BILANŢUL TERMIC

PAINE

Bilanţul camerei de coacere face parte din bilanţul general al cuptorului care, pe lângă acesta mai cuprinde bilanţul focarului, al canalelor de gaze şi a sistemelor de recuperare a căldurii evacuată cu gazele.Bilanţul camerei de coacere cuprinde :Qtcc - căldura transmisă camerei de coacere de schimbătorii de căldură,Qc - căldura necesară realizării procesului de coacere,Qaux - călduri auxiliare necesare realizării procesului de coacere,Qp - pierderi inerente de căldură în mediul exterior, Qc Qtcc Qaux Qp Qp

Dacă se ţine seama de suma căldurilor intrate şi ieşite din camera de coacere se obţine schema de mai jos: Qaluat Qpc Qev Q’

abur Q’’abur

Q’

aer Q’’aer

Q’

vatră Q’’vatră

Qtcc åQp

Ecuaţia de bilanţ se scrie sub formă:Qal + Q’

ab + Q’aer + Q’

vatră + Qtcc = Qpc + Qwev + Q’’

abur + Q’’aer + Q’’

vatră + åQp

Dacă se rearanjează termenii, se obţine :Qtcc = ( Qpc + Qwev ) - Qal + AQab + AQacr + AQvatra + EQp / 1 / Gp

Dacă termenii ecuaţiei se raportează la masa de pâine fierbinte obţinută în timpul unei ore, aceştia se obţin sub forma de călduri specifice, exprimaţi în Kj / Kg sau Kcal / Kg.

În calculele curente, termenii ecuaţiei, sub forma de călduri specifice sunt numerotaţi şi ecuaţia are forma :

CAMERA DE COACERE

qtec = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 + q7 + q8

unde:q1 - se consideră căldura utila (teoretica ) necesară procesului de coacere; q2 - căldura necesară supraîncălzirii aburului saturat, necesar umezirii camerei de coacere;q3 - căldura necesară încălzirii aerului necesar ventilării aerului de coacere pentru eliminarea excesului de umiditate;q4 - căldura necesară încălzirii tăvilor, formelor şi a vetrei;q5 - căldura pierduta de suprafeţele laterale;q6 - căldura pierduta prin fundaţii; q7 - căldura pierduta prin radiaţia gurilor deschise;q8 - căldura acumulata de camera de coacere, la intrare în regim de funcţionare sau întreruperi.

1 .Căldura necesară procesului de coacere ( q1 )q1= gm · Cm · ( tm - tal ) + gcj · Csu · ( tcj - tal ) + gwev ( i'' - i' ),

unde:gm, gcj, gwev - masele relative raportate la masa principală a miezului, cojii, apei evaporate;tm ,tCj, tal - temperaturile miezului, cojii, aluatului; i’- entalpia apei la temperatura aluatului; i’’- entalpia masei evaporate la temperatura camerei de coacere;

gm=(1− Pc

W al)⋅ 1

(1− Pc

100 )unde:Pc - pierderi la coacere, Pc = 8 % ;

Wal - umiditatea aluatului, Wal = 44%

gm=(1− 844 )⋅ 1

(1− 8100 )

gm = 0,81 ·1,08 = 0,87 Kg miez / Kg p.c.

gcj=Pc

W al⋅(1−W al

100 )⋅ 1

(1−Pc

100 )gcj=

844

⋅(1−44100 )⋅ 1

(1− 8100 )

gcj= 0,18 · 0,56 · 1,086=0,109 Kg coajă / Kg pâine coaptă (p.c.)

gwev=Pc

100⋅ 1

(1−Pc

100 )

gwev=8

100⋅ 1

(1− 8100 )

gwev = 0,08 · 1,086 = 0,086 Kg apă / Kg p.c.

cm=W al

100⋅cw+(1−

W al

100 )⋅csu

cm - căldura specifică a miezului;csu - căldura specifică a substanţei uscate, csu = 1,67 Kj / Kg grad cw - căldura specifică a apei, cw = 4,187 Kj /Kg grad

cm=44100

⋅4 .187+(1−44100 )⋅1. 67

cm = 0,44·4,187 + 0,93 cm = 2,772 Kj/Kg gradSe consideră:tm = 97° C,tal = 30°C, tcj=100°Ci’’ = 3117 + 1,97 · (tcc- 100) Kj/Kg,unde:tcc - temperatura camerei de coacere, tcc = 250oCi’’ = 3117 + 1,97 · ( 250-100) = 3412,5 Kj /Kgi’ = cw · tal = 4,187 · 30 = 125,6 Kj / Kg

q1=0,87·2,772·(97-30)+ 0,109 ·1,67· (100-30 )+0,086 · (3412,5- 125,6) q1 = 161.57 + 12.74 + 282.67 = 456.98 Kj /Kg

2. Căldura consumată pentru aburire ( q2 )Aburul saturat de joasă tensiune se supraîncălzeşte până la temperatura zonei de coacere în care se introduce :

q2 = A · (i’’-i’), unde:A - consumul de abur în Kg / Kg pâine fierbinteA = 0,1 Kg abur /Kg pâine fierbinteq2 = 0,1 · ( 3412.5 -125,6) = 328,69 Kj / Kg

3. Căldura necesară încălzirii aerului pentru ventilarea camerei de coacere (q3) În camera de coacere, la cantitatea de abur introdusă, se mai adaugă şi cantitatea de abur formată Wev. Pentru a se menţine în mediul camerei de coacere umiditatea absoluta Xcc, se introduce o cantitate de aer L, care are umiditatea Xaer şi temperatura taer. Cantitatea de aer rezultă din ecuaţia : q3 = s( A + Wev ) / ( Xcc - Xaer )t · Xacr · ( tcc – taer)unde :Xcc, Xacr - umiditatea absolută a aerului în camera de coacere şi respectiv, umiditatea absolută a aerului atmosferic s Kg umiditate / Kg aertXaer= 0,012 Kg apa /Kg aer,

Xcc = 0,077 Kg apa / Kg aercaer - căldura specifica a aerului sKj / Kgtcaer= 1,005 Kj/Kgtcc = 250 – 260 °C, taer= 18 – 20 °C

q3=

0,1+0 ,1360 ,077−0 ,012

⋅1 ,005⋅(250−20 )=839 ,25 KJ/Kg p.c.

4. Căldura consumată pentru încălzirea formelor tăvilor sau a vetrei (q 4 )Pentru coacere, bucăţile de aluat se aşează în forme sau pe tăvi. Acestea, la ieşire din cuptor, au temperatura de 130 - 170°C, iar la intrare au temperatura din camera de dospire 30°C. Chiar în cazul coacerii produselor direct pe vatră, daca vatra are temperaturi diferite la ieşire şi intrare, în camera de coacere se consumă o cantitate însemnată de căldură.Cum vetrele, formele şi tăvile pot fi confecţionate din materiale diferite şi pot avea temperaturi diferite, calculul acestei călduri se face sub formă de sumă:

q4 = g’ · c’ · ( t’e – t’

i ) + g’’ · c’’ · ( t’’e – t’’

i ),unde :g’ - greutatea formei / umiditatea de masa de pâineg’ = 0,3 Kg/Kg p.c.g’’ - greutatea vetrei / umiditate de masa de pâineg’’ = 2,01Kg/Kgp.c.ti, te – temperatura tăvilor la intrare, respectiv la ieşire din cuptor,t’

e, t’’e = 130°C

t’i , t’’

i = 30°Cc’= c’’= 0,476Kj/Kgq4 =0,3·0,476 · (130 –30) +2.01· 0,476 ·(130 –30) =109,95 Kj / Kg p.c.

5. Căldura pierdută în secţie prin pereţii laterali ai carcasei cuptorului (q5)Practic aceasta căldură se determină prin diferenţă, dacă se cunoaşte consumul de

energie pentru funcţionarea întregului cuptor, cu ecuaţia : q5 = ( 8 / 1 0 0 ) · q t c c sKj / Kg p.ct

Cuptorul Dampf pierde până la 10%.

6.Căldura pierdută prin fundaţie (q6)Cuptoarele Dampf, se construiesc pe fundaţii, prin care se pierde 1,5 - 2% din consumul

total de căldură. Adopt 1.5% q6 =1.5∙qtcc

7. Căldura pierdută prin radiaţia găurilor şi gurilor deschise (q7) Această pierdere se calculează funcţie de temperatura din dreptul deschiderii camerei de coacere (tcc) , coeficientul de emisie al mediului (e), coeficientul unghiular (f), la radiaţia prin găuri.

q7 = c0 · ε0· φ· F · ( tsi - taer) · t / 60 · 1 / Gpc

unde:ε 0- coeficient de emisie al mediului, e0 = 1;

co - coeficient de radiaţie al corpului negru, c0 = 4,9Kcal/m·h·K ; φ - coeficient unghiular de radiaţie prin găuri, φ = 0,89;t - timp de deschidere, T = 20 min;F - suprafaţa găurilor şi gurilor deschise, F = 0,81 m2;tsi - temperatura suprafeţei interioare, θsi = 2500 C;taer - temperatura aerului atmosferic, θaer = 200 C.

q7 = 4,9 · 1 · 0,89 · 0,81 · ( 250 - 20 ) · 20 / 60 · 1 / 500 q7 = 0,53 Kj/Kg p.c.

8. Căldura pierdută prin acumulare sau pentru intrare în regim de funcţionare (q8) La trecerea cuptoarelor din starea de conservare ( stare rece ) în stare de

funcţionare ( stare caldă ) se consumă o cantitate însemnată de căldură care se acumulează în masele ce compun camera de coacere.La cuptoarele cu vetre fixe, q8 = 0.Revenind la prima ecuaţie şi înlocuind termenii q1, q2, q3, q4, q5, q6, q7, q8, seobţine:

qtcc = 456.98 + 328,69 + 839,25 + 109,95 + 0,08 · qtcc + 0.015∙ qtcc+ 0,53qtcc - 0,08qtcc- 0.015 qtcc = 1735.4 KJ/Kg

qtcc =

1735 .41−0 ,08−0 .015

=1917 . 56KJ/Kg p.c.

Qtcc = 1917.56 · 500 = 958780 Kj / oră

BISCUTII

BILANŢ TERMICBILANŢ TERMIC

Bilanţul termic al camerei de coacere face parte din bilanţul general al cuptorului, care mai cuprinde bilanţul focarului, al canalelor de gaze şi al sistemelor de recuperare a căldurii evacuate cu gazele.

Conform schemei generale căldura transmisă camerei de coacere de schimbătorii de căldură Qtc este egală cu suma dintre căldura necesară procesului de coacere Qc, căldura auxiliară necesară procesului de coacere Qaux şi pierderile de căldură în camera de coacere Qp.

Qtc=Qc+Qaux+QpŢinând seama de căldura intrată în camera de coacere şi cea ieşită,

ecuaţia de bilanţ termic se poate scrie astfel:

Qal+Qabi +Qvatra

i +Qaeri +Qtc=Qpc+Qw . ev+Qab

e +Qaere +Q vatra

e +∑Q p ,Rearanjând termenii obţinem:

Qtc=(Qpc+Qw . ev )−Qal+ ΔQab+ΔQvatr }+ΔQaer +∑Q p¿

QcQauxQpQtc

Coacere

Qpc

QWev

Qeabur

Qeaer

Qevatra

SQp

Qaluat

Q’abur

Qiaer

Qivatra

Qtc

În calculele curente, utilizând căldurile specifice corespunzătoare se poate folosi o ecuaţie de tipul:

qcc=q1+q2+q3+q4+q5+q6+q7+q8 , în care:

q1 – căldura utilă, necesară procesului de coacere,q2 – căldura necesară supraîncălzirii aburului pentru umezirea camerei

de coacere,q3 – căldura necesară încălzirii aerului pentru ventilarea camerei de

coacere, pentru eliminarea excesului de umiditate,q4 – căldura necesară încălzirii tăvilor, formelor şi a vetrei,q2 + q3 + q4 – călduri auxiliare, inerente procesului de coacere,q5 – căldura pierdută de suprafeţele laterale,q6 – căldura pierdută prin fundaţie,q7 – căldura pierdută prin radiaţia gurilor deschise,q8 – căldura acumulată de camera de coacere până la intrarea în regim

de funcţionare sau la întrerupreri,q5, q6, q7 , q8 – pierderile de căldură fără rol tehnologic în camera de

coacere.Aceste călduri se calculează astfel:a) Căldura necesară procesului de coacere:Cantitatea de apă evaporată în timpul procesului de coacere se

determină cu relaţia:mal = mbiscuiţi + mapă

în care: mal – masa aluatului de biscuiţi intrată la coacere, kg; mbiscuiţi – masa biscuiţilor copţi, kg; mapă - cantitatea de apă evaporată la coacere, kg.

351,997 = 341,447 + mapădeci: mapă = 10,55 kg/h = 0,0029 kg/s

Căldura degajată prin apa evaporată se determină cu relaţia:q1 = mapă × r

în care: q1 – căldura de degajată de apa evaporată, kJ; r – căldura latentă de vaporizare, kJ/kg.

r = iv - iliv = 2677 kJ/kgil = 415,2 kJ/kg

r = 2677 – 415,2 = 2261,8 kJ/kgq1 = 0,0029 × 2261,8 = 6,55 kJ/s

q1 = 290 kJ/kg biscuiţib) Căldura necesară supraîncălzirii aburului pentru umezirea

camerei de coacere:q2=a⋅( i,,−i,)

în care: a – consumul de abur, kg abur / kg biscuiţiq2=0 , 015(2884 , 88−129 , 89 )=41 , 32kJ / kg biscuiţi

c) Căldura necesară încălzirii aerului pentru ventilarea camerei de coacere, pentru eliminarea excesului de umiditate:

q3=[ (a+wev /xcc−xaer )⋅caer⋅( tcc−taer) ]în care: xcc, xaer – umiditatea absolută a camerei de coacere, respectiv a aerului atmosferic, kg umiditate / kg aer,

caer – căldura specifică a aerului.q3=[ (0 ,015+0 , 0029/0 ,416−0 , 089 )⋅1 , 005⋅(180−18 ) ]=3 ,886 kJ / kg biscuiţi

d) Căldura necesară încălzirii tăvilor, formelor şi a vetrei:)tt(cmq ,

i,e

,,4 ××

în care: m’ – masele relative ce revin pe un kg de biscuiţi te’, ti’ – temperaturile vetrei sau formelor la intrarea şi la ieşirea din

cuptorq4=1⋅0 , 476⋅(100−34 )=31 , 416 kJ / kg biscuiţi.

e) Căldura pierdută de suprafeţele laterale:q5=0 ,17⋅qcc

f) Căldura pierdută prin fundaţie la cuptoarele tunel este egală cu 0, deci:

q6=0g) Căldura pierdută prin radiaţia gurilor deschise:

q7=c0⋅ξ0⋅ξ⋅F⋅(tSI −taer )⋅τ

60⋅ 1

Gpîn care: c0 – coeficient de radiaţie a corpului negru,

x0 – coeficient de emisie a mediului,x - coeficientul unghiurilor de radiaţie prin găuri,t - timp de deschidere,F- suprafaţa găurilor deschise,taer – temperatura aerului atmosferic,tSI – temperatura suprafeţei interioare,Gp – masa produsului

q7=4,9⋅1⋅0 , 81⋅0 , 81⋅(180−18)⋅6060

⋅ 1341 ,447

=1 ,524 kJ / kg biscuiţi

h) Căldura acumulată de camera de coacere până la intrarea în regim de funcţionare sau la întrerupreri la cuptorul tunel este egală cu 0, deci:

q8=0

În concluzie căldura camerei de coacere qcc este:qcc=290+41 ,32+3 ,886+31 ,41+0 , 17⋅qcc+1 , 524

deci: qcc=443 ,549 kJ / kg biscuiţi

Randamentul camerei de coacere este:

ηcc=qutil

qconsumat=

q1

qcc=290

443 ,549=0 , 65

La ieşirea din cuptor biscuiţii au o temperatură de aproximativ 1000C. Deoarece ei sunt foarte fragili trebuiesc răciţi până la temperatura de 350C.

Fluxul termic necesar pentru răcirea biscuiţilor până la 350C este dat de relaţia:

Q = m×cp×DTîn care: Q – fluxul termic necesar pentru răcirea biscuiţilor, kJ;

m – debitul masic de produs, kg/s; cp – căldura specifică, kJ/kg.K; DT – diferenţa de temperatură, K.m = 333,4 kg/h = 0,092 kg/sDT = 100 – 35 = 650C- temperatura medie: Tm = 67,50Ccp = 2103,7×10-3 kJ/kg.K

Q = 0,09× 2103,7×10-3×DT=12,3 kJ/s.

STICKSURI

Bilanţ termic

Ecuaţia de bilanţ este:

În calculele curente se utilizează căldurile specifice şi relaţia devine:

în care:qtcc - căldura specifică a camerei de coacereq1 - căldura teoretică, utilă, necesară procesului de coacere, sKJ/Kgtq2 - căldura consumată pentru aburire, sKJ/Kgtq3 - căldura necesară încălzirii aerului pentru ventilarea camerei de

COACERE

coacere, sKJ/Kgtq4 - căldura consumată pentru încălzirea vetrei, sKJ/Kgtq5 - căldura pierdută prin pereţii laterali ai camerei cuptorului, sKJ/Kgtq6 - căldura pierdută prin fundaţie, sKJ/Kgt;q7 - căldura pierdută prin radiaţia găurilor şi gurilor deschise, sKJ/Kgt;q8 - căldura pierdută prin acumulare sau prin intrare în regim, sKJ/Kgt.

Calculăm q1:

în care: qsk, qwev - masele relative raportate la masa principală a sticksurilor, apei

evaporatecsk - căldura specifică a sticksurilortsk - temperatura sticksurilortal - temperatura aluatuluii” - entalpia apei la temperatura aluatuluii’ - entalpia masei evaporate la temperatura camerei de coacere.

în care : Pc – pierderile la coacere  Wal – umiditatea aluatului.

în care : F – masa de făină, skgtwf – umiditatea făinii, s%t D – masa drojdie, skgtwd – umiditatea drojdiei, s%tS – masa sării, skgtws – umiditatea sării, s%t.

unde: csu – consumul specific de substanţă uscatăcw – căldura specifică a apei.

Calculăm q2:

unde: q2 – căldura consumată prin aburireA – consumul de abur, kg abur/kg sticksuri fierbinţi.

Calculăm q3:

unde: xcc, xaer – umidităţile absolute ale aerului în camera de coacere şi a aerului atmosferic, skg umiditate/kg aert

caer – căldura specifică a aerului.

Calculăm q4:

Calculăm q5:

Calculăm q6:Pentru cuptoare tunel, q6 = 0

Calculăm q7:

în care: c0 – coeficientul de radiaţie al corpului negruξ0 – coeficientul de emisie al mediuluiξ – coeficientul unghiurilor de radiaţie prin găuriF – suprafaţa găurilor şi a gurilor deschisetsi – temperatura suprafeţei interioaretaer – temperatura aerului atmosfericτ – timpul de deschidereSk – cantitatea de sticksuri.

Calculăm q8:Cuptorul tunel cu bandă are funcţionare continuă, deci q8 = 0.

Aşadar:

PASTE FAINOASE

Bilanţul termic

Deoarece nu în toate etapele procesului tehnologic de fabricare a pastelor făinoase scurte este necesar realizarea unui bilanţ de căldură, vom trata în acest subcapitol doar operaţiile de preuscare şi operaţia de uscare a aluatului.

Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea aluatului (Q1) se determină pe baza căldurii CD a aluatului la uscare .

Q = mCD ( tf – ti )CD = 0,62 – 0,65 s kcal/kg grad tCD = 0,65m = cantitatea de aluat ce urmează a fi încălzit skgtm= 12689,46kgti =temperatura iniţială a aluatului înainte de uscare s0Ctti =100Ctf =temperatura finală de încălzire a aluatului s0Ct

tf =

tc+ ti

2=60+10

2=350 C

tu= temperatura de uscareQ1=

12689 , 46 kg⋅0 ,65 kcal /kg⋅grad⋅(35−10 )0 C=12689 , 46⋅0 , 65⋅25=206203 , 72 kcalCantitatea de căldură necesară pentru evaporarea apei din aluat (Q2) depinde de cantitatea

de apă ce se transformă în vapori A, care se calculeză cu formula:A= ( ma – mp)k skgt

unde : ma= cantitatea de aluat supusă uscare skgtmp= cantitatea de produs obţinut după uscare skgtk= constanta care indică apa evaporată; k= 95%A =(12689,46 – 12085,20)0,95= 574,04kg

Q2= A¿C ev

Cev= căldura de evaporare a apei încălzite la 1000CCev= 540 kcal/kgQ2=574,04¿540=309981, 6kcalConsumul teoretic total de Q pentru uscarea pastelor făinoase de 0,250kg este:Qt= Q1+Q2

Qt=206203,72+ 309981,6= 516185,32kcal

Cantitatea de căldură necesară pentru încălzirea aluatului (Q1) se determină pe baza căldurii CD a aluatului la preuscare.

Q = mCD ( tf – ti )CD = 0,62 – 0,65 s kcal/kg grad tCD = 0,64m = cantitatea de aluat ce urmează a fi încălzit skgtm= 13450,82kgti =temperatura iniţială a aluatului înainte de uscare s0Ctti =100Ctf =temperatura finală de încălzire a aluatului s0Ct

tf =

tc+ ti

2=60+10

2=350 C

tc= temperatura de uscare

Q1= 13450 , 82 kg⋅0 , 64 kcal /kg⋅grad⋅(35−10 )0 C=13450 , 82⋅0 ,64⋅25=215213 ,12kcalCantitatea de căldură necesară pentru evaporarea apei din aluat (Q2) depinde de cantitatea

de apă ce se transformă în vapori A, care se calculeză cu formula:A= ( ma – mp)k skgt

unde : ma= cantitatea de aluat supusă uscare skgtmp= cantitatea de produs obţinut după uscare skgtk= constanta care indică apa evaporată; k= 95%A =(13450,82 – 12689,46)0,95= 723,34 kg

Q2= A¿Cev

Cev= căldura de evaporare a apei încălzite la 1000CCev= 540 kcal/kgQ2=723,34¿540=390603 , 6kcalConsumul teoretic total de Q pentru uscarea pastelor făinoase de 0,250kg este:Qt= Q1+Q2

Qt=215213,12+390603,6= 605816,72kcal