Тема 2. Теплове устаткування

План

1. Загальні відомості про теплове устаткування.

2. Універсальні теплові апарати.

3. Варильне устаткування.

4. Жарильно-пекарське устаткування.

5. Водогрійне і допоміжне устаткування.

Рекомендована література: 2, 5, 7, 11, 13, 16.

Міні-лексикон: тепловий апарат, корпус, кожух, теплова ізоляція, робоча камера, теплогенеруючий пристрій, варіння, котел, пароварильний апарат, кавоварка, сосисковарка, надвисокочастотне нагрівання, електромагнітне поле, магнетрон, смаження, жарильна поверхня, жарова шафа, склокерамічне покриття, фритюрниця, гриль, пароконвектомат, плита, конфорка, кип’ятильник, водонагрівач, марміт, теплова стійка, пральна машина, прасувальний пристрій.

1. Загальні відомості про теплове устаткування

Теплове устаткування призначене для нагрівання (теплової обробки) харчових продуктів: пастеризації, стерилізації, варіння, смаження.

Теплова обробка – це процес зміни теплового стану продуктів та інших речовин (середовищ).

Завдяки нагріванню:

- продукту надаються необхідні фізико-хімічні, структурно-механічні та органолептичні властивості для забезпечення його кулінарної готовності;

- внаслідок знищення мікробів досягається задовільний санітарно-гігієнічний стан продуктів.

Під час нагрівання тепло продукту передається теплопровідністю, конвекцією та тепловим випромінюванням.

Класифікація теплового устаткування

Функціональні ємкості призначені для зберігання, приготування, транспортування та роздавання продуктів. Вони використовуються на всіх операціях технологічного процесу без перекладання або з перекладанням їжі мінімальну кількість разів. Це збільшує рівень механізації праці на підприємствах харчування. Так, без використання функціональних місткостей продукт під час його руху від місця постачання сировини до роздавання готової їжі перекладається в середньому вісім разів, а під час приготування у функціональних місткостях, наприклад картопляного пюре, — всього один раз.

Розміри функціональних місткостей, контейнерів для їх зберігання та транспортування, а також устаткування для приготування, холодильного зберігання і роздавання готових виробів відповідають один одному і строго регламентовані відповідними стандартами, що дає можливість організувати високомеханізований потік продуктів від підприємств харчо­вої, м'ясо-молочної промисловості, рибного та плодоовочевого господарства до підприємств масового харчування.

Основними розмірами функціональних місткостей є дов­жина L, ширина В, висота Н. Функціональні місткості — модульовані. Модуль установлений по довжині та ширині і

становить 530 х 325 мм. Висота функціональних місткостей також регламентується відповідним стандартом. Наприклад, піднос та деко повинні мати висоту — 20 мм, перфорований вкладиш — 140 або 190, місткості для їжі — 20, 65, 100, 150, 200 мм. Виготовляються в більшості випадків з нержавіючої рідше з алюмінію. Випукаються моделі з антипригарним покриттям.

	Тип	Розмір, мм
GN2/1	650x530
GN1/1	530x325
GN2/3	353x320
GN2/4	162x530
GN1/2	320x265
GN1/3	325x180
GN1/4	265x160
GN1/6	176x160
GN1/9	176x110

Залежно від виду енергоносія теплогенеруючі пристрої поділяються на:

§ електронагрівачі;

§ газові пальники;

§ парові нагрівальні елементи;

§ твердо- і рідкопаливні нагрівачі.

Електричні нагрівачі

Найбільш широкого використання набули електричні генератори теплоти:

- резисторні;

- інфрачервоні;

- мікрохвильові;

- індукційні.

Основою металевих резисторних нагрівачів є спіраль (ніхромова), яка при включенні в електричну мережу і як електричний опір, нагрівається до температури 900…1100° С. Нагрівачі такого типу бувають відкритими, закритими, герметичними.

Відкриті електронагрівачі (рис. 14а) – це спіраль у кераміці, відкрита спіраль, спіраль у бусинах чи кварцовій трубці і т. п., де повітря вільно контактує з поверхнею спіралі.

Переваги відкритих нагрівачів:

• простота виготовлення;

• зручність заміни спіралі;

• мала теплова інерція;

• високий ККД.

Недостатки відкритих нагрівачів:

• малий час служби при попаданні рідких речовин і постійного контакту з повітрям;

• можливість зовнішнього механічного впливу;

•велика можливість ураженням струму і пожеженебезпечність.

Закритими електронагрівачами (рис. 14б) називають ті, у яких спіраль знаходиться в корпусі в діелектричному шарі, доступ повітря до спіралі через цей шар утруднений, але не виключається. До закритих нагрівачів належать електричні конфорки.

Закриті електронагрівачі є спіраллю, запресованою в ізоляційний матеріал, що має високу теплопровідність. Цей різновид електронагрівачів використовується в чавунних конфороках електроплит, які з внутрішньої сторони мають спіральні канали, в них запресовується спіраль, виготовлена з ніхромової дроту.

Переваги закритих нагрівальних елементів:

• висока надійність;

• довговічність.

Недоліки закритих нагрівальних елементів:

• необхідність використання посуду тільки з потовщеним дном для забезпечення хорошого контакту з поверхнею конфорки;

• швидкий перегрів поверхні конфорки;

• постійний контакт спіралі з киснем приводить до зменшення діаметру спіралі ніхромового дроту і зниженню робочого ресурсу.

У герметичних електронагрівачах (рис. 15) спіраль повністю ізольована від повітря. До таких електронагрівачів належать трубчасті електронагрівачі (ТЕНи). Випускаються вони трьох видів: водяні, масляні та повітряні.

У водяних ТЕНів при тій самій електричній потужності і напрузі довжина трубки значно менша, ніж у повітряних. Це викликано тим, що у воді тепловіддача відбувається інтенсивніше, ніж в олії чи повітрі. Тому водяний ТЕН, опинившись у повітрі, перегрівається і його спіраль може згоріти. При експлуатації нагрівача слід стежити, щоб він завжди був занурений у воду (а масляний ТЕН – в олію).

Рис. 14. Типи нагрівальних елементів

а – відкриті електронагрівальні елементи: 1 – спіраль; 2 – канавки; 3 – керамічна основа;

б – закриті електронагрівальні елементи (конфорки): 1 – корпус; 2 – стінки пазів; 3 - пази-канавки; 4 – спіраль; 5 - тепло ізолюючий кожух; 6 – листовий азбест; 7 - фольга; 8 – повітряний нар; 9 – екрануючий лист; 10 – ізоляційна маса.

Рис. 15. Герметично закритий трубчастий електронагрівач:

1 – спіраль; 2 – стінка трубки; 3 – контактний стержень; 4 – корпус; 5 – штуцер; 6 – електроізоляція; 7 – герметик; 8 – гайка; 9 – шайба;

Обмежене застосування в наші дні теплових апаратів з відкритими і закритими нагрівачами пояснюється, як виплив з технічних характеристик, взаємодією нагрітих спіралей з повітрям, що викликає їх окислення при високих температурах і скорочує термін служби.

Тому найбільш широке застосування в тепловій техніці знайшли герметичні елементи, серед яких популярніші трубчасті электронагрівчі (ТЕНи). Спіралі ТЕНів найчастіше виготовляють із сплаву нікелю з хромом (ніхром), який механічно готується в нагрітому стані і допускає високі температури нагріву. Кінці спіралі щільно навивають на контактні стрижні з неіржавіючої сталі. Для запобіганя проникнення вологи всередину трубки торці ТЕНів обробляють герметиком. Як електроізолятори використовуються періклаз, кварцовий пісок, шамот.

Переваги ТЕНів:

• великий термін служби;

• висока захищеність спіралі;

• зручність монтажу і заміни;

• можливість виготовлення складної геометричної форми.

Недолік ТЕНів:

• неможливість проведення ремонту.

Принцип дії будь-якого генератора інфрачервоного випромінювання (ІЧ-генератора) заснований на випромінюванні електромагнітних хвиль нагрітими до високих температур поверхнями. Інфрачервоні випромінювачі складаються з джерела енергії і відбивача. Як джерела ІЧ-генератори найчастіше використовують ТЕНи і електронагрівачі, що складаються з вольфрамової спіралі, структуровані в герметичну кварцову трубку, яка наповнюється інертним газом і парами йоду. ІЧ-генератори використовуються спільно з відбивачами (рефлекторами), що посилають випромінювану енергію в заданому напрямі. Зрозуміло, що ефективність теплової обробки багато в чому залежить від форми і матеріалу, з якого зроблений відбивач.

Переваги ІЧ-випромінювання:

• при термообробці м'ясних кулінарних виробів тривалість процесу в порівнянні з традиційним способом обробки скорочується як мінімум на 40 відсотків;

• питома витрата електроенергії зменшується як мінімум на 20 відсотків;

• вихід готової продукції збільшується як мінімум на 10 процентів.

Такі поверхні можуть оснащуватися відбивачами різної форми, що розподіляють випромінювану енергію в заданому напрямку і дозволяють домогтися рівномірного розподілу променистого потоку по поверхні, що опромінюється.

Джерелом НВЧ-нагріву є магнетрон — діод з магнітними і електричними полями, що пересікаються, і який перетворює енергію постійного електричного струму в енергію високочастотних електромагнітних коливань. Найбільш ефективний НВЧ-нагрів для розігрівання заморожених готових виробів.

Переваги НВЧ-нагріву:

• скорочується час приготування їж;

• виключається пригорання виробів;

• нагрів припиняється одночасно з припиненням подачі енергії;

• поліпшуються санітарно-гігієнічні умови праці;

• відсутній холостий хід і пов'язані з ним втрати тепла;

• немає негативних дій на навколишнє середовище.

Недоліки НВЧ-нагріву:

• труднощі у визначенні часу приготування страви з різним вмістом вологи кожного з вхідних в нього інгредієнтів;

• відсутність на поверхні продукту піджареної скориночки.

При індукційному нагріві струмопровідні матеріали поміщаються в змінне електромагнітне поле, і вихрові струми (струми Фуко), що виникають при цьому, в результаті розсіювання енергії нагрівають днище металевого посуду. Потужність, що виділяється в провіднику при такому нагріві, залежить від частоти і напруженості електромагнітного поля, розмірів провідника, відносній магнітній проникності.Джерелами електромагнітного поля служать індуктори.

Переваги індукційних нагрівачів:

• безінерційний нагрів, що скорочує час теплової обробки на 40 відсотків;

• високий ККД;

• найбільш точне дотримання температурного режиму.

Недоліки індукційних нагрівачів:

• висока вартість устаткування;

• днище посуду повинне бути з феромагнітного матеріалу.

Газові пальники

Газ є другим по важливості після електроенергії енергоносієм, активно вживаним на закладах харчування. Не дивлячись на те, що в порівнянні з дорожчою електричною енергією тепло, отримуване в результаті спалювання газу, дешевше, деякі чинники все ж таки не дозволяють говорити про перевагу цього альтернативного енергоносія. " Блакитне паливо" вибухонебезпечне, крім того, неправильна експлуатація устаткування може привести до отруєння персоналу чадним газом. Для централізованого підведення палива необхідні дорогі магістральні газопроводи. Крім цього потрібний постійний контроль системи газопостачання з боку фахівців Держнагляду.

Основним елементом будь-якого приладу, що працює на газі, є пальник — теплогенеруючий пристрій, в якому відбувається змішування повітря з газоподібним паливом з подальшою подачею до вихідного отвору і спалюванням її тут з утворенням стійкого фронту горіння (факела).

Пальники повинні:

• забезпечувати повне спалювання газу;

• працювати стійко, без відриву і проскакування полум'я в необхідному діапазоні продуктивності тепла;

• бути надійними і безпечними в експлуатації.

Залежно від способу спалювання газу пальника підрозділяються на:

• дифузійні, в камері згорання яких за рахунок дифузії проходить часткове і незавершене змішення газу з повітрям;

• інжекційні, з повним попереднім змішенням газу і повітрям.

Дифузійні пальники бувають з природною подачею повітря з навколишнього середовища і з штучною (примусовою) подачею, коли повітряні маси нагнітаються вентилятором. Інжекційні пальники є пристроями внутрішнього змішування з природною і примусовою подачею повітря. У них повітря для горіння засмоктується (інжектируєтся) за рахунок енергії струменя газу, який витікає з отвору малого перетину — сопла. Змішування газу і повітря відбувається всередині корпусу пальника.

Переваги інжекційних пальників:

• простота у виготовленні і в обслуговуванні;

• не вимагається додаткової витрати енергії для подачі повітря;

• при коротшому полум'ї температура горіння газу більш висока, ніж у дифузійних пальників, що дозволяє застосовувати їх для обігріву наплитного посуду;

• високий ККД при зміні тиску газу в мережі і при регулюванні теплового режиму.

Найбільшого поширення набули інжекційні пальники (рис. 16), чия конструкція має на увазі наявність регулятора подачі первинного повітря, насадки, сопла і змішувача-інжектора. Принцип дії такого пальника достатньо простий. Газ подається в її сопло. Оскільки діаметр газопровідної трубки значно більше розміру сопла, газ виходить з останнього з надмірним тиском, таким чином, створюючи в змішувачі-інжекторі розрідження. За рахунок цього в змішувач з навколишнього середовища підсмоктується " первинне" повітря (від 30 до 70 відсотків об'єму, необхідного для повного згорання газу). Недостатня кількість повітря (" вторинне" повітря) поступає в камеру згорання з атмосфери за рахунок інжекційної дії газоповітряних струменів.

Рис. 16. Принципова схема інжекційного газових пальників

1 – газопровід; 2 – пробковий газовий кран; 3 – сопло; 4 – регулятор первинного повітря; 5 – інжектор-змішувач; 6 – насадка; 7 – вогневі отвори.

2. Універсальні теплові апарати

Універсальні теплові апарати здатні виконувати практично всі види кулінарної обробки сировини, а також розігрівати кулінарні вироби.

Плити за видом теплоносія поділяються на електричні та газові.

Класифікація електроплит за видом жарильної поверхні

Відповідно до функціональних елементів плити поділяють на апарати з:

- жаровою шафою (рис. 17);

- тепловою шафою;

- інвентарними шафами;

- водонагрівачем.

При використанні спеціальних плит процес смаження кулінарних виробів можна здійснювати без використання наплитного посуду безпосередньо на жарильній поверхні.

Рис. 17. Принципова схема чотириконфоркової плити з жаровою шафою:

1 – каркас; 2 – бортова поверхня;
3 – конфорки; 4, 9 – верхня і нижня групи ТЕНів; 5 – висувний піддон;
6 – блок керування; 7 – лист;
8 – піддон

В індукційних плитах під робочою поверхнею встановлено генератор перемінного електромагнітного поля. Завдяки енергії цього поля нагрівається лише наплитний посуд, а тепловтрати у навколишнє середовище відсутні. Передбачене автоматичне відмикання плити через хвилину, якщо на жарильній поверхні нема наплитного посуду.

Пароконвекційні печі чи пароконвектомати (рис. 18) призначені для теплової обробки м’ясних і рибних продуктів, овочів, картоплі, круп, розстойки і випічки хлібобулочних і кондитерських виробів, а також для здійснення процесів теплового консервування.

Конструкція пароконвектоматів об’єднує в одному апараті конвекційну жарову шафу і традиційний пароварильний апарат. При сполученні режиму приготування на парі і режиму подачі гарячого повітря з’явилася можливість приготування кулінарної продукції при високих температурах з дозованою і контрольованою подачею пари.

Режими приготування кулінарної продукції у пароконвектоматах

Теплогенеруючими пристроями, що забезпечують нагрівання робочої камери апаратів, є кільцеві ТЕНи, розташовані вздовж задньої панелі камери (для електричних моделей), або газові пальники, розташовані в нижній частині апарата (для газових моделей). Відцентрові вентилятори, що забезпечують примусовий зі швидкістю 3…5 м/с рух теплоносія всередині камери пароконвектоматів, працюють з автореверсом, що періодично змінює напрямок обертання і забезпечує рівномірне температурне поле в камері.

Використання пароконвектоматів дозволяє готувати одночасно як кулінарну продукцію одного виду, так і страви з різних видів сировини – овочів, риби, м’яса, що вимагають однакових режимів приготування; змішування запахів страв, що приготовляються, при цьому виключається.

Як свідчать спеціальні дослідження, використання пароконвектоматів дозволяє забезпечувати, порівняно з традиційними способами теплової обробки, скорочення часу приготування продуктів на 30…50%, зниження втрат маси продуктів до 30%, електроенергії – понад 60%, води – до 40%.

Рис. 18. Панель управління пароконвектомата:

1 – основний вимикач; 2 – кнопка " Пам’ять програмування";
3 – дисплей виведення номера програми з пам’яті; 4, 5 – кнопки електронної установки програми, виведеної з пам’яті; 6 – кнопка " Пара"; 7 – кнопка " Готування при низьких температурах"; 8 – кнопка " Комбінація пари і гарячого повітря"; 9 – кнопка " Гаряче повітря"; 10 – кнопка " Регенерація"; 11 – кнопка встановлення тривалості теплової обробки (год, хв); 12 – дисплей цифрової індикації тривалості теплової обробки (год, хв);
13, 14 – кнопки електронної установки тривалості теплової обробки; 15 – кнопка " Температура всередині шафи"; 16 – показання температури всередині шафи (попередньої і фактичної);
17, 18 – кнопки електронної установки температури всередині шафи; 19 – дисплей цифрової індикації температури на кінці щупа; 20 – кнопка " Температура на кінці щупа"; 21, 22 – кнопки електронної установки температури на кінці щупа; 23 – кнопка " Зволоження"; 24 – перемикач " Старт/Стоп"