Rodzaj studiów: Stacjonarne, ŻCziOŻ	Nr.grupy ćwiczeniowej:	Data wykonania ćwiczenia: 06/11/2013	Temat ćwiczenia: Trzony kuchenne, płyty, płytki grzejne
Nazwiska i imiona:

Wstęp:

Trzony kuchenne, płyty i płytki grzejne są najbardziej rozpowszechnione wśród urządzeń do obróbki termicznej żywności. Dzięki temu procesowi żywność jest bardziej przyswajalna i strawna. Umożliwia również uzyskanie korzystnych cech organoleptycznych – wyglądu, smaku, zapachu.

Praca trzonów kuchennych, płyt i płytek grzejnych polega na ogrzewaniu, czyli przekazywaniu ciepła na drodze przewodzenia, konwekcji lub promieniowania.

Celem badania było porównanie sprawności energetycznej urządzeń w procesie zagotowania wody oraz strat energii w procesie jej gotowania. W badaniu porównywano następujące urządzenia: trzon żeliwny elektryczny firmy Electrolux, trzon glasceramiczny firmy Electrolux oraz trzon indukcyjny firmy Bonet.

Materiał badawczy:

Materiałem badawczym była woda kranowa pobrana do garnków.

Metodyka badawcza:

Trzon żeliwny elektryczny firmy Electrolux jest zbudowany z żeliwnych płytek grzejnych. Grzanie zachodzi na drodze przewodzenia, w związku z tym istotne jest dopasowanie wielkości garnka do wielkości płytki oraz dokładne przyleganie do siebie ich powierzchni, aby zapobiec utracie ciepła. Urządzenie jest sterowane ręcznie i posiada sześć stopni mocy, przy czym stopień 1 ma najniższą moc. Duża ilość ciepła jest tracona z powodu nagrzewania się również obudowy trzonu.

Rysunek nr.1 przedstawia schemat żeliwnej płyty grzejnej.

Trzon glasceramiczny Electrolux jest zbudowany z płyty grubego, żaroodpornego szkła, pod którym znajdują się promienniki ciepła – spirale oporowe. Ciepło przekazywane jest na drodze promieniowania, więc nie jest już tak istotne ścisłe przyleganie garnka do płyty. Istotniejsze jest zakrycie powierzchni promiennika ze względów zdrowotnych oraz ze względu możliwości utraty ciepła. Urządzenie umożliwia pracę na promienniku o większej lub mniejszej średnicy.

Rysunek nr.2 przedstawia schemat płyty ceramicznej.

Trzon indukcyjny firmy Bonet zbudowany jest z ceramicznej płyty, pod którą znajduje się wzbudnik, wywołujący prądy wirowe w ferromagnetycznym dnie naczynia, co umożliwia grzanie. Urządzenie posiada funkcję sterowania dotykowego.

Rysunek nr. 3 przedstawia schemat płyty indukcyjnej.

Pracując z urządzeniami wykonano następujące czynności:

- do trzech garnków odmierzono wodę (3/4 objętości garnka);

- odczytano wskazania watomierza;

- zmierzono początkowe temperatury wody;

- ustawiono garnki na płytach i nastawiono maksymalną moc urządzeń;

- doprowadzono do wrzenia pod przykryciem, mierząc temperatury wody co minutę;

- spisano wskazania watomierza;

- utrzymano stan wrzenia pod przykryciem przez 15 minut przy minimalnej mocy urządzenia;

- odczytano wskazania watomierza;

- utrzymano stan wrzenia bez przykrycia przez 15 minut przy minimalnej mocy urządzenia;

- odczytano wskazania watomierza.

Z poniższych wzorów obliczono odpowiednio:

• Ilość energii włożonej w układ w procesie zagotowania wody:

E_u = W_w − W₀ [Wh]

• Ilość energii włożonej w wodę doprowadzoną do stanu wrzenia przy założeniu, że na podniesienie temperatury 1cm³ o 1^oC potrzebne jest 0,0011626 Wh:

E_w = 0, 0011626 × (100−T₀) × Q [Wh]

• Sprawność urządzenia w procesie

$$n = \ \frac{E_{w}}{E_{u}}$$

• Ilość energii potrzebnej do podtrzymania 1cm³ wody w stanie wrzenia przez 15 minut pod przykryciem:

$E_{w15} = \ \frac{W_{w15} - W_{w}}{Q}$ [Wh]

• Ilość energii potrzebnej do podtrzymania 1cm3 wody w stanie wrzenia przez 15 minut bez przykrycia:

$E_{w30} = \frac{W_{w30} - W_{w15}}{Q}$ [Wh]

• Stosunek E_w30 do E_w15:

$$n = \frac{E_{w30}}{E_{w15}}$$

Gdzie:

W_o – wskazania watomierza przed rozpoczęciem pracy urządzenia [Wh]

W_w – wskazania watomierza po doprowadzeniu wody do wrzenia [Wh]

W_w15 – wskazania watomierza po utrzymaniu wody w stanie wrzenia 15min pod przykryciem [Wh]

W_w30 – wskazania watomierza po utrzymaniu wody w stanie wrzenia 15 minut bez przykrycia [Wh]

T_o – temperatura początkowa wody [^oC]

Q – objętość wody w garnku [cm³]

Wyniki:

Otrzymane wyniki przedstawiono w tabeli nr.1.

Tabela nr.1

Trzon	Żeliwny	Glasceramiczny	Indukcyjny
Objętość wody Q	4000cm^3	1400cm^3	800cm^3
Zerowy odczyt watomierza Wo	0 Wh	0 Wh	0 Wh
Temperatura początkowa wody To	24,8^oC	27,2^oC	25^oC
Czas doprowadzenia wody do wrzenia tw	14,06 min	14,20 min	4,32 min
Odczyt Ww	560 Wh	170 Wh	96 Wh
Odczyt W15	630 Wh	230 Wh	162 Wh
Odczyt W30	1060 Wh	420 Wh	320 Wh
Energia zużyta przez trzon Eu	560 Wh	170 Wh	96 Wh
Energia zużyta przez zagotowaną wodę Ew	350 Wh	118 Wh	70 Wh
Sprawność procesu zagotowania wody ƞ	0,6245	0,6970	0,7267
Energia Ew15 (gotowanie pod przykryciem)	0,0175 Wh/cm^3	0,0429 Wh/cm^3	0,0825 Wh/cm^3
Energia Ew30 (gotowanie bez przykrycia)	0,1075 Wh/cm^3	0,1357 Wh/cm^3	0,1975 Wh/cm^3
Stosunek powyższych energii n	6,14	3,16	2,39

W tabeli nr.2 otrzymane wyniki przeliczono na objętość 1litra.

Tabela nr.2

Trzon	Żeliwny	Glasceramiczny	Indukcyjny
Objętość wody Q	1000cm^3	1000cm^3	1000cm^3
Zerowy odczyt watomierza Wo	0 Wh	0 Wh	0 Wh
Temperatura początkowa wody To	24,8^oC	27,2^oC	25^oC
Czas doprowadzenia wody do wrzenia tw	3,52 min	10,14 min	5,40 min
Odczyt Ww	140 Wh	121 Wh	120 Wh
Odczyt W15	157,5 Wh	164 Wh	202,5 Wh
Odczyt W30	265 Wh	300 Wh	400 Wh
Energia zużyta przez trzon Eu	140 Wh	121 Wh	120 Wh
Energia zużyta przez zagotowaną wodę Ew	87,5 Wh	84,5 Wh	87,5 Wh
Sprawność procesu zagotowania wody ƞ	0,625	0,698	0,729
Energia Ew15 (gotowanie pod przykryciem)	0,0175 Wh/cm^3	0,0429 Wh/cm^3	0,0825 Wh/cm^3
Energia Ew30 (gotowanie bez przykrycia)	0,1075 Wh/cm^3	0,1357 Wh/cm^3	0,1975 Wh/cm^3
Stosunek powyższych energii n	6,14	3,16	2,39

Ilość energii niezbędna do zagotowania wody jest najmniejsza, a sprawność urządzenia najwyższa przy użyciu płyty indukcyjnej. Najkrótszy czas potrzebny do zagotowania wody charakteryzuje trzon żeliwny (niecałe 4minuty), pobiera on przy tym tylko o 20Wh więcej niż trzony glasceramiczny i indukcyjny. Proces gotowania wody jest natomiast najdłuższy przy użyciu trzonu glasceramicznego.

Ilość energii konieczna do podtrzymania stanu wrzenia wody jest mniejsza, gdy gotuje się pod przykryciem. Ilość energii zużytej przy gotowaniu bez przykrycia jest większa, niż gotując z przykryciem: dla trzonu żeliwnego większa o 6 razy, dla glasceramicznego o 3 razy, a dla indukcyjnego o 2 razy.

Porównując czas oraz koszt zagotowania 1 litra wody przy zastosowaniu tych trzech urządzeń otrzymujemy następujące wyniki:

Trzon żeliwny: niecałe 4 minuty – koszt 1,70zł

Trzon glasceramiczny: około 10minut – koszt 1,45zł

Trzon indukcyjny: niecałe 6 minut – koszt 1,40zł

(Przyjęty koszt 1kWh = 60gr).

Wnioski:

Najbardziej korzystne jest użytkowanie trzonów indukcyjnych. Do zagotowania wody zużywają one najmniejszą ilość energii, a co za tym idzie generują najmniejsze koszty, a czas potrzebny do zagotowania wody jest nieznacznie dłuższy niż przy użyciu trzonu żeliwnego. Najmniej korzystne jest użycie trzonu glasceramicznego.