плотность воды;

G_в=60×0.85×1000/1000=51 кг,

Q₁=(51×4180×(100-20)+2×2257600)=21569,6 кДж,

Q’₁=2×2257600=4515,2 кДж.

Потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве котла определяем по формуле

Q₅= ∑ λι ×F ι(t_nι – t₀)*τ, (1.5)

где λι – коэффициент теплоотдачи от поверхности ι – го элемента в окружающею среду, Вт/м² К;

F ι – площадь поверхности ι – го элемента, м²;

t_nι – средняя температура поверхности ι – го элемента за время разогрева от начальной температуры до температуры кипения, К;

Q₅=(0,78×11,51(45-20)+1,4×10,63(32,5-20))×3600=(224,4+186,025)×3600=1477,53 кДж.

Потери тепла в окружающую среду наружными поверхностями при разогреве при стационарном режиме определяем по формуле

Q’₅= ∑ λ’ι ×F ι(t_nι – t₀)*τ’,(1.6)

где λ’ι – коэффициент теплоотдачи от поверхности ι – го элемента в окружающею среду, Вт/м² К;

F ι – площадь поверхности ι – го элемента, м²;

 t_nι – средняя температура поверхности ι – го элемента за время разогрева от начальной температуры до температуры кипения, К;

Q’₅=(0,78×13,28(70-20)+1,4×11,51(45-20)×1800)=1657,3 кДж.

Расход тепла на нагрев конструкции котла и нагрев воды в парогенераторе и пароводяной рубашке определяем по формуле

Q₆= ∑Мι ×сι (t^к – t^н),(1.7)

гдеМι – масса ι – го элемента металлоконструкции, кг;

сι – теплоемкость ι – го элемента, Дж/кг*К;

∆t – разность конечной и начальной температур ι – го элемента;

Q₆=(80×461(83-20)+10×921(85-20)+10×4187(110-20))=2323440+598650+3768300=6690,3 кДж.

К расчету принимаем Q₁=21569,6 кДж (1.2, с. 16), Q₅=1477,53 кДж (1.5, с. 16), Q₆=6690,3 кДж(1.7, с. 17)

Q_затр=21569,6+1477,53+6690,3=29737,4 кДж,

К расчету принимаем Q’₁=4515,2 кДж (1.4, с. 16), Q’₅=1657,3 кДж (1.6, с. 17),

Q’_затр=4515,2+1657,3=6172,5 кДж.

3.2 Расчет Тэнов

Порядок расчета ТЭНа выполняется в три этапа:

─ определение размера трубки;

─ расчет размера проволоки;

─ определение размеров спирали.

Длина активной части трубки ТЭНа L_А, м, составляет

L_А=P/(π×D_т×W_т),(2.1)

где D_т – диаметр трубки ТЭНа, м.

L_А=3000/3,14×0,016×10⁵=0,59 м.

Длина активной части трубки ТЭНа L_AO,м, после опрессовки составляет

L_AO= L_А / φ,(2.2)

где φ – коэффициент удлинения трубки в результате опрессовки, φ=1,15.

L_AO= 0,59/1,15=0,51 м,

Полную развернутую длину трубки после опрессовки L_Т,м, определяем по формуле

L_Т=L_А+2L_п,(2.3)

где L_п – длина пассивного конца трубки ТЭНа, м.

L_Т=0,59+2×0,1=0,79 м,

Электрическое сопротивление проволоки тэна R, Ом, после опрессовки составляет

R=U²/P,(2.4)

гдеU – напряжение сети, В;

P – мощность одного тэна, Вт.

R=380²/3000=144400/3000=48,1 Ом,

Электрическое сопротивление проволоки тэна R₀, Ом, до опрессовки составляет

R₀ = λ_r×R,(2.5)

где λ_r – коэффициент изменения сопротивления проволоки в результате опрессовки, λ_r =1,3.

R₀= 1,3×48,1=62,53 Ом,

Удельное сопротивление проволоки g_t,Ом*м, при рабочей температуре определяем по формуле

g_t= g₂₀  (1+ λ(t-20)),(2.6)

где g₂₀ - удельное сопротивление проволоки при рабочей температуре 20 C, Ом*м;

λ – температурный коэффициент, учитывающий изменение удельного сопротивления проволоки при изменении температуры, град^-1;

t – рабочая температура проволоки, С.

g_t= 1,10×10^-6 (1+0,14*10^-3(950-20))=1,24*10^-6 Ом*м,

Диаметр проволоки ТЭН d, м, определяем по формуле

d= ³√(4g_t ×P² / π² W_п U²),(2.7)

гдеd – диаметр проволоки ТЭН, м.

d= ³√(4*1,24*10^-6 (3000)² )/(9,8*18*10⁴ (380)²)=0,00055 м,

Принимаем d=0,0006 м,

Определяем длину проволоки ТЭН L_пр,м, из выражения

L_пр=0,785× R₀×d²_пр / g_т,(2.8)

где L_пр – длина проволоки ТЭНа.

l_пр= 0,785×62,53×(0,0006)²/1,24×10^-6=11,7 м

Проверяем значение фактической удельной поверхностной мощности на проволоке из выражения

W_пф=P/ π d_пр l_пр ,(2.9)

W_пф=3000/3,14×0,0006*11,7=136098 Вт/м².

Длину одного витка спирали l_в, м, определяем по формуле

l_в=1,07* π (d_c +d_пр),(2.10)

где1,07 – коэффициент увеличения диаметра спирали после снятия ее со стержня намотки.

d_c – диаметр стержня намотки, м, выбирают из конструктивных соображений d_c=0,003…0,006 м.

l_в=1,07*3,14*(0,006+0,0006)=0,022м,

Количество витков спирали n, шт, составляет

n= l_пр / l_в,(2.11)

гдеn – количество витков спирали, шт

n=11,7/0,022=532 шт,

Расстояние между витками спирали a, м, определяем по формуле

a= L_А – n× d_пр / n ,(2.12)

а= (0,59-532×0,0006)/532=0,0007 м,

Шаг спирали s, м, определяем по формуле

S=a+ d_пр ,(2.13)

гдеs – шаг спирали, м.

S= 0,0007+0,0006=0,0013,

Коэффициент шага К_ш, определяем по формуле

К_ш = S/ d_пр ,(2.14)

гдеК_ш – коэффициент шага.

К_ш = 0,0013/0,0006=2,2,

Коэффициент стержня намотки К_с, определяем по формуле

К_с=d_c/ d_пр ,(2.15)

гдеК_с - коэффициент стержня намотки.

К_с=0,006/0,0006=10,

Диаметр спирали ТЭНа d_сп, м, составляет

d_сп = d_пр (К_с +2),(2.16)

гдеd_сп – диаметр спирали ТЭНа, м.

d_сп = 0,0006×(10+2)=0,0072 м,

Общая длина проволоки l₀, м, с учетом навивки на концы контактных стержней по 20 витков составляет

l₀= l_пр +2×20l_в ,(2.17)

гдеl₀ – общая длина проволоки, м.

3.2 Расчет КПД

Коэффициент полезного действия η, %, в период разогрева котла, определяем по формуле

η = (Q₁×100)/Q,3.1)

гдеη – коэффициент полезного дейстивия, %.

η = 21569,6/29737,4 ×100=72,5%,

Коэффициент полезного действия η’, %, в стационарном режиме, определяем по формуле

η’= (Q’₁×100)*Q’,(3.2)

η’= 4515,5/6172,5×100=73,1%.

Заключение

Процессы термической обработки самые важные на предприятиях общественного питания. Самыми распространенными процессами термической обработки являются варка и жарка.

Варка – наиболее распространенный процесс термической обработки, с помощью варки можно приготовить первые, вторые, третьи блюда. С ее помощью можно довести до кулинарной готовности любой продукт или полуфабрикат.

Для того, чтобы процесс варки осуществлять на современном технологическом уровне целесообразно использовать специализированное оборудование, а именно пищеварочные котлы.

Первый способ термической обработки осуществляется в наплитной посуде. Однако при варке в наплитной посуде достаточно низкий КПД, очень большие трудозатраты. В частности в наплитной посуде максимальный объем используемой посуды 20 литров, в пищеварочных котлах есть емкости объемом 250 литров. Поэтому такой способ варки нецелесообразно использовать в предприятиях общественного питания.

Второй путь заключается в варки продукции в пищеварочных аппаратах.

По организационно – техническому признаку варочные аппараты подразделяют на аппараты: непрерывного действия, периодического действия.

Наиболее совершенные аппараты это аппараты периодического действия.

По давлению греющей среды в рабочей камере различают варочные аппараты, работающие: при атмосферном давлении, при избыточном давлении, при вакууме. На предприятиях общественного питания лучше использовать котлы с атмосферным давлением или с избыточным давлением. Так как в процессе варки непосредственно в содержимое котла, необходимо постоянно добавлять дополнительные ингредиенты.

По способу обогрева стенок рабочей камеры аппараты делят: c непосредственным обогревом стенки, с косвенным обогревом стенки. На данный момент лучше использовать аппараты с косвенным обогревом, так как в них не происходит подгорание продуктов.

Наибольшее распространение на предприятиях общественного питания получили котлы с электрическим электроносителем.

По конструктивным особенностям котлы разделяют на: опрокидывающиеся и неопрокидывающиеся. Наибольшее распространение получили котлы опрокидывающиеся, в силу их большей универсальности на предприятиях общественного питания.

В данном курсовом проекте рассмотрен ряд варочных аппаратов: КПЭ 40, КПЭ 60, КПЭСМ 60, КПЭ 100, КПЭ 160, КПЭ 250.

По приведенному выше обзору и сравнительному анализу аппаратов для варки было решено проектировать котел пищеварочный электрический – КПЭ – 60.

В данном курсовом проекте приведена конструкция проектируемого аппарата, дано описание электрической схемы, даны правила эксплуатации проектируемого аппарата. Приведен расчет теплового баланса, расчет тэнов, расчет КПД.

По итогом расчетов номинальная мощность в период разогрева составила

8 кВт, мощность в период варки 1,3 кВт. Также дана техническая характеристика проектируемого аппарата.

Список использованных источников

1. А.Н. Вышелесский «Тепловое оборудование предприятий общественного питания», Москва – 1970;

2. А.А. Мельников «Курсовое проектирование электротепловых аппаратов», Москва – 1980;

3. С.В. Некрутман, В.П. Кирпичников, Г.Х. Леенсон «Справочник механика предприятий общественного питания»,  Москва – 1983;

4. В.А. Дорохин «Тепловое оборудование предприятий общественного питания», Москва – 1987;

5. М.И. Беляев «Оборудование предприятий общественного питания», Москва – 1990;

6. Н.Н. Липатов, М.И. Ботов, Ю.Р. Муратов «Тепловое оборудование предприятий общественного питания»,  Москва – 1994;

7. М.И. Ботов, В.Д. Елхина, О.М. Голованов «Тепловое и механическое оборудование предприятий торговли и общественного питания », Москва – 2002;

8. В.З.Порцев “Расчет конструктивных параметров электрических нагревательных элементов и генераторов излучения”, Екатеринбург – 2001;

9. В.М.Супрун “Методическое указание к выполнению курсового проекта для специальности 27.11 всех форм обучения” Свердловск – 1992;

10. В.З.Порцев, Г.Ф. Фролова, И.Ф. Решетников “Структура и правила оформления текстовых документов” Екатеринбург – 2005