2.1. Определение полезно используемого тепла

При расчете полезной теплоты Q_П необходимо выявить, на что она затрачивается при нестационарном и стационарном режимах работы оборудования. Прежде всего, это зависит от технологии приготовления той или иной продукции, а также от типа теплового аппарата.

А) Варочное оборудование

При расчете варочного оборудования формула для определения полезно используемого тепла Q_П, кДж, в общем виде выглядит следующим образом:

, (2.3)

где G_СМ – общее количество загруженных в варочную емкость сухих пищевых продуктов, кг

G_СМ = g₁+g₂+g₃+…+g_n; (2.4)

g₁ ,g₂ ,g₃…g_n – количество отдельных продуктов, загружаемых в варочную емкость, кг; определяется по нормам раскладки для приготовления данного блюда,

с_СМ – средняя теплоемкость смеси загружаемых продуктов в интервале температур t_K и t_H, кДж/кг ^оС.

с₁, с₂, с₃…с_n – теплоемкости отдельных продуктов, кДж/кг ^оС.

Теплоемкость отдельных продуктов принимается из таблицы или подсчитывается по формуле:

с_см = , (2.5)

а – влажность продукта в процентах по массе;

b – 100-а – количество сухих веществ, содержащихся в продукте в процентах по массе;

1,68 – средняя теплоемкость сухих веществ, кДж/кг⁰С;

t_K – конечная температура загружаемых продуктов (температура кипения), ^оС;

t_СМ – начальная средняя температура загружаемых продуктов, определяемая из выражения:

t_СМ = , (2.6)

t₁, t₂…t_n – начальная температура отдельных продуктов, ^оС.

Начальные температуры принимаются в зависимости от температуры хранения продуктов до закладки.

W – общее количество жидкости, загружаемой в варочную емкость, кг;

С – теплоемкость жидкой среды, кДж/кг ^оС;

t_Н – начальная температура жидкой среды, ^оС;

t_K – температура кипения жидкой среды, ^оС;

∆W – количество влаги, удаляемой в процессе варки содержимого при нестационарном или стационарном режимах, кг;

r – скрытая теплота парообразования, кДж/кг.

Для определения количества отдельных продуктов необходимо определить количество порций приготовляемого блюда.

Количество порций п, шт., определяется по формулам:

п= , (2.7)

или

п= , (2.8)

где  – коэффициент заполнения, %;

V_K – общий объем варочной емкости, л;

V_исп – объем испаряющейся жидкости в период разогрева и приготовления блюда, л.

V_п – объем одной порции готового к употреблению блюда, л;

– суммарный объем продуктов и воды, необходимых для приготовления одной порции, л. Рассчитывается как сумма отношений массы каждого компонента блюда к его плотности = .

Количество влаги, удаляемой в процессе варки отдельных блюд, определяется по формуле:

V_исп = _W + _W, (2.9)

где _W и _W – количество влаги, удаляемой в процессе кипения содержимого варочной емкости соответственно при нестационарном и стационарном режимах работы, кг. Суммарное значение _W можно принимать с учетом потерь при варке определенного блюда, пользуясь Сборником рецептур.

Конкретный вид формулы при расчете Q_П в условиях нестационарного и стационарного режимов зависит от технологии приготовления изделия.

Например, при варке макарон в условиях нестационарного режима работы оборудования полезная теплота Q^I_П будет затрачиваться на доведения определенного количества воды до кипения:

, (2.10)

где G_B – количество нагреваемой воды, кг; G_B = V_K;

V_K – объем варочной емкости, м³;

 – коэффициент заполнения;

 – плотность воды, кг/м³; при температуре воды 60ºС равна 971,8 кг/м³;

с_В – теплоемкость воды, кДж/кг ^оС, в интервале температур t_K и t_H; принять равной 4,195 кДж/кг ºС;

t_H – начальная температура заливаемой воды, ^оС, при расчете t_H можно принять 10^оС;

t_K – конечная температура воды, ^оС; t_K  100⁰С;

_W – количество испарившейся воды в период разогрева до 100^оС, кг. Для оборудования с герметически закрытой крышкой в период разогрева _W=0. Для остальных случаев (например, опрокидывающиеся котлы) по опытным данным количество испарившейся воды принимается равным 0,5% от веса жидкости в котле.

r = 2258,2 кДж/кг – скрытая теплота парообразования воды при атмосферном давлении.

При стационарном режиме полезная теплота затрачивается на нагрев и варку макарон:

, (2.11)

где G_М – масса загружаемых макарон, кг;

с_М – теплоемкость макаронных изделий, кДж/кг ^оС;

t_H – начальная температура макаронных изделий, ^оС;

t_K – конечная температура макарон, ^оС; t_K  100 ^оС;

_W – количество влаги, удаляемой в процессе кипения содержимого котла, кг. По опытным данным можно принимать равным 1,5 … 2,0% от веса жидкости в котле.

Б) Жарочное оборудование

Расчет Q_П жарочного оборудования обычно производят путем определения затрат энергии за час работы оборудования или на 1 кг обрабатываемой продукции.

При расчете жарочного оборудования в условиях нестационарного режима полезная теплота затрачивается на нагрев масла, например, при жарке основным способом в сковороде или при жарке во фритюре. Количество нагреваемого масла определяют по количеству обрабатываемых продуктов.

Для расчета полезно используемого тепла, расходуемого на нагрев пищевого жира во фритюрнице или сковороде в режиме разогрева, пользуются формулой:

, кДж/ч (2.12)

где М_ж – вес пищевого жира, кг;

С_ж – теплоемкость пищевого жира, принять равной 1,676 кДж/ кг ^оС (для растительного масла);

t₁ – температура нагрева жира (равная температуре жарки); принимается равной 160 – 170 ^оС;

t_о – начальная температура пищевого жира, ^оС;

' - время нагрева жира, ч.

Вес пищевого жира при жарке во фритюре должен превосходить количество одновременно загружаемого продукта минимум в 4 раза.

Количество одновременно загружаемого продукта для жарки во фритюрнице находят из выражения:

, (2.13)

где G_о – количество одновременно загружаемого продукта для жарки, кг (шт.);

V_ч – объем загрузочной чаши фритюрницы, дм³;

 – коэффициент заполнения фритюрницы ( = 0,6-0,7);

_n – истинная плотность загружаемого продукта, кг/дм³;

_ж – плотность жира, кг/дм³;

γ – кратность количества фритюрного жира количеству продукта.

Определение количества одновременно загружаемого полуфабриката при жарке в сковороде, кг, производят следующим образом:

- для полуфабрикатов обжариваемых насыпным слоем

G₀ = Sh, (2.14)

• для штучных полуфабрикатов G₀ = SK  m, (2.15)

где S и S_изд – соответственно площадь пода сковороды и одного изделия;

К = 0,7…0,95 – коэффициент заполнения пода сковороды;

т – масса одного изделия, кг.

При стационарном режиме полезно используемое тепло состоит из отдельных статей расхода, которые рекомендуется определить по формуле:

Q_П" = М^.с^.(t₂-t₄)+0,01^. _n^.М^.r+

+0,01^. К^.М^.С_к(t₃-t₂)+0,01^.m_ж^.М^.С_ж^.(t₁-t_о), (2.16)

где первое слагаемое – расход тепла на нагрев продукта;

второе – расход тепла на испарение влаги из продукта;

третье – расход тепла на образование корочки на продукте;

четвертое – расход тепла на нагрев доливаемого в процессе работы пищевого жира (если это необходимо);

М – часовая производительность по сырью, кг/ч;

с – теплоемкость продукта, кДж/ (кг ^оС);

t₂ – температура нагрева продукта, принимаемая равной 90 – 100^о С;

t₄ – начальная температура продукта, ^оС;

_n – истинный продукт ужарки, %:

для мяса жареного порционным куском 20 – 38%;

овощей (картофеля) жаренных 17 – 60%;

r – скрытая теплота испарения при атмосферном давлении, кДж/кг (см. прил. 1).

К – процентное содержание корки в продукте; рекомендуем в расчетах принимать в пределах от 15 до 25 %;

С_к – теплоемкость корочки, принять как теплоемкость сухого вещества равную 1,67 кДж/ (кг ^оС);

t₃ – температура образования корочки, ^оС (135-140^о);

m_ж – расход пищевого масла на обжаривание сырья в %; рекомендуем принимать в пределах от 15 до 20%.

t₁ – рабочая температура жира;

t₀ – начальная температура жира, ^оС;

, (2.17)

где G₀ – количество одновременно загружаемого продукта для жарения; кг (шт.);

 – продолжительность цикла обработки, мин.

Тепловой расчет жарочных и пекарных шкафов обычно производят на 1 кг продукции. При этом, полезный расход тепла на выпечку или жарку изделий имеет место только при стационарном режиме. Тепло расходуется на нагрев исходного полуфабриката до оптимальной температуры, обеспечивающей готовность и доброкачественность изделий (принимается на основании данных справочной литературы или на основании опытных данных), на испарение влаги из теста и на дальнейший перегрев пара до температуры воздуха камеры или выходе из нее, а также на образование корочки.

Например, при определении теоретического расхода тепла на выпечку 1 кг пшеничных булок развесом 0,5 кг из муки 1 сорта можно принять из табл. 2.1.

Таблица 2.1

Справочные данные на выпечку хлебобулочных изделий

Упек	7 %
Влажность булки в горячем состоянии	42 %
Содержание мякиша	84 %
Содержание корки	16 %
Температуру теста, поступающего в камеру	30 оС
Температуру мякиша горячей булки на выходе из камеры	98 оС
Температуру корки	130 оС

Теоретический расход тепла на выпечку или жарку 1 кг изделия можно определить из уравнения:

(2.18)

где первое слагаемое – расход тепла на испарение влаги из исходного полуфабриката (упек, ужарка) и нагрев получившегося пара до температуры среды пекарной камеры;

второе слагаемое – расход тепла на образование корки;

третье слагаемое – расход тепла на достижение конечной среднеобъемной температуры изделия;

_n – для мучных, кондитерских и хлебобулочных изделий упек кг/кг; определяется по разности весов исходного полуфабриката и готовой продукции; он колеблется для различных изделий от 4 до 25 %; для мясных продуктов ужарка принимается в пределах:

для мяса, жаренного порционным куском 20 – 38%;

овощей (картофеля) жаренных 17 – 60%;

i_n – энтальпия перегретого пара при температуре камерной смеси на выходе из камеры и атмосферном давлении, кДж/кг; определяется по данным прил. 1;

i_в – теплосодержание воды в полуфабрикате при температуре поступления в пекарную камеру, кДж/кг (см. прил. 1);

q_к – содержание корки в 1 кг изделия, кг/кг. Корка может быть принята за абсолютно сухое вещество, а ее количество от 0,05 до 0,17 кг/кг (5 – 17 %).

с_к – удельная теплоемкость корки, кДж/ (кг^.оС), может быть принята как теплоемкость сухого вещества равной 1,67 кДж/кг (кг^.оС);

t_к – средняя температура корки в ^оС. Можно принять равной средней арифметической между температурами поверхности корки (обычно 160 ^оС) и конечной среднеобъемной температурой изделия в конце обработки (100 ^оС);

t_т – среднеобъемная температура полуфабриката, поступающего в пекарную или жарочную камеру, ^оС,

q_м – содержание сухого вещества в 1 кг горячего изделия, кг/кг. Для определения сухого вещества можно использовать уравнение

q_м = 1 – (_м + q_к), (2.19)

где _м – содержание общей влаги в 1 кг изделий в момент выхода из камеры, кг/кг; средняя влажность, отнесенная ко всему изделию (мякиш, корка) для разных сортов различная и определяется анализом. Для данного расчета влажность булки можно принять равной 0,42 кг/кг;

с_м – удельная теплоемкость сухого вещества изделия, кДж/ (кг ^.оС), принимается равной 1,67 кДж/(кг^.оС);

с_в– удельная теплоемкость влаги в изделиях, кДж/ (кг^.оС); которая может быть принята как теплоемкость воды 4,19 кДж/ (кг^.оС);

t_м – среднеобъемная температура изделия в момент выгрузки изделия из камеры ^оС, может быть принята в пределах 95 – 98 ^оС.