Wstęp:

Gastronomia od zawsze opierała się na obróbce żywności, głównie poprzez ogrzewanie i chłodzenie. I to właściwie podnoszenie temperatury ma największe znaczenie – suszenie, pieczenie, smażenie, gotowanie, blanszowanie. Jednymi z głównych urządzeń grzewczych są trzony i płyty grzewcze. Różnią się one w zależności od sposobu zasilania czy tworzywa, z jakiego są wykonane, a co za tym idzie - sposobu przekazywania ciepła. Wyróżniamy między innymi: gazową płytę grzejną, elektryczną, ceramiczną czy indukcyjną.

Celem badania było dokonanie analizy porównawczej różnych typów trzonów grzewczych: żeliwnego, ceramicznego i indukcyjnego. Ponadto dokonanie charakterystyki technicznej oraz wyznaczenie wskaźników charakteryzujących pracę tych urządzeń grzejnych, takich jak: energię włożoną w układ w procesie zagotowania wody, ilość energii włożoną w wodę doprowadzoną do stanu wrzenia, sprawność urządzenia, energię potrzebną na podtrzymanie 15 minut wrzenia jednego cm³ wody pod przykryciem oraz bez przykrycia.

Metodyka badawcza:

Dwustanowiskowy trzon żeliwny elektryczny firmy Electrolux ze sterowaniem ręcznym wielostopniowym. Zbudowany jest na bazie klasycznych żeliwnych okrągłych płytek grzejnych. Każda płytka ma zamontowaną wewnątrz grzałkę elektryczną. Grzanie polega na przekazywaniu ciepła przez przewodzenie do przylegającego do płytki dna naczynia. W tym systemie sprawą kluczową jest dokładne przyleganie dna naczynia do płytki oraz całkowite jej przykrycie. Niedokładne przyleganie utrudnia przepływ ciepła a odsłonięcie płytki powoduje wypromieniowanie energii do otoczenia.

Dwustanowiskowy trzon glasceramiczny firmy Electrolux ze sterowaniem ręcznym bezstopniowym. Zbudowany jest na bazie promienników ciepła. Pod płytą z grubego szkła żaroodpornego zamontowane są dwa promienniki ciepła w których elementami grzejnymi są spirale oporowe. Każdy promiennik przekazuje ciepło do naczynia poprzez przezroczystą płytę głównie na zasadzie promieniowania. Stąd w tego rodzaju kuchni dno naczynia nie musi tak dokładnie przywierać do płyty jak w przypadku trzonu żeliwnego, lecz powinno zdecydowanie przesłaniać cały promiennik.

Jednostanowiskowy trzon indukcyjny firmy Bonet z wielostopniowym sterowaniem dotykowym. Jest to pojedynczy wzbudnik zamontowany pod płytą ceramiczną. Grzanie indukcyjne polega na wywoływaniu przez wzbudnik prądów wirowych w ferromagnetycznym dnie naczynia. Wzbudnik jest poziomo ułożoną pod płytą cewką zasilana prądem przemiennym o średniej częstotliwości (dane te są najczęściej tajemnicą producenta). Jeżeli w zmiennym polu elektromagnetycznym wzbudnika znajdzie się ferromagnetyk wówczas w jego wnętrzu powstają zmienne prądy wirowe o dużym natężeniu (gdyż materiał ferromagnetyka stawia mały opór mając stosunkowo duży przekrój poprzeczny) których przepływ podgrzewa ów materiał. Dobór odpowiedniej częstotliwości jest sprawą kluczową.

Schemat 1. Schemat płyty indukcyjnej. 1. Garnek z metalu ferromagnetycznego. 2. Prądy indukcyjne. 3. Pole magnetyczne. 4. Cewka indukcyjna. 5. Zasilanie

Funkcją płyt grzewczych jest grzanie substancji znajdujących się w specjalnych naczyniach. Podkreślić trzeba, iż kuchenki indukcyjne potrzebują innych naczyń niż pozostałe płyty – garnki z ferromagnetycznym dnem .

Badanie polega na zagotowaniu odpowiedniej ilości wody pod przykryciem, na możliwie najwyższej mocy. Dokonuje się tego poprzez postawienie naczynia z wodą na przeznaczonym do tego miejscu i pokrętłem ( lub przy użyciu przycisków – w kuchence indukcyjnej) ustawienie największej mocy. Następnie utrzymanie wody w stanie wrzenia przy możliwie najmniejszej mocy - pod przykryciem, w czasie 15 minut, potem bez przykrycia, również w czasie 15 minut. Stopień grzania kontrolujemy przez pokrętła lub przyciski przeznaczone do sterowania urządzeniem, kolejno na każdym trzonie.

Kolejność wykonanych czynności dla każdego z trzonu:

• Do garnka wlewa się odmierzoną objętość wody Q [cm³] – tak żeby był wypełniony w ¾ objętości,

• Robi się zerowe odczyty temperatury wody w garnku T₀ [ºC] i wskazań watomierza W₀ [Wh]

• Ustawia się stanowisko trzonu na pełną moc i doprowadza wodę do wrzenia pod przykryciem mierząc temperaturę T co minutę oraz czas dojścia do wrzenia t_w [min]

• Odczytuje się wskazania watomierza W_w [Wh]

• Regulując moc stanowiska utrzymuje się stan lekkiego wrzenia pod przykryciem przez 15 minut

• Odczytuje się wskazania watomierza W_w15 [Wh]

• Odkrywa się naczynie i regulując moc utrzymuje stan lekkiego wrzenia przez następne 15 minut.

• Odczytuje się stan watomierza W_w30 [Wh]

Sporządza się wykres temperatury w czasie dla procesu zagotowania wody:

WYKRES – NIE POSIADAM DANYCH TEMEPERATUR MIERZONYCH CO MINUTE ;/

Oblicza się ilość energii włożonej w układ w procesie zagotowania wody jako różnice

[Wh]

Oblicza się ilość energii włożonej w wodę doprowadzoną do stanu wrzenia przy założeniu upraszczającym, że na podniesienie temperatury 1 cm³ o 1ºC w całym badanym zakresie temperatur potrzebna jest 1 kaloria, czyli 4.1855 dżula [J] czyli 0,0011626 watogodziny [Wh]

[Wh]

Następnie oblicza się sprawność urządzenia w procesie jako stosunek energii efektywnej (przetworzonej) do całkowitej

[-]

Kolejno oblicza się ilość energii potrzebnej na podtrzymanie 15 minut wrzenia 1 cm³ wody pod przykryciem

[Wh/cm³]

bez przykrycia

[Wh/cm³]

oraz ich stosunek

[-]

Wyniki:

Tabela1) Dane określające parametry wody przygotowanej do badania, czas doprowadzenia wody do wrzenia, odczyty watomierzy, ilość energii włożonej w układ w procesie zagotowania wody, energii włożonej w wodę, energii potrzebnej do podtrzymania wrzenia wody w czasie 15 minut pod przykryciem i bez przykrycia, oraz ich stosunek i sprawność urządzeń, w zależności od rodzaju trzonu.

Trzon	ŻELIWNY	GLASCERAMICZNY	INDUKCYJNY
Objętość wody Q	4000 cm3	1400 cm3	800 cm3
Zerowy odczyt watomierza W0	0 Wh	0 Wh	0 Wh
Temperatura początkowa wody T0	24,8°C	27,2°C	25°C
Czas dopr. 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	349, 71 Wh	118, 49 Wh	69, 79 Wh
Sprawność procesu zagotowania wody	0,6245	0,6970	0,7267
Energia EW15 (got. pod przykryciem)	0,0175 Wh/cm^3	0,0429 Wh/cm^3	0,0825 Wh/cm^3
Energia EW30 (got. 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

Czas doprowadzenia wody do wrzenia jest znacznie krótszy przy użyciu płyty indukcyjnej.

Ilość energii niezbędna do zagotowania wody jest najmniejsza, a sprawność urządzenia najwyższa również przy użyciu płyty indukcyjnej.

Ilość energii konieczna do podtrzymania stanu wrzenia wody jest mniejsza, gdy gotuje się pod przykryciem. Ilość energii zużytej przy gotowaniu bez przykrycia nawet 6 razy większa, niż gotując z przykryciem.

Wnioski:

Najbardziej korzystne jest użytkowanie trzonów indukcyjnych. Do zagotowania wody zużywają one najmniejszą ilość energii i robą to najszybciej, w porównaniu z płytami glasceramicznymi czy żeliwnymi.