Процессы тепловой обработки при нагреве сопротивлением

Тепловая обработка пищевых продуктов в бытовых условиях осуществляется в приборах, которые можно разделить на четыре большие группы: электроплиты, электроплитки, жарочные шкафы и специализированные приборы.

Электроплиты классифицируются по принципу преобразования электрической энергии в тепловую: с нагревом сопротивлением и индукционные. Жарочные шкафы разделяют по виду теплоотдачи на радиационные и конвективные. Специализированные приборы классифицируются по способу нагрева продукта: нагрев за счет теплопроводности (электросковороды, электровафельницы, электрокастрюли) или инфракрасного излучения (электрогрили, тостеры, ростеры, электрошашлычницы).

При конструировании приборов для приготовления пищи наблюдается тенденция к использованию в одном приборе нескольких видов нагрева.

Электроплиты с нагревом сопротивлением состоят обычно из панели управления с регулирующими приборами, конфорочной панели с конфорками, одного или двух жарочных шкафов, шкафа для хранения посуды. Трубчатые конфорки таких плит состоят из одного, двух или трех трубчатых нагревательных элементов, согнутых в виде одного или нескольких витков спирали Архимеда.

Расчет ТЭН для конфорок проводится по стандартным методикам расчета нагревательных элементов.

Сопротивление нагревательного элемента:

,

где R_x - сопротивление ТЭН в холодном состоянии;

a_р- коэффициент изменения сопротивления ТЭН в результате опрессовки.

Активная длина проволоки:

,

где r_х - удельное сопротивление проволоки при температуре 20^оС.

Трубчатые нагреватели жарочных шкафов рассчитываются аналогично с учетом экранирования замкнутыми поверхностями шкафа, которое приводит к повышению действительной температуры относительно расчетной.

Расчет потерь теплоты через изоляцию жарочного шкафа производится с учетом теплопроводности, конвекции и излучения. Для теплоизоляции жарочных шкафов используются стеклянная вата (t_max=450 ^оС), каолиновая вата (t_max=1100 ^оС), минеральная вата (t_max=600 ^оС), базальтовое волокно (t_max=700 ^оС).

Варочные поверхности современных электроплит чаще всего выполняются из стеклокерамики. Они представляют собой гладкие поверхности из прочного и легко очищаемого стекла. Нагревательные элементы располагаются под стеклом. Отличительной характеристикой стеклокерамики является анизотропность – высокая теплопроводность в перпендикулярном плоскости листа направлении и низкая теплопроводность в плоскости листа. Если представить зону нагрева диаметром 20 см в листах из стеклокерамики, нержавеющей стали и меди, которые нагреты до температуры 700°С, то температура в 5 см от зоны нагрева для меди составит 600°С, для стали - 250°С, для стеклокерамики всего 50°С.

Высокая анизотропность позволяет применять сенсорные системы управления в плитах и варочных поверхностях со стеклокерамическим покрытием.

Ленточные и галогенные нагревательные элементы плотно не прилегают к стеклу, т.к. стеклокерамика отлично пропускает инфракрасные лучи и передача теплоты производится с помощью нагрева излучением.

Нагревательный элемент конфорки представляет собой тонкую гофрированную ленту, уложенную в виде извилистого лабиринта, либо спираль, аналогичную применяемым в традиционных электроплитах. В конфорках повышенной мощности в дополнение к ленте используется дополнительный источник инфракрасного излучения – галогенная лампа. Такое сочетание конфорок приводит к высокой скорости нагрева – для ленточного нагревательного элемента за 3…4 секунды, для галогенной лампы – 1 секунда. Таким образом, основным преимуществом стеклокерамических варочных поверхностей является низкая инерционность.

Большинство плит снабжены духовым шкафом для выпекания хлебобулочных изделий, запекания других блюд. В верхней и нижней части духовых шкафов располагаются трубчатые ТЭНы с целью обеспечения максимальной равномерности температурного поля в пространстве духовки. В некоторых моделях электроплит используется дополнительный нагревательный элемент на задней стенке.

Электрическая духовка, имеющая только верхний и нижний ТЭН, называется статической. Перенос теплоты во внутреннем пространстве производится за счет естественной конвекции, и при установке нескольких противней не может обеспечить равномерное распределение температур. При установке на задней стенке вентилятора производится принудительная конвекции нагретого воздуха, что повышает скорость нагрева и позволяет повысить равномерность нагрева.

Одной из необходимых в настоящее время функций духовых шкафов электроплит является возможность самоочистки. Основные способы самоочистки, применяемые в современных духовках - каталитический и пиролитический.

Стенки духовок с каталитической очисткой покрыты микропористой эмалью, в порах которой, заполненных химическим составом со специальным катализатором, происходит расщепление частиц жира при высокой температуре непосредственно в процессе приготовления пищевых продуктов. К особенностям каталитической эмали относится то, что она разрушается под действием смеси сахара и молока, поэтому духовку покрывают каталитическим составом не полностью, а только в труднодоступных местах, например, у задней стенки или по боковым сторонам. Многие фирмы предлагают в качестве дополнительных аксессуаров съемные каталитические панели, заменяемые по мере износа.