INFLUENCE OF VALUES LOADING ON TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS OF COMBI OVENS

Кирпичников В. П.¹, Давыдов А. М.²

¹Доктор технических наук, профессор, ²ORCID: 0000-0001-5308-4752, Кандидат технических наук, доцент, Российский Экономический Университет имени Г. В. Плеханова.

ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ЗАГРУЗКИ НА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПАРОКОНВЕКТОМАТОВ

Аннотация

В статье представлен анализ теоретического исследования влияния величины загрузки рабочей камеры на технико-экономических показателей пароконвектоматов различной производительности. При этом наглядно показано, что чем больше вместимость пароконвектомата, тем выше его к. п. д. и меньше удельный расход электроэнергии на единицу производимой продукции. Доказано, что с уменьшением загрузки резко повышается удельный расход электрической энергии на единицу производимой продукции, а при снижении загрузки до 60% и менее от номинальной величины, необходима замена пароконвектомата на пароконвектомат с меньшей производительностью (вместимостью). Соответственно экономически выгодно иметь пароконвектоматы большой вместимости, но при этом их загрузка должна быть не менее 60% от номинального объема рабочей камеры.

Ключевые слова: пароконвектоматы, анализ пароконвектоматов, энергетическая эффективность пароконвектоматов, расчет пароконвектоматов.

Kirpichnikov V. P.¹, Davydov A. M.²

¹PhD in Engineering, Professor, ²ORCID: 0000-0001-5308-4752, PhD in Engineering, Assistant Professor, Plekhanov Russian University of Economics

INFLUENCE OF VALUES LOADING ON TECHNICAL AND ECONOMIC INDICATORS OF COMBI OVENS

Abstract

The article presents an analysis of the theoretical research of the effect of volume of the load of the working chamber on the technical and economic indicators of combi ovens of different capacity. This clearly shows that the bigger capacity of the combi ovens, the higher the efficiency and lower specific energy consumption per unit of production. It is proved that with a decrease of loading sharply increases the specific consumption of electrical energy per unit of production, when reducing of loading to 60% or less of the nominal value should be replaced with combi ovens to a lower capacity. Accordingly, economically advantageous to have a large capacity combi ovens, but their loadings should be at least 60% of the nominal volume of the working chamber.

Keywords: combi ovens, analysis combi ovens, energy efficiency of combi ovens, combi ovens computation.

Жарка – один из основных видов тепловой кулинарной обработки пищевых продуктов. Она может осуществляться на нагретой поверхности, в парогазовой среде, под действием инфракрасного излучения и путем конвективного нагрева [1, 4].В последнее время широкое распространение в предприятиях общественного питания получила жарка в парогазовой среде при принудительной конвекции. К аппаратам осуществляющим такой процесс жарки относятся пароконвектоматы.

Наличие в рабочей камере аппарата крыльчатки (турбины) вентилятора, обеспечивает рециркуляционное движение греющей среды с высокой скоростью. Благодаря этому обеспечивается равномерное температурное поле по всему объему рабочей камеры и значительно интенсифицируется нагрев пищевого продукта. При этом продолжительность приготовления сокращается в среднем на 20%[1, 3], что в свою очередь обеспечивает меньшее термическое разрушение сырья и соответствующее сохранение полезных веществ и, как следствие, обеспечивает более высокое качество готовых изделий.

В рабочей камере данных аппаратов продукт размещают в не высоких противнях (гастроемкостях) в основном размером GN 1/1. Серийно выпускаются отечественные и зарубежные конвективные аппараты на 6, 10 и 20 противней (уровней).

Все пароконвектоматы имеют автоматизированную систему принудительного увлажнения греющей среды за счет полученного в парогенераторе (бойлере) пара или подачи в аппарат мелкодисперсной воды из форсунки (инжектора). В зависимости от системы увлажнения пароконвектоматы делятся на аппараты бойлерного и инжекционного типа.

В предприятиях общественного питания находится в эксплуатации большое количество различных типов пароконвектоматов отечественного и зарубежного производства. Все эти пароконвектоматы по устройству и принципу действия – аналогичны. Они различаются, количествомуровней исистемой управления, а так же различными дополнительными функциями [1].

В качестве примера рассмотрим программируемые пароконвектоматы бойлерного типа производителя ОАО«Чувашторгтехника»(рис.1.) на 6 (ПКА-6-1/1ПП2), 10 (ПКА-10-1/1ПП2) и 20 (ПКА-20-1/1ПП2)противней[7].

Рис. 1 - Программируемые пароконвектоматыбойлерного типа: а–ПКА-6-1/1ПП2; б – ПКА-10-1/1ПП2; в – ПКА-20-1/1ПП2.

 

Анализ технико-экономических показателей пароконвектоматов можно провестина примере жарки котлет натуральных рубленых (рецептура 839) [6]. При этом полезное количество теплоты (Q_пол)– это количество теплоты затраченной на нагревание котлетной массы загружаемой в рабочую камеру, которое определяется по формуле:

Q_пол = c_к∙m_н∙(t_к – t_н), кДж,     (1) где с_к – теплоемкость котлетной массы (3,56), кДж/(кг∙К); m_н – номинальнаямасса котлет загружаемых в рабочую камеру, кг; t_к, t_н – соответственно конечная и начальная температуры котлетной массы (100 и 20), ºС.

Теплоемкость котлетной массы рассчитывается по приближенной универсальной для всех влажных продуктов формуле [1].

c_к =  ,      (2) где а – влажность котлетной массы 75 % [1]; 4,19 и 1,68 – соответственно теплоемкость воды и сухих веществ, кДж/(кг К);

К.п.д. пароконвектомата 0,5…0,7[3], принимаем 0,6. Соответственно затраченное количество теплоты (Q_затр) определится по формуле

Q_затр= , кДж.     (3)

Продолжительность жарки состоит из периода разогрева (τ_раз) и периода выдержки при постоянной температуре для доведения до готовности (τ_дг). При этом продолжительность периода разогрева определяется по формуле

τ_раз = , мин,    (4)

где τ_раз–продолжительность разогрева, мин; P – мощность пароконвектомата, кВт.

Продолжительность же периода доведения до готовности (τ_дг) составляет 4...6 мин [1]. Принимаем 5 мин. Кроме того, необходимо учесть время на загрузку и выгрузку (τ_зв) продукта, которое для пароконвектомата с 6 противнями составляет1,5 мин, с 10 противнями – 2,5 мин и с 20 противнями – 5,0 мин.Тогда общая продолжительность (τ_общ) тепловой кулинарной обработки котлет натуральных рубленыхв пароконвектомате составит

τ_общ = τ_раз+ 5 + τ_зв.     (5)

Соответственно количество жарок (N) в час составитN = 60/τ_общ.

В течение рабочего дня, в зависимости от типа предприятия, его мощности и режима работы, продолжительность работы пароконвектомата колеблется в широких пределах: от 2 до 10 часов. Принимаем продолжительность работыпароконвектомата в течение рабочего дня 6 часов. При этом простои пароконвектомата в течение рабочего дня в дежурном режиме учитыватьне будем, так как расход энергии пароконвектоматом за период простоя в дежурном режиме,не связан с величиной загрузки рабочей камеры и всегда приводит к увеличению удельного расхода электрической энергии.

Кроме того, продолжительность разогрева пароконвектоматов данного типа не более пяти минут [7], благодаря чему нет необходимости держать их постоянно во включенным состоянии в периоды простоев, что приводит к значительному снижению удельного расхода электроэнергии на единицу производимой продукции.

Номинальная загрузка рабочей камеры пароконвектомата определяется исходя из количества противней загружаемых в рабочую камеру и количества котлет размещаемых в одномпротивне. Площадь противня типа GN 1/1 равна 0,17 м² (1700 см²), а площадь котлеты–примерно 85 см²[5] при массе полуфабриката (одной котлеты) 143 г [6].Соответственно масса котлет загружаемых в одну емкостьс учетом коэффициента заполнения котлетами жарочной поверхности 0,8[1]составляет:m₁= 1700×0,8/85×143 = 2288 г = 2,29 кг.

Удельный расход электроэнергии на тепловую кулинарную обработку котлет определяется по формуле

ω = ,       (6) где ω – удельный расход электроэнергии, кВт∙ч/кг; W_общ – суммарный расход электроэнергии за час, кВт·ч; m_ч – масса подвергшихся жарке котлет за час, кг.

Результаты расчета при номинальной (полной) загрузке пароконвектомата котлетами натуральными рубленымипредставлены в табл. 1.

 

Таблица 1 - Основные технико-экономические показатели пароконвектоматов

Из приведенной табл. 1 видно, что с увеличением массовой мощности продолжительность разогрева изделий уменьшается, а удельный расход электроэнергии на единицу производимой продукции на тепловую кулинарную обработку возрастает. С экономической точки зрения наиболее выгодным является соотношение мощности и величины загрузки рабочей камеры у пароконвектомата ПКА-10-1/1ПП2 и составляет 0,54 кВт/кг.

С изменением величины загрузки рабочей камеры изменится полезное количество теплоты (Q_пол)пропорционально изменению массы загрузки. Однако продолжительность периода доведения до готовности котлет при постоянной температуре и продолжительность загрузки и выгрузки останутся неизменными не зависимо от массы загружаемого продукта. Соответственно изменение массы загрузки приведет к пропорциональному сокращению только периода прогревания котлет до установившейся температуры.

Исходя из принятой ранее продолжительности периода доведения до готовности (τ_дг),продолжительности загрузки и выгрузки (τ_зв) и рассчитанной продолжительность разогрева (τ_раз) продукта можно определить общую продолжительность (τ_общ) процесса тепловой кулинарной обработки с изменением массы загрузки и соответственно удельный расход электрической энергии на процесс в зависимости от массы загрузки.Результаты расчета представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты расчета удельного расхода электроэнергии  от массы загрузки

Из приведенной табл. 2 видно, что с уменьшением величины загрузки общая продолжительность тепловой кулинарной обработки котлет уменьшается, а количество жарок и удельный расход электроэнергии возрастают. При этом возрастание удельного расхода электроэнергии наиболее ярко выражено (в 2,96 раза) у пароконвектомата (ПКА-20-1/1ПП2)с максимальной массовая мощность (0,76 кВт/кг).

Масса котлет произведенная за рабочий день при различной загрузке рабочей камеры составит

m_р = m·N·6 кг,      (6)

где m_р – масса котлет подвергшихся тепловой кулинарной обработке за рабочий день, кг/день;

m– единовременная загрузка пароконвектомата, кг/загр;

N – количество жарок (загрузок) в час, загр/ч;

6 – количество часов работы пароконвектомата за рабочий день, ч/день.

Масса котлет прошедших тепловую кулинарную обработку в пароконвектомате за годопределяется по формуле М_к =m_р·n,     (7) где М_к–масса котлет прошедших тепловую кулинарную обработку в пароконвектомате за год, кг n – число рабочих дней предприятия в год (принимаем 353).

Так годоваямассажареных котлет при номинальной загрузке рабочей камеры составит: для пароконвектомата ПКА-6-1/1ПП2–97181 кг; ПКА-10-1/1ПП2– 132410 кг иПКА-20-1/1ПП2– 284200 кг.

Расчет годового потребления электроэнергии пароконвектоматом в кВт·ч производится по формуле

W_год = М_к·ω·1,05,        (8)

где 1,05 – коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в распределительной сети.

Цена на электрическую энергиюразлична для различных потребителей и различных регионов РФ. Возьмем стоимость электроэнергии для торговых предприятий г. Москвыпо одноставочному тарифу действующему с 1 июля 2015 года – 5,03руб/кВт·ч[8]. Результаты расчетов годового расхода электроэнергии и ее стоимости (С_э) при жарке постоянной массы котлет при различной загрузке рабочей камерысведены в табл. 3.

Таблица 3 - Результаты расчета экономической эффективности пароконвектоматов от массы загрузки

Из приведенных данных наглядно видно, что с уменьшением загрузки пароконвектомата затраты на электроэнергию существенно возрастают. Так при работе пароконвектомата с загрузкой 0,2 от номинального значения при производстве номинальной массы котлет в годоплата за электроэнергию возрастет в среднем в 2,56 раза. При этом переплата за год в рублевом выражении составит: для ПКА-6-1/1ПП2– 148847руб.; ПКА-10-1/1ПП2– 188816руб.; ПКА-20-1/1ПП2– 765516руб.

Следует учитывать, что полученные результаты соответствуют работе пароконвектомата в течение рабочего дня 6 часов. Соответственно с увеличением продолжительности работы пароконвектомата в течение рабочего дня резко возрастет и переплата за электроэнергию.

При неправильном выборе пароконвектомата (завышена вместимость) он постоянно будет работать в недогруженном режиме. Если средняя загрузка пароконвектомата составляет 60% и менее от номинальной величины, то необходима его замена на пароконвектомат с меньшей производительностью (вместимостью), что приводит к значительному снижению удельного расхода электроэнергии. При стоимости пароконвектоматов на сегодняшний день: ПКА-6-1/1ПП2– 313900 руб., ПКА-10-1/1ПП2– 341020 руб. и ПКА-20-1/1ПП2– 549900 руб. [7] такая замена быстро окупится.

Литература

1. Кирпичников В. П., Ботов М. И. Оборудование предприятий общественного питания. Ч.2. Тепловое оборудование: уч. для студ. высш. учеб.заведений, издание второе: – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 496 с.
2. Кирпичников В. П., Давыдов А.М. Математическая обработка результатов исследования границ недопустимых температур тепловых аппаратов предприятий общественного питания.Вестник Российского Экономического Университета имени Г.В.Плеханова №1 (85) 2016. С.108-111.
3. Кирпичников В. П., Ботов М. И., Давыдов Д.М. Исследование процессов размораживания и разогрева кулинарной продукции в аппарате с принудительной конвекцией теплоносителя. Труды Инженерно-экономического института. Вып. 4. – М.: Изд-во Россельхозакадемии, 2004. – 569 с.
4. Давыдов Д.М.,Ботов М. И.,Кирпичников В. П.Электротепловое оборудование предприятий индустрии питания: учебное пособие. – Москва: ФГБОУ «РЭУ им. Г.В.Плеханова», 2012. – 144 с.
5. Никуленкова Т.Т., Ястина Г.М. Проектирование предприятий общественного питания. – М.: КолосС, 2006. – 247с.
6. Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий. Нормативная документация для предприятий общественного питания. Сост. Румянцева А.В. – М: Издательство «Дело и Сервис», 1998. – 864 с.
7. Пароконвектоматы [Электронный ресурс] URL: http://www.torgtech.ru/catalogue2015(дата обращения 12.04.2016).
8. Тариф на электроэнергию в Москве 2015[Электронный ресурс] URL:http://www.ruscable.ru/articles/tarifs/doc/Tarifi_2015/Tarify_na_elekt-roenergiu_v_Moskve_2015(дата обращения 12.04.2016).

References

1. Kirpichnikov V. P., Botov M. I. Oborudovanie predpriiatii obshchestvennogo pitaniia. Ch.2. Teplovoe oborudovanie: uch. dlia stud. vyssh. ucheb.zavedenii, izdanievtoroe: – M.: Izdatel'skiitsentr «Akademiia», 2012. – 496 p.
2. Kirpichnikov V. P., Davydov A.M. Matematicheskaia obrabotka rezul'tatov issledovaniia granits nedopustimykh temperatur teplovykh apparatov predpriiatii obshchestvennogo pitaniia.Vestnik Rossiiskogo Ekonomiche-skogoUniversitetaimeniG.V.Plekhanova №1 (85) 2016. pp.108-111.
3. Kirpichnikov V. P., Botov M. I., Davydov D.M. Issledovanie protsessov razmorazhivaniia i razogreva kulinarnoi produktsii v apparate s pri-nuditel'noi konvektsiei teplonositelia. Trudy Inzhenerno-ekonomicheskogoinstituta.Vyp. 4. – M.: Izd-voRossel'khozakademii, 2004. – 569 p.
4. Davydov D.M., Botov M. I., Kirpichnikov V. P. Elektroteplovoe oborudovanie predpriiatii industrii pitaniia: uchebnoeposobie. – Moskva: FGBOU «REU im. G.V.Plekhanova», 2012. – 144 p.
5. Nikulenkova T.T., Iastina G.M. Proektirovanie predpriiatii obshchestvennogo pitaniia. – M.: KolosS, 2006. – 247 p.
6. Sbornik retseptur bliud i kulinarnykh izdelii. Normativnaia dokumentatsiia dlia predpriiatii obshchestvennogo pitaniia.Sost.Rumiantseva A.V. – M: Izdatel'stvo «DeloiServis», 1998. – 864 p.
7. Parokonvektomaty [Elektronnyiresurs] URL:  http://www.torgtech.ru/catalogue2015 (data obrashcheniia 12.04.2016).
8. Tarif na elektroenergiiu v Moskve 2015 [Elektronnyiresurs] URL: http://www.ruscable.ru/articles/tarifs/doc/Tarifi_2015/Tarify_na_elekt-roenergiu_v_Moskve_2015(data obrashcheniia 12.04.2016).