Cuptoare de pine 110

11.2. Cuptoare nclzite cu abur saturat de nalt presiune 11.2.1. Principiul de funcionare. Scheme constructive La aceste cuptoare, transferul de cldur din incinta cald (focarul) n incinta rece (camera de coacere) se face cu ajutorul aburului saturat de nalt presiune. Prin schimbarea strii de agregare, fr variaie de temperatur, sistemul ap-abur se ncarc cu energie pe care o cedeaz prin revenire la starea iniial. Sistemul ap-abur saturat lucreaz n domeniul de temperaturi 100-374,2oC (374,2oC temperatura punctului critic) care ncadreaz corespunztor domeniul de temperaturi al procesului de coacere (180-270oC), [2,4,9,17]. Nivelul termic la care au loc schimbrile strilor de agregare (ap-abur i abur-ap), pentru ca sistemul s poat primi i ceda cldur, are aadar o valoare intermediar cuprins ntre nivelul termic al incintei calde i al incintei reci. Dintre cuptoarele nclzite cu abur saturat de nalt presiune face parte i cuptorul Dampf, unul din primele cuptoare de acest tip. Cuptorul Dampf (fig.11.2) se compune dintr-o carcas paralelipipedic de zidrie, cu rol de rezisten, de izolare i acumulare de cldur. n interiorul acestei carcase sunt amplasate, n straturi suprapuse, toate elementele funcionale ale camerelor de coacere (dou la numr), dup direcia unor plane paralele, nclinate sub un anumit unghi (15-17 mm/m) care permite curgerea condensului prin evile de nclzire (numite evi Perkins) i observarea tuturor bucilor de aluat.

8' 7

7 8'

8

8'

13 8 1

9

9 5 11

Fig.11.2. Schema constructiv a cuptorului Dampf 1.carcas din zidrie; 2.strat din buci de sticl; 3.strat de umplutur; 4.plac metalic cu inerie termic; 5,5,5.sistem de evi cu robinete; 6.sifon de colectare i evacuare; 7.vatr din ceramic; 8,8.evi Perkins (superioare i inferioare); 9.strat de izolaie; 10.canale de evacuare abur; 11.ui

de ncrcare i descrcare cuptor; 12.denivelare tehnologic; 13.focar.

Procese i utilaje pentru panificaie 111 Tot din categoria cuptoarelor cu abur saturat de nalt presiune, fac parte i cuptoarele de tip Marsakov i HPN, care au focare separate, unde se produce aburul saturat la presiuni diferite, i schimbtoare de cldur (condensatoare) plasate n camerele de coacere 4. Schema de principiu a sistemului de nclzire la cuptoarele Marsakov este prezentat n fig.11.3.

Fig.11.3. Sistemul de nclzire al cuptorului Marsakov

1.focar; 2.sectoare cu evi fierbtoare; 3.economizor; 4.conducte de abur; 5.cuptoare inelare rotative; 6.conducte de condens.

Focarul este de tip turn, iar sectoarele fierbtoare sunt plasate simetric fa de axa focarului, aburul saturat avnd presiunea de 90-150 daN/cm2. Cuptorul propriu-zis este constituit dintr-o camer de coacere inelar, n care se rotete o vatr aezat pe ine de rulare. Camera de coacere este nclzit cu radiatoare formate din evi cu aripioare dispuse radial. Deasupra camerei de coacere se afl dispus camera de fermentare final, de form tot inelar. Cuptorul HPN are sistemul de nclzire fracionat. n focar sunt amplasate ase schimbtoare de cldur (registre) - patru verticale i dou orizontale - fiecare fiind legat n circuit nchis cu un grup de radiatoare (condensatoare) aflate n diverse zone ale camerei de coacere (fig.11.4). Fiecare sistem lucreaz la presiuni i temperaturi diferite, n funcie de suprafaa registrului i poziia de amplasare n focar, corespunztor celor ase zone ale camerei de coacere. Vatra mobil 1 este format din plci articulate, sistem enil, iar camera de coacere este nclinat, datorit nclinrii radiatoarelor 2 necesar colectrii condensului. n prima zon a camerei lipsete radiatorul superior care se nlocuiete cu pulverizatoarele de abur 3 pentru stropirea bucilor de aluat i ntrzierea formrii cojii.

Cuptoare de pine 112 Prenclzitoarele de band 4 sunt legate la unul din registrele orizontale din focar, plasate la partea de sus a acestuia. De asemenea, radiatoarele din zonele V i VI sunt legate la cellalt registru orizontal deoarece n ultima parte a coacerii consumul de cldur se reduce. Celelalte patru registre sunt plasate pe cele patru laturi ale focarului (centralei termice).

Fig.11.4. Camera de coacere a cuptorului HPN 1.vatr mobil (band din plci metalice articulate); 2.radiatoare (schimbtoare de cldur);

3.pulverizatoare de abur; 4.radiatoare de prenclzire a benzii. 11.2.2. Calculul schimbului de cldur n focarul cuptoarelor cu evi Perkins evile Perkins sunt evi nchise la ambele capete, n care se afl ap i vapori de ap n raport volumetric de 1/2. Datorit nclinrii evii apa se gsete n captul din focar, care lucreaz ca un generator de abur, ca evaporator. Restul evii se afl n camera de coacere unde joac rol de condensator. Prin schimbarea strii de agregare (condensare abur saturat condens) se transmite energia caloric din incinta cald n incinta rece sub form de cldur latent. Parametrii sistemului ap abur saturat, din eav, variaz cu presiunea pn la punctul critic (pc=225,6 kgf/cm2; c=374,2oC), cnd apa dispare din sistem i n interior exist numai vapori supranclzii. Pentru a transfera cldura din focar n camera de coacere, trebuie ca temperatura sistemului s fie mai mare dect temperatura camerei de coacere (circa 2500C), care se obine la o presiune ridicat.

evile Perkins se execut din oel tras i au diametrul exterior dext=35 mm, diametrul interior dint=24 mm, se ncearc la presiunea de 300 kgf/cm2 i se umplu 1/3 cu ap distilat, aerul din interior fiind evacuat prin fierberea apei.

Capetele din focar ale evilor Perkins primesc cantitatea de cldur Qf, att prin radiaie Qrf, ct i prin convecie Qkf sau conductibilitate Q, astfel c:

rfkff QQQQ ++= (11.4)

Procese i utilaje pentru panificaie 113 n camera de coacere, capetele evilor Perkins din aceast zon cedeaz (transmit) cantitatea de cldur Qtc, prin radiaie Qrc i prin convecie Qkc: (11.5) kcrctc QQQ += Este necesar ca cele dou cantiti de cldur s fie egale, adic: (11.6) tftc QQQ == Dac Qt este cldura total primit de ntreaga suprafa de nclzire a evilor din focar, iar Qrf, Q, Qkf reprezint cantitile de cldur transmise prin radiaie, respectiv prin conductibilitate sau convecie, atunci bilanul termic al focarului, considernd Q ca o parte din cldura pierdut, poate fi scris astfel:

evtLp

i QQQq

BH +=+

1001 (11.7)

sau: ( ) kfrfevgfoci QQcVHB += " (11.8) unde: B este cantitatea de combustibil ars n unitatea de timp (kg/h); Hi puterea caloric inferioar a combustibilului (kcal/kg); qp procentul pierderilor de cldur n focar; QL cldura intrat n proces odat cu aerul necesar arderii (kcal/h); Qev cantitatea de cldura evacuat (kcal/h); Vg cantitatea de gaze produse de arderea unui kilogram de combustibil (kg gaze / kg combustibil); foc randamentul focarului (foc=0,9-0,97); c, ev cldura specific, respectiv temperatura, gazelor arse la evacuarea din focar (n kcal/kg gaze.oC, respectiv oC), [3,4,17]. Cantitatea total de cldur Qt poate fi calculat cu relaia: ( evamgt cBVQ ) = (11.9) unde a este temperatura iniial a gazelor din focar, iar cm media ponderat a cldurilor specifice c i c, ale gazelor arse, la nceputul, respectiv la sfritul, procesului de schimb de cldur:

eva

evam

ccc

++= "' (11.10)

'cV

H

g

focia

= (11.11) Dac se noteaz raportul Qkf/Qrf=, atunci cldura total Qt va fi: rfrfkfrft QkQQQQ ')1( =+=+= (11.12) unde: k=1,11-1,17 (n calcule se adopt k=1,14). nlocuind n relaia (11.6), se obine:

( evamgrf cBVkQ = '1 ) (11.13)

Expresia cldurii Qrf poate fi scris i din ecuaia schimbului de cldur prin radiaie: (11.14) 4810 mtofrf SCQ =

Cuptoare de pine 114 unde: St reprezint suprafaa total a capetelor evilor din focar (m2); Co coeficientul (constanta) corpului absolut negru (Co=5,67 W/m2.oC sau Co=4,92 kcal/m2hoC4); f gradul de negreal al focarului;

)21(

)1(82,0

flfl

flflf +

= (11.15) fl gradul de negreal al flcrii (fl = 0,85 pentru consum de pcur; fl = 0,4 pentru gaz sau antracit); - coeficient de ecranare a focarului; - coeficient de murdrire a ecranului (=0,35 pentru pcur; =0,65 pentru gaze; =0,6 pentru combustibili solizi pe grtar), [3,4,17].

Relaiile de calcul pentru coeficientul i pentru temperatura medie m, a gazelor din focar, sunt:

f

eSS= (11.16)

respectiv: (11.17) 224 evam =

unde ef SS = este suprafaa total lateral a focarului (Se suprafaa ecranului; - coeficient unghiular). Egalnd expresiile lui Qr i fcnd nlocuirile, se obine:

( )a

evfeva

ato

mg k

SC

cBV

2

38

'

10= (11.18)

unde:

oato

mg BSC

cBV = 3810 (11.19) reprezint invariantul lui Boltzman. Din cele prezentate mai sus, rezult:

2

21

' aev

a

ev

f

okB

=

(11.20)

unde:

4,0'389,01

1

+

=

o

fa

ev

Bk

- pentru combustibili solizi i presiuni nalte n evi;

4,0'474,01

1

+

=

o

fa

ev

Bk

- pentru presiuni reduse n evi.

Procese i utilaje pentru panificaie 115 Pentru a ine seama de radiaia reflectat de evi (Qref), se corecteaz criteriul lui Boltzman cu un coeficient de corecie , dat de relaia:

refrf

ref

QQQ

+= (11.21) Astfel invariantul lui Boltzman se va scrie:

( ) 38 110 atomg

oSC

cBVB = (11.22)

Determinarea suprafeei totale a capetelor evilor din focar se poate face cu destul precizie utiliznd relaia [4]:

][1)1('10.775,0

2238 mk

QS

ev

a

eva

eva

f

tt =

(11.23) Temperatura gazelor evacuate din zona de schimb de cldur, atunci cnd se cunoate St, este dat de relaia [4]: ( )

( )[ ] ( ) 4,04,0384,0

'110.474,0 mgafto

mgaev

cBVkSC

cBV

+=

(11.24)

Cantitatea de cldur transmis camerei de coacere de capetele evilor Perkins Qtc are expresia: ( ) ( )44810 vtcgentcorcctctcctc SCSQ += (11.25) unde: c este coeficientul de transmitere a cldurii prin convecie; Stc suprafaa total a capetelor evilor din camera de coacere; tc temperatura evilor din camera de coacere; cc temperatura camerei de coacere; gen coeficient unghiular general care depinde de geometria incintei de transfer [3,4,9,17]; v temperatura vetrei. ncrcarea termic a unui metru ptrat de suprafa de eav se poate determina cu relaia: ( )448 '10 vtcgenortc Ckq = (11.26) n exploatare evile Perkins pot face explozie, ieind din uz, prin aceasta suprasolicitndu-se termic celelalte evi rmase n funciune. Cauzele ieirii din funciune a evilor Perkins sunt:

- presiuni mari n interior, atunci cnd cldura primit n focar este mai mare dect cantitatea de cldur cedat camerei de coacere (Qf > Qtc);

- presiuni prea mici (1-5 daN/cm2), cnd diferena de presiune care determin curgerea aburului este mai mare dect presiunea hidrostatic datorat nclinrii tubului.

Prin ieirea din funciune a mai multor evi Perkins, randamentul tehnologic al cuptorului scade, consumul de energie crete, evile rmase n funciune lucreaz din ce n ce mai aproape de punctul critic, iar pericolul exploziei cu zgomot este din ce n ce mai mare.

Cuptoare de pine 116

11.3. Cuptoare nclzite cu canale de gaze 11.3.1. Principiul de funcionare. Schema constructiv a cuptorului FTL-2 Cuptoarele cu canale de gaze sunt, n general, cuptoare cu funcionare continu, randamentul lor tehnologic fiind considerat 1, deoarece la timpul de coacere a produselor tc nu se mai adaug nici un alt timp auxiliar, arderea combustibilului, nclzirea camerei de coacere, ncrcarea i descrcarea produselor fcndu-se concomitent cu procesul de coacere. Practic, aceste cuptoare nu au nevoie de acumulatoare de cldur pentru c ntre cldura consumat n camera de coacere Qtc i cldura produs n focar Qf se stabilete un echilibru dinamic, parametrii proceselor de ardere i transfer de cldur fiind constani. Astfel, se estimeaz c toate procesele au loc n condiii statice:

ptcf QQQ += (11.27) unde: Qp este cldura pierdut n procesul de coacere. Principiul de funcionare al acestor cuptoare este prezentat n fig.11.5a, [4]. La cuptoarele cu canale de gaze, transportul cldurii este realizat de gazele care se formeaz n focarul cuptorului, prin arderea unui debit de combustibil B (kg/h), n prezena unei cantiti de aer L0 (kg aer / kg combustibil), fiind coeficientul excesului de aer la ardere. Gazele circul prin canale cu o vitez oarecare, cldura transportat de gaze trecnd la suprafeele interioare (Si) ale canalelor, datorit diferenei de temperatur =g-si, prin radiaie i prin convecie, ceea ce face ca temperatura gazelor s scad. n continuare, cldura traverseaz pereii canalelor prin conductibilitate sub diferena =si-se i este cedat prin suprafeele exterioare (Se) ale canalelor camerei de coacere (cc) datorit diferenei de temperatur =se-cc.

a. b. Fig.11.5. Schema de principiu a funcionrii cuptoarelor cu canale de gaze

Fluxul de c dur ntre gaze i camera de coacere se poate scrie sub forma: l( ) == kkq ccg (11.28) unde k este coeficientul de transmitere a fluxului termic. Pe traseu gazele se rcesc de la temperatura de ardere a=1200-1500oC la temperatura de evacuare ev=300-450oC, n timp ce temperatura camerei de

Procese i utilaje pentru panificaie 117 coacere variaz ntre 200-250oC. Acest lucru face posibil consideraia c pe traseul gazelor exist mai multe sectoare de canale identice constructiv (fig.11..5b), care realizeaz tot attea diferene de temperatur i fluxuri termice:

...321 >> (11.29) ...321 qqq >> (11.30)

Considernd k = const., atunci se poate scrie: ...;;; 332211 === kqkqkq (11.31)

Pentru ca sectoarele de canale s corespund necesitilor tehnologice trebuie ca fluxurile termice s fie aproximativ egale (q1q2q3qteh), ceea ce duce la o construcie diferit a acestor sectoare (fig.11.6), adic:

...321 > RRR (11.33)

Fig.11.6. Schem de canal de gaze cu rezistene termice diferite Acest lucru se obine, de cele mai multe ori, prin ngroarea diferit a pereilor sectoarelor de canal, ceea ce duce ns la creterea masei cuptorului. De obicei, primele sectoare ale canalelor de nclzire, care lucreaz la temperaturi mari (650-1300oC), se cptuesc cu crmizi refractare. Cel mai reprezentativ model de cuptor cu canale de gaze este cuptorul FTL-2 prezentat n fig.11.7, [4]. Prin schimbarea poziiei leagnelor cu un pas, acestea apar succesiv n dreptul gurii de ncrcare 9, unde se execut descrcarea produselor finite i ncrcarea cu buci de aluat. Micarea leagnelor este, deci, intermitent, iar timpul de pas tp, este:

msp ttt += (11.34) unde: ts este timpul de staionare, iar tm timpul de deplasare (micare). Timpul de deplasare este constant, deoarece viteza de deplasare a lanului i pasul de prindere (distana dintre leagne) sunt constante, ceea ce arat c timpul de coacere tc (care este un multiplu al timpului de pas) poate fi modificat numai prin modificarea timpului de staionare ts. La partea superioar a cuptorului FTL-2 se gsete nclzitorul de ap 10, iar de o parte i de cealalt a acestuia se afl generatoarele de abur 11. Traseul canalelor de gaze reprezentat n fig.11.8, se compune din canale cu rezisten termic mare, mijlocie i mic, legate ntre ele prin canale verticale.

Cuptoare de pine 118

Fig.11.7. Schema constructiv a cuptorului cu canale de gaze FTL-2

1.camera de ardere; 2.grtar pentru combustibil; 3.cenuar; 4.canale de aer; 5.leagne articulate; 6.lanuri susinere leagne; 7,7.roi de lan; 8.ghidaje lan; 9.fereastr de ncrcare i descrcare cuptor; 10.nclzitoare de ap; 11.generatoare de abur; 12.camer colectare gaze arse; 13.canal orizontal; 14.manta exterioar; 15.canale verticale; 16.canale orizontale n camera de coacere; 17.canale verticale gaze reci; 18.canale regenerare gaze; 19.prize de gaze pentru generatorul de

abur; 20.clapet tiraj co; 21.duze injectare abur; 22.canal evacuare abur n exces; 23.priz de aer cald de protecie.

Gazele de ardere rezultate din focar, cu temperatura 1200-1500oC, intr n

canalul orizontal 13, construit din crmid refractar, cu grosimea bolii corespunztoare pentru a limita fluxul de cldur ce trece n camera de coacere. n dreptul focarului se adaug o manta exterioar 14, pentru a micora schimbul de cldur cu camera de coacere, n zona de radiaie a flcrii. Mai departe, gazele trec prin canalele verticale 15, apoi prin canalele orizontale 16 din interiorul camerei de coacere, cu rezistene termice diferite. Astfel, suprafaa superioar are rezisten termic mic pentru a ceda mai mult cldur vetrei leagnelor, n timp ce suprafaa inferioar are rezisten termic mai mare, fluxul termic transmis venind n contact cu partea de sus a produselor. Gazele rcite sunt preluate de canalele verticale 17 i sunt conduse n canalele orizontale superioare 18, unde sunt regenerate prin amestec cu gazele calde sosite prin canalele 15, temperatura lor ajungnd la 550-650oC, aici fcndu-

Procese i utilaje pentru panificaie 119 se schimb de cldur cu tavanul camerei de coacere. La partea superioar a cuptorului, gazele scald un rezervor cilindric de ap, prin care se recupereaz restul de energie termic, pn ajung la temperatura de 250-350oC, necesar funcionrii coului de fum.

Fig.11.8. Traseul canalelor de gaze la cuptorul FTL-2 Pentru producerea aburului necesar coacerii se folosesc dou prize de gaze (canale verticale) 19, direct din focar, care nclzesc generatoarele de abur 11 i al cror debit poate fi reglat cu ajutorul unor ibre (clapete de reglaj). Aburul necesar coacerii este injectat n camera de coacere prin duzele 21, iar excesul de abur este evacuat prin canalul cu obturator 22, n camera de colectare 12. De aici, pleac i o priz 23 cu depresiune, care colecteaz aerul fierbinte din zona ferestrei de ncrcare, pentru protejarea servanilor contra arsurilor. 11.3.2. Determinarea grosimii pereilor la canalele de gaze

a. Canale de gaze cu rezisten termic mare

Canalele cu rezisten termic mare sunt cptuite, n general, cu crmid refractar, capabil s produc ntre cele dou suprafee ale peretelui o cdere de temperatur suficient de mare pentru a nu depi valorile tehnologice admise. Peretele care cedeaz cldura se construiete sub form de bolt autoportant, pentru a se mri suprafaa exterioar a peretelui astfel nct fluxul termic s fie dirijat pe direcii radiale i s se micoreze densitatea acestuia. Se consider c temperatura de intrare a gazelor n canal este egal cu temperatura gazelor care ies din focar 1g=f, cldura fiind transmis suprafeelor S1 i S2 ale canalului, mai mult prin radiaie i mai puin prin convecie deoarece viteza de deplasare n canal este mic vg0,5 m/s. La echilibru se stabilesc temperaturile p1 pentru suprafaa S1 i p2 pentru suprafaa S2, temperatura suprafeei exterioare fiind pex, iar a gazelor de ieire din canal 2g. De asemenea,

Cuptoare de pine 120 prin suprafaa S1 se transmite camerei de coacere o cantitate de cldur util Qtc, n timp ce prin pereii laterali i inferior se pierde cantitatea de cldur Qp. Temperatura la care lucreaz camera de coacere este cc, [3,4,9,17].

Fig.11.9.Schem de canal cu rezisten termic mare Deoarece sectorul de canal este scurt, se admite c temperaturile p1, p2 i pex au variaii neglijabile pe lungime, deci au valori unice, iar temperatura gazelor n canal are valoarea egal cu:

221 gg

g += (11.35)

Potrivit legii continuitii, orice variaie a fluxului termic stabilit ntre agentul termic i consumator duce la modificarea temperaturilor amintite, care se afl n urmtoarea relaie de coresponden:

ccpexppggg >>>>>> 1221 (11.36) n calculul dimensionrii canalului care trebuie s cedeze cldura impus Qtc se cunosc: k randamentul termic al canalului, care ine seama de cldura pierdut prin suprafaa S2; infiltraiile de aer fals la racordul canal-focar, care modific coeficientul excesului de aer de la f la k; consumul orar efectiv de combustibil B; precum i entalpia gazelor la ieirea din focar I1 i a aerului necesar arderii ILo (kgcal/kg gaze), [3,4,17]. Cantitatea de aer f ls aspirat n canal este dat de relaia: a( )fkoo LL = (11.37) Rezolvarea problemei se realizeaz prin scrierea ecuaiei de bilan termic al canalului: ( ) ptcL QBIQIIB o ++=+ 2,1 (11.38)

sau:

( ) kLtc oIIIBQ += 21, (11.39) fals de unde rezult entalpia gazelor la ieirea din canal I2:

k

tcL B

QIII

o ,

12 += (11.40)

Procese i utilaje pentru panificaie 121 Considernd o sarcin termic admisibil qadm (kcal/m2h), recomandat de practica anterioar, poate fi determinat cantitatea de cldur ce trebuie transmis camerei de coacere Qtc:

admtc qSQ 1' = (11.41)

care conduce la expresia conductanei canalului:

++==

21

1

,

111

hS

Qk tc (11.42)

n care: 1 i 2 reprezint coeficienii globali de transmitere a cldurii, prin radiaie i convecie, de la gaze la suprafaa interioar a canalului, respectiv de la suprafaa exterioar la camera de coacere; h grosimea peretelui canalului; - coeficient de transmitere a cldurii prin conductibilitate; h/ - caracteristica termic a peretelui, [3,4,17]. Neglijnd rapoartele 1/1 i 1/2 care, la canale cu rezisten termic mare, au valori mici n comparaie cu h/, se poate determina relaia de calcul pentru grosimea peretelui canalului: ( )( ) + == kLccgtc oIIIB

S

QSh

21

1,

1 (11.43)

b.Canale de gaze cu rezisten termic diferit

Canalele de gaze care traverseaz camerele de coacere ale cuptoarelor au, n general, sarcini termice diferite pe cele dou fee schimbtoare de cldur,

deoarece faa superioar schimb cldur cu vatra cuptorului Qtcs, n timp ce faa inferioar radiaz suprafaa produselor Qtci. Suma celor dou cantiti de cldur reprezint valoarea total a cldurii transmis camerei de coacere Qtc:

,,,tcitcstc QQQ += (11.44)

Ecuaiile schimbului de cldur al celor dou suprafee (S1 i S3) cu cele

dou sectoare ale camerei de coacere sunt urmtoarele, 1,3,4,6,17: ( ) ( )4241211811, 10 += SCSQ orcccstcs (11.45)

( ) ( )4443433833, 10 += SCSQ orcccitci (11.46) unde: cs, ci coeficieni de transmitere prin convecie de la peretele superior, sau inferior, la camera de coacere; iar 1-2, 3-4 coeficieni unghiulari, [3,4,17]. Deoarece, la partea de sus, diferena ntre 1 i 1 este foarte mic (2-8oC), se poate considera c 11, n timp ce la partea de jos, din cauza izolaiei avem 3>3, si deci 3>1 (3

Cuptoare de pine 122

( 3,3,3 =tciQS

h ) (11.47)

c.Canale de gaze cu rezisten termic mic n cazul canalelor de gaze cu rezisten termic mic, pot exista dou situaii: canale dispuse la marginea camerei de coacere, care face schimb de cldur numai printr-o singur suprafa lateral i canal dispus n mijlocul camerei de coacere care face schimb de cldur prin toat suprafaa lateral.

c1.Canal dispus la marginea camerei de coacere. Canalul se compune din peretele S1, format dintr-o foaie metalic cu diferen foarte mic de temperatur

ntre cele dou fee (practic 1), cu fundul i prile laterale izolate formnd suprafaa S3 cu temperatura 3. Sarcina termic a canalului, stabilit tehnologic este Qtc. La acest tip de canale se neglijeaz schimbul de cldur prin conductibilitate, fa de canalele cu rezisten termic mare, unde aceasta era determinant. n analiza schimbului de cldur se

pornete de la schimbul de cldur n camera de coacere, la schimbul de cldur n canal, iar pentru rezolvare se utilizeaz o metoda grafic, [4]. Astfel, ecuaia schimbului de cldur n camera de coacere este:

( ) ( )2121111, += SCSQ orccctc (11.48) Bilanul termic al sectorului de canal poate fi scris sub forma: ( ) ptcLk QBIQIIB o ++=+ 2,1 (11.49) de unde rezult: ( kLktc oIIIBQ += 21, ) (11.50) Temperatura medie a gazelor n canal este media aritmetic a temperaturii gazelor de intrare 1g, respectiv de ieire din canal 2g, determinarea temperaturii de ieire din canal si a entalpiei acestora fcndu-se cu ajutorul unor diagrame [4,17].

c2.Canal de gaze dispus n mijlocul camerei de coacere. Aceste canale sunt confecionate din tuburi de oel cu seciunea circular sau dreptunghiular prin care circul gaze cu temperatura de 500-650oC i viteza de 0,5-5 m/s, ceea ce influeneaz schimbul de cldur prin convecie. Conform schemei din figur, aceste canale lucreaz ntre dou receptoare de cldur: suprafaa vetrei i suprafaa produselor mpreun cu suprafaa de vatr neecranat. n mod normal, schimbul de cldur cu cele dou receptoare este diferit, deoarece 2>3, dar pentru simplificare se consider c 2=3=r (r temperatura suprafeei receptoare).

Procese i utilaje pentru panificaie 123

n lipsa aerului fals (=0), la un randament al canalului k=1, bilanul termic al fasciculului de canale (tuburi) se scrie astfel:

2,

1 BIQBI tc += (11.51) Pentru schimbul de cldur din tub se poate scrie ecuaia: ( ) ( )4141,811,, 10 gggopgctc ASCSQ += (11.52) iar pentru schimbul de cldur din camera de coacere se scrie ecuaia:

( ) ( )44111811, 10 rrorccctc SCSQ += (11.53) unde: Ag este coeficientul de absorbie relativ al gazului la temperatura 1; c, c coeficieni de transmitere a cldurii prin convecie; g, p coeficienii de emisie al gazelor i al peretelui la temperatura g; r coeficient de emisie la radiaie al suprafeei S1; 1-r coeficientul unghiular al suprafeei S1 i suprafeei receptoare. Gsind I2 din prima ecuaie de bilan termic, pe baza diagramei I- se determin g. Suprafaa S1 se determin fie constructiv, fie cu ajutorul sarcinilor termice specifice sistemului de nclzire [3,4,17]. n general, analiza transferului de cldur se ocup de schimbul de cldur de la gaze la suprafeele interioare ale pereilor canalelor de gaze, de schimbul de cldur ntre aceste suprafee, de trecerea cldurii prin perete i, n final, de schimbul de cldur n camera de coacere. Aceast analiz se face cu scopul de a preciza toate temperaturile ce intervin n lanul fluxului termic i de a pune n eviden legtura ce exist ntre schimbul de cldur din canal i din camera de coacere. Ea se compune dintr-o serie de bilanuri termice. Dintre noiunile ntlnite n ecuaiile de bilan, amintim: Qtc - cldura recepionat de suprafaa S1; Qr(g-1), Qr(2-1), etc. cldura radiat de suprafee i de gaze; Qc (Qc1, Qc2, etc.) cldura transmis prin convecie; Qp cldura pierdut; Q - cldura transmis prin conductibilitate.

Pentru unii coeficieni i constante ntlnite la procesele de transfer termic, prin conductibilitate, radiaie sau convecie, pot fi utilizate valorile care sunt prezentate mai jos, [3,4,15,17].

Astfel pentru coeficientul de conductibilitate se pot folosi valorile: - pentru aer (la 760 mm Hg): la 0oC - = 0,0244 W/m.oC;

la 500oC - = 0,0575 W/m.oC; la 1000oC - = 0,0807 W/m.oC;

Cuptoare de pine 124

- pentru crmid roie (0-300oC): = 0,4640,696 W/m.oC; - pentru vat mineral (0-300oC): = 0,02320,058 W/m.oC; - pentru oel: =40,2459,3 W/m.oC; - pentru oel nalt aliat: =11,615 W/m.oC; - pentru aluminiu (0-500oC): = 230209 W/m.oC; - pentru materiale izolante: = 0,0130,221 W/m.oC; - pentru lemn (20oC): de brad - = 0,116W/m.oC;

de stejar - = 0,198 W/m.oC; Pentru coeficientul de negreal la radiaie normal se pot utiliza valorile: - pentru aluminiu oxidat la 600oC (200-600oC): = 0,11 0,19; - pentru fier oxidat (100oC): = 0,736; - pentru oel oxidat la 600oC (200-600oC): = 0,80; - pentru font oxidat la 600oC (200-600oC): = 0,64-0,78; Coeficientul unghiular care depinde de geometria incintei de transfer sau a

suprafeelor ce se radiaz reciproc, poate fi determinat pe baza datelor prezentate n lucrrile [3,4,17].

La radiaia prin guri dreptunghiulare cu grosimea peretelui de 115 mm, coeficientul unghiular are valori cuprinse ntre 17:

- pentru guri cu L=150-750 mm i l=150 mm: =0,560,69; - pentru guri cu L=150-750 mm i l=300 mm: =0,630,78; - pentru guri cu L=150-750 mm i l=600 mm: =0,680,84; - pentru guri cu L=150-750 mm i l=900 mm: =0,710,87. In tabelul 11.1 sunt prezentate cldurile de vaporizare la presiune normal

pentru cteva gaze mai des ntlnite, [3,4]:

Tabelul 11.1 Cldura de vaporizare Substana Formula

chimic Punct de

fierbere, oC kJ/kg kcal/kg Azot N2 -195,8 199 47,6 Oxigen O2 -183 214 51 Ap H2O 100,8 2257 539 Acid acetic C2H4O2 118,3 405 96,8 Alcool metilic CH4O 64,7 1102 263 Alcool etilic C2H6O 78,3 854 204 Alcool izopropilic C3H8O 97 567 135,4 Eter etilic C4H10O 34,6 1368 327

De asemenea, n tabelele 11.2 i 11.3 sunt prezentate cldurile specifice ale ctorva materiale solide, respectiv mrimile de stare ale apei i vaporilor de ap la saturaie.

Procese i utilaje pentru panificaie 125

Cldurile specifice ale ctorva materiale solide Tabelul 11.2

Cldura specific Cldura specific Materialul Tempera-tura, oC kJ/kg.grd kcal/kg.grd

Materialul Tempera- tura, oC kJ/kg.grd kcal/kg.grd

Aluminiu 0-100 0,949 0,217 Plumb 0-100 0,130 0,091 Fier (pur) 0-100 0,465 0,111 Oel 20 0,447 0,114 Cupru 0-100 0,389 0,093 Font 20 0,540 0,129 Cuar 0-100 0,783 0,187 Azbest 20 0,800 0,190 Cenu 20 0,800 0,190 Sticl 20 0,774 0,185 Lemn 20 2,380 0,570 Crmizi 20 0,840 0,200 Cocs 20 0,840 0,200 Argil 20 0,880 0,210

Mrimile de stare ale apei i vaporilor de ap n funcie de temperatur Tabelul 11.3

Volum specific Entalpia Tempera-tura, oC

Presiunea

daN/cm2Lichid dm3/kg

Vapori dm3/kg

Cldura de vaporizare

kcal/kg Lichid kJ/kg

Vapori kJ/kg

0 0,0061 - - 2500 0 2500 10 0,0123 - - 2477 42,04 2519 20 0,0233 - - 2453 83,83 2537 30 0,0424 - - 2430 125,6 2556 40 0,0737 - - 2406 167,4 2574 60 0,1992 - - 2358 250,9 2609 80 0,4735 - - 2308 334,7 2643 100 1,013 1,0185 1673 2256 418,9 2675 120 1,986 1,0603 891,7 2201 503,6 2705 140 3,615 1,0798 508,7 2143 588,6 2732 160 6,182 1,1021 306,8 2080 675,3 2756 180 10,03 1,1275 193,9 2013 763,0 2776 200 15,55 1,1565 127,2 1940 852,1 2793 250 39,79 1,2512 50,06 1716 1085 2801 374,2 221,3 3,0400 3,040 0 2114 2114

Proprietile fizice ale aerului uscat (gazelor de ardere) la presiune atmosferic

Tabelul 11.4 Temperatura

oC

Densitatea

kg/m3

Cldura specificcp

kJ/kg.grd

Conductivitatea termic, W/m.grd

Vscozitatea dinamic,

N/s.m2

Vscozitatea cinematic,

m2/s 30 1,165 1,005 2,67 18,6.10-6 16,00.10-6

100 0,946 1,009 3,21 21,9.10-6 23,13.10-6

200 0,746 1,026 3,93 26,0.10-6 34,85.10-6

250 0,674 1,038 4,27 27,4.10-6 40,61.10-6

500 0,456 1,093 5,75 36,2.10-6 79,38.10-6

1000 0,277 1,185 8,07 49,0.10-6 177,1.10-6