10.3. Газовые плиты
Используемые на предприятиях общественного питания газовые плиты имеют более сложную конструкцию, чем электрические, что обусловлено наличием более сложного теплогенерирующего устройства, а также устройств, необходимых для удаления продуктов сгорания. Газовые плиты обычно состоят из двух автономных тепловых частей: жарочной поверхности и жарочного шкафа или шкафов.
По типу используемых газовых конфорок газовые плиты подразделяются на конфорки с использованием горелок открытых и закрытых жарочным настилом. На предприятиях общественного питания в основном эксплуатируются секционные и секционно-модульные плиты с газовыми горелками, закрытыми чугунным настилом. Конструкция секционных плит предусматривает обслуживание их с двух сторон, а секционно-модульных — с одной. В состав одной секции плиты обычно входят две конфорки и один или два жарочных шкафа, вместо которых могут быть установлены инвентарные шкафы. Конфорки закрыты чугунными плитами, образующими единый жарочный настил. Каждая из конфорок обогревается собственной горелкой.
Жарочная поверхность обычно ограждена бортовой поверхностью, а иногда и поручнями, устанавливаемыми на кронштейнах. Для обогрева жарочной поверхности чаще всего используют инжекционные газовые горелки с трубчатыми насадками. Для улучшения условий теплопередачи от продуктов сгорания к жарочной поверхности нижнюю поверхность чугунного настила делают ребристой.
Конструкция газоходов плиты должна обеспечить независимость работы каждого газогорелочного устройства. В общую часть газохода плиты, которая соединяется с внешним дымоходом и каждой топочной камерой, часто устанавливают водонагреватель (змеевик) для утилизации теплоты продуктов сгорания, что значительно повышает КПД плиты.
Несущая конструкция плиты может быть выполнена либо в виде облегченного сварного каркаса, облицованного стальными эмалированными листами, либо бескаркасной.
Небольшие предприятия используют бытовые газовые плиты с открытыми газовыми конфорками, которые различаются между собой по конструктивному оформлению, числу конфорок, объему жарочного шкафа, наличию приборов автоматики и специальных приспособлений.
В качестве примера рассматривается конструкция типовой газовой секционной плиты ПГС-2МА с жарочным шкафом.
Плита ПГС-2МА (рис. 10.4) состоит из двух конфорок и жарочного шкафа. Конструкция плиты представляет собой прямоугольный каркас на четырех ножках, сваренный из уголковой стали и облицованный снаружи стальными эмалированными листами. Пространство между облицовочными листами и стенками рабочих камер заполнено теплоизоляцией.
Рис. 10.4. Плита газовая секционная ПГС-2МА: 1 — запальное окно; 2 — облицовочная панель; 3 — регулятор первичного воздуха; 4 — кран горелки жарочного шкафа; 5 — поручень; 6 — пусковая кнопка; 7 — вытяжной патрубок; 8 — дверца жарочного шкафа; 9— газопровод; 10 — запальник горелки конфорки; // — чугунный настил; 12 — газоход; 13 — горелка конфорки; 14 — теплоизоляция; 15 — борт; 16 — кронштейн; 17— блок автоматики безопасности; 18 — направляющие для противней; 19 — рабочая камера шкафа; 20 — запальник горелки шкафа; 21 — горелка шкафа; 22 — чугунный поджарочного шкафа
Два чугунных настила, оребренных с нижней стороны, образуют рабочую (жарочную) поверхность плиты. Под каждым настилом расположена камера сгорания, представляющая собой металлический короб, в котором расположена пламенная одно-сопловая инжекционная горелка. По периметру жарочной поверхности установлены съемные борта и поручни, укрепленные на кронштейнах.
В нижней части плиты размещен жарочный шкаф, представляющий собой теплоизолированный двухстенный короб из листовой стали. На боковых стенках шкафа имеются направляющие для установки противней. Шкаф закрывается теплоизолированной дверцей и обогревается односопловой инжекционной пламенной горелкой, устанавливаемой под чугунным подом, оребренным снизу.
Под горелкой шкафа устанавливается металлический лист, в котором для поступления к горелкам вторичного воздуха и регулирования его количества имеются прорези, перекрываемые выдвижной заслонкой.
В передних облицовочных листах конфорок предусмотрены отверстия для установки горелки, зажигания запальника, подачи в топку вторичного воздуха и наблюдения за процессом горения.
Продукты сгорания отводятся через установленный между конфорками газоход, который имеет прямоугольное сечение и разделен на три канала, обеспечивающих раздельную вытяжку от горелок конфорок и шкафа. На верхней стенке газохода имеются окна, которые перекрываются заслонками, обеспечивая равномерную тягу по длине газохода для нормальной работы горелок конфорок.
Газопровод плиты состоит из двух самостоятельных коллекторов, расположенных по обе стороны плиты. Для обеспечения безопасной работы газогорелочных устройств плита снабжена автоматикой безопасности АБ-1, обеспечивающей отключение подачи газа к горелкам при перерыве в снабжении газом или погасании пламени запальника.
10.4. Теплотехнические и энергетические показатели плит
Работу плит характеризуют следующие показатели: возможности и пределы регулирования мощности конфорок и жарочного шкафа, средняя установившаяся температура и неравномерность ее распределения на жарочнои поверхности и в шкафу, продолжительность разогрева до рабочей температуры, относительная удельная поверхностная мощность на конфорках и удельная объемная мощность в рабочей камере жарочного шкафа, удельный расход энергоносителя, удельные металло- и энергоемкость, КПД, надежность.
Возможности регулирования мощности конфорки определяют точность подбора количества подводимой к изделию энергии в процессе тепловой кулинарной обработки. Особенно это важно в период доведения изделия до готовности (стационарный режим), когда избыток энергии, подводимой к изделию, приводит к его обезвоживанию и подгоранию, а ее недостаток — к удлинению процесса.
В жарочных шкафах наряду с терморегулятором использование раздельного регулирования мощностей верхних и нижних нагревателей обеспечивает возможность подвода разного количества энергии сверху и снизу к изделию, что позволяет осуществлять технологический процесс тепловой кулинарной обработки изделий без переворачивания.
В электрических плитах отечественного и большинстве иностранного производства регулирование мощности нагревателей осуществляется ступенчато. Безусловно, что чем больше число ступеней регулирования мощности нагревателей и пределы этого регулирования, тем шире возможности плиты для обеспечения требуемого режима подвода энергии к изделию. В последнее время некоторые иностранные фирмы производят плиты с бесступенчатым (плавным) регулированием мощности нагревателей в пределах 0... 100%.
Для проведения технологического процесса тепловой кулинарной обработки изделий на плите необходимо поддерживать определенную температуру на рабочей поверхности конфорки и в жарочном шкафу. Необходимая температура на конфорке определяется ее относительной удельной поверхностной мощностью соотн, и в зависимости от технологического назначения плиты в ней установлены конфорки с соответствующей соотн. Согласно техническим требованиям средняя максимальная рабочая температура жарочной поверхности плиты не должна превышать 450 °С, а в жарочном шкафу — 300 "С.
Трудоемкость процесса тепловой кулинарной обработки и качество производимой на плите продукции зависят от равномерности распределения температуры и поддержания ее на рабочей поверхности конфорок и в камере шкафа; чем меньше разность температур и точность поддержания температуры в процессе тепловой кулинарной обработки, тем меньше продолжительность тепловой кулинарной обработки и вероятность неравномерного нагрева изделий. При этом отпадает необходимость перемещения и переворачивания изделий в процессе тепловой кулинарной обработки на противне и перестановка самих противней в жарочном шкафу.
Однако температура по рабочей поверхности конфорки распределяется неравномерно даже при идеально равномерном распределении мощности по ее поверхности. В центральной части она значительно выше, чем по краям. Объясняется это тем, что теплоотвод от центральной части конфорки затруднен, а боковые поверхности лучше отдают теплоту в окружающую среду.
В соответствии с техническими требованиями на электрические кухонные плиты (ГОСТ 19835—80) для обеспечения достаточной равномерности нагрева изделий разность температур в контролируемых точках рабочей поверхности конфорки при работе вхолостую при номинальной мощности должна быть не более 90 °С, а разность температур воздуха в контролируемых точках рабочего пространства шкафа — не более 40 °С.
Температурный режим рабочей поверхности конфорки при работе ее с наплитной посудой зависит от многих факторов: удельной мощности конфорки, материала конфорки и посуды, величины усредненного воздушного зазора между конфоркой и наплитной посудой, коэффициента загрузки рабочей поверхности, количества и физических свойств нагреваемых изделий и т.д.
В процессе эксплуатации плит при загрузке их рабочей поверхности изделиями в металлической посуде, как правило, происходит увеличение коэффициента теплоотдачи от конфорки к посуде и, как следствие, снижение температуры рабочей поверхности конфорок. Однако это не всегда так бывает. Например, при использовании наплитной посуды с сильно неровным дном из белого материала, например алюминия, зазор между конфоркой и наплитной посудой может быть таким, что температура на рабочей поверхности конфорки может повышаться. Кроме того, неравномерный нагрев чугунного корпуса конфорки приводит к неодинаковому его расширению на разных участках и, как следствие, к его деформации. В результате деформации (вспучивания) обычно центральной части конфорки увеличивается величина усредненного воздушного зазора между конфоркой и наплитной посудой. Соответственно температура на поверхности конфорки сильно возрастает, что приводит к значительному увеличению температуры спирали и, как следствие, к резкому сокращению срока ее службы.
Как показали исследования, проведенные на кафедре торгово-технологического оборудования РЭА им. Г. В.Плеханова (рис. 10.5), если на рабочую поверхность чугунной конфорки, разогретой до установившейся температуры, разместить алюминиевую посуду, которая соответствует размерам конфорки и заполнена водой различной температуры (20 и 100 °С), температура на рабочей поверхности конфорки существенно изменится. Это изменение зависит от величины усредненного воздушного зазора между конфоркой и наплитной посудой. Так, при толщине воздушной прослойки до 1 мм (1 * 10-3 м) температура, установившаяся на поверхности конфорки, становится ниже первоначального значения, при толщине, равной 1 мм, практически не изменяется, а при толщине более 1 мм — становится выше первоначального значения.
Рис. 10.5. Зависимость между отношением установившейся конечной температуры на поверхности конфорки к начальной (/к//„) и величиной усредненного воздушного зазора § между конфоркой и наплитной посудой
Приведенные результаты исследований имеют существенное значение для чугунных конфорок, обладающих значительной массой и осуществляющих кратковременные периодические технологические процессы. Так, при тепловой кулинарной обработке изделий на плите и хорошем прилегании дна наплитной посуды к поверхности конфорки (воздушный зазор менее 1 мм) последняя отдает нагреваемому изделию дополнительно аккумулированную ею теплоту. При этом процесс тепловой кулинарной обработки значительно ускоряется, а подвод энергии к изделию осуществляется в оптимальном режиме, который характеризуется способностью изделия поглощать подводимую энергию, что в конечном счете повышает технико-экономические показатели тепловой кулинарной обработки изделия на плите.
Восстановление температуры конфорки при нагреве до первоначального значения происходит в период простоя конфорки между технологическими процессами.
В случае если наплитная посуда плохо прилегает к поверхности конфорки (зазор более 1 мм), то дополнительно расходуется энергия на перегрев последней, что приводит к увеличению продолжительности тепловой кулинарной обработки, сокращению срока службы конфорки и увеличению потерь энергии конфоркой в окружающую среду. При этом технико-экономические показатели тепловой кулинарной обработки полуфабрикатов на плите будут значительно ниже, чем в первом случае.
Восстановление температуры конфорки при остывании до первоначального значения происходит, как и в первом случае, в период простоя между технологическими процессами и вся дополнительно накопленная конфоркой энергия теряется в окружающую среду. Соответственно удельный расход энергии на единицу производимой продукции во втором случае будет всегда больше.
На удельный расход энергии на единицу производимой продукции на плите существенное влияние также оказывают: расход энергии на разогрев конструкции, посуды, в которой осуществляется тепловая кулинарная обработка, коэффициент загрузки рабочей поверхности и простои плиты в дежурном (холостом) режиме.
Естественно, что чем больше количество энергии, затрачиваемое на нагревание конструкции плиты и посуды, и продолжительность простоя в дежурном режиме, тем больше удельный расход энергии на единицу производимой продукции. Что же касается коэффициента загрузки, то минимальный удельный расход энергии соответствует оптимальной загрузке рабочей поверхности плиты.
При оптимальной загрузке рабочей поверхности плиты и использовании темной посуды с хорошо прилегающем дном к поверхности конфорки удельные расходы энергии для разных изделий на процесс тепловой кулинарной обработки колеблются в пределах 0,45... 1,2 кВт ч/кг. Однако в реальных условиях с учетом разогрева конструкции плиты, использования несоответствующей наплитной посуды, простоев в дежурном режиме и неполной загрузки эта величина обычно составляет 1... 3 кВт • ч/кг.