Rodzaj studiów: Stacjonarne, ŻCziOŻ	Nr.grupy ćwiczeniowej: Grupa 5, zespół F	Data wykonania ćwiczenia: 20/11/2013	Temat ćwiczenia: Kuchenka mikrofalowa
Nazwiska i imiona: Grzymkowska Urszula Gulska Magdalena Król Marta

Wstęp:

Kuchenka mikrofalowa to powszechnie wykorzystywane urządzenie do podgrzewania, rozmrażania potraw. Wykorzystywana w wilku zakładach gastronomicznych a także w gospodarstwach domowych.

Celem ćwiczenia jest określenie równomierności nagrzewania mikrofalami, wpływu poziomu mocy kuchenki, masy produktu kształtu produktu na czas nagrzewania, badanie procesu rozmrażania oraz określenie sprawności kuchenki.

Schemat urządzenia

Schemat 1. Kuchnia mikrofalowa

Rys.1 Szczegółowy schemat magnetronu

Materiał badawczy

• Woda destylowana

• Mrożona pizza RIGA

Metodyka badawcza

Opis techniczno - technologiczny badanego urządzenia.

Kuchnia mikrofalowa jest to urządzenie które służy do podgrzewania, gotowania grillowania i pieczenia różnego rodzaju potraw. Źródłem mikrofal w kuchence mikrofalowej jest magnetron, który wytwarza fale o częstotliwości 2,45 GHz, co odpowiada długości fali 12,2 cm. Magnetron jest diodą cylindryczną, w której katodą jest metalowy walec emitujący wolne elektrony, umieszczony w anodzie w kształcie pierścienia z rezonatorami wnękowymi. Dioda umieszczona jest między dwoma stałymi magnesami. Elektrony dzięki wzrostowi cząsteczkowej aktywności wewnątrz katody, płyną przez przewodnik od katody do anody, powoduje to powstawanie pola magnetycznego wokół przewodnika. Oscylujące pole mikrofalowe, wytworzone przez drgający obwód rezonansowy, kieruje je falowodem do wnętrza kuchenki.

Częstotliwość drgań mikrofal jest dobrana, aby dzięki rezonansowi pochłaniały ją cząsteczki wody w potrawie, które jako cząsteczki polarne oddziaływają z falami elektromagnetycznymi. Pochłanianie energii przez cząsteczki wody powoduje, że cząsteczki te drgają i obracają się wiele tysięcy razy na minutę, wytwarzając ciepło, które dzięki przewodzeniu dociera do pozostałej części potrawy, powodując podgrzewanie umieszczonego w kuchence produktu.

Do wyrównania natężenia mikrofal w komorze grzewczej kuchni mikrofalowej stosuje się mieszadła a także talerz obrotowy, na który umieszcza się ogrzewany produkt.

Wnętrze kuchenki wyłożone jest materiałem odbijającym promieniowanie mikrofalowe, aby zwiększyć efektywność wykorzystania energii i zabezpieczeń użytkowników przed szkodliwym działaniem promieniowania.

Podatność produktu na pole mikrofalowe zależy od: zdolności zachowania energii mikrofalowej oraz zdolności produktu do przemian energii mikrofalowej w ciepło.

Rozwiązania w kuchence mikrofalowej aby zwiększyć efektywności procesu i podnieść walory smakowe potraw:

• Termoobieg - wentylator w tylnej ścianie komory, równomiernie rozprowadza powietrze, skracając czas przygotowanie potrawy.

• Grill - stalowa lub kwarcowa grzałka o mocy 600-1850 W, zainstalowana najczęściej u góry komory, dzięki której można rumienić potrawy, grzałka kwarcowa rozgrzewa się szybciej, zużywa mniej energii i jest łatwiejsza do czyszczenia.

• Funkcja gotowania na parze - woda wlana do specjalnego pojemnika paruje po rozgrzaniu przez mikrofale

• Gorący talerz - nakładka a obrotowy talerz, zrobiona z materiału szybko nagrzewającego się pod wpływem mikrofal, produkty są ogrzewane też od spodu, co jest ważne na przykład podczas pieczenia ciasta albo frytek.

Wykonanie ćwiczenia:

• Badanie równomierności nagrzewania mikrofalami:

• Przygotować 3 identyczne zlewki napełnione wodą destylowaną po 150cm³ każda.

• Zmierzyć temperatury początkowe wody w zlewkach.

• Wstawić zlewki do komory roboczej na promieniu talerza obrotowego tak, aby pierwsza była na środku druga w połowie promienia a trzecie na krańcu promienia.

• Ustawić maksymalną moc kuchenki.

• Ogrzewać przez 1 minutę następnie sprawdzić temperaturę wody.

• Powtarzać przez kolejne okresy jednominutowe do uzyskania w jednej ze zlewek 100^oC

• Badanie wpływu masy produktu na czas nagrzewania:

• Przygotować 3 zlewki napełnione wodą destylowaną kolejno po 50,100 i 150cm³ .

• Zmierzyć temperatury początkowe wody w zlewkach.

• Pojedynczo wstawiać zlewki do komory roboczej na środku geometrycznym talerza obrotowego.

• Ustawić maksymalną moc kuchenki

• Ogrzewać przez 1 minutę następnie sprawdzić temperaturę wody

• Powtarzać przez kolejne okresy jednominutowe do uzyskania 100^oC

• Te same czynności wykonać dla pozostałych zlewek.

• Badanie wpływu kształtu naczynia na czas ogrzewania:

• Przygotować 4 zlewek o różnym kształcie napełnione wodą destylowaną po 150 cm³ każda.

• Zmierzyć i wyrównać temperatury początkowe w zlewkach.

• Pojedynczo wstawiać zlewki do komory roboczej na środku geometrycznym talerza obrotowego.

• Ustawić maksymalną moc kuchenki.

• Ogrzewać zlewki, mierząc czas aż do temperatury 100^oC.

• Badanie sprawności cieplnej kuchenki mikrofalowej.

• Zapisać stan licznika energii eklektycznej.

• Zważenie 2 pustych zlewek.

• Napełnić wodą destylowaną zlewki jedną 100cm³ a drugą 200cm³.

• Zważenie zlewek z wodą.

• Zmierzenie temperatur zlewek i wody.

• Pojedynczo wstawiać zlewki do komory roboczej na środku geometrycznym talerza obrotowego.

• Ustawić maksymalną moc kuchenki.

• Ogrzewać każdą ze zlewek przez 3 minuty

• Po każdym ogrzewaniu spisać stan licznika energii elektrycznej, temperaturę zlewki i wody

Obliczanie sprawności urządzenie mikrofalowego według wzoru:

η=(Q+Q₁/E*A) 100%

Gdzie:

η- sprawność cieplna kuchenki mikrofalowej.

A - ilość energii elektrycznej kuchenki mikrofalowej.

E - cieplny równoważnik energii elektrycznej (E= 3600kJ*kWh^-1)

Q - ciepło wykorzystane do nagrzania wody [kJ]

Q=m_wc_w(t₂-t₁)

Q₁ - ciepło wykorzystane do nagrzania zlewki [kJ]

Q₁=m_zc_z(t₂-t₁)

c_w- ciepło właściwe wody (c_w =4,19 kJ/kg/K)

c_z- ciepło właściwe szklanej zlewki (c_z =0,8 kJ/kg/K)

m_{w -} masa wody [kg]

m_{z -} masa zlewki [kg]

• Badanie wpływu wykorzystania poziomu mocy kuchenki na czas ogrzewania

• Przygotować 3 identyczne zlewki napełnione wodą destylowaną po 150cm³ każda.

• Zmierzyć i wyrównać temperatury początkowe w zlewkach.

• Pojedynczo wstawiać zlewki do komory roboczej na środku geometrycznym talerza obrotowego.

• Pierwszą zlewkę ogrzewać na maksymalnej mocy, drugą na średniej a trzecią na minimalnej do chwili zawrzenia.

• Mierzyć czas poszczególnych ogrzewań.

• Badanie procesu rozmrażania:

• Zmierzyć temperaturę na powierzchni pizzy bezpośrednio po wyjęciu z zamrażarki.

• Nastawić kuchenkę na odpowiedni program rozmrażania.

• Prowadzić jednominutowe ogrzewania, po których mierzyć temperaturę na powierzchni oraz wewnątrz pizzy.

• Przeprowadzić 5 cykli rozmrażania.

Wyniki:

Zestawienie tabelaryczne i graficzne pomiarów.

Tabela 1. oraz wykres 1. przedstawiają zmiany temperatury w zależności od czasu ogrzewania w mikrofalówce, kolejno dla 3 zlewek z tą samą zawartością wody, rozstawionych na promieniu talerza obrotowego.

Tabela 1. Określenie równomierności nagrzewania mikrofali

	Zlewka 1 (na środku talerza)	Zlewka 2 (w ½ promienia talerz)	Zlewka 3 (na krawędzi talerza)
Temperatura początkowa wody	24,1°C	24,1°C	24,1°C
Temperatura wody po 1 minucie ogrzewania	48,2°C	48,3°C	48,1°C
Temperatura wody po 2 minucie ogrzewania	68,4°C	63,0°C	66,1°C
Temperatura wody po 3 minucie ogrzewania	89,5°C	83,7°C	82,9°C
Temperatura wody po 4 minucie ogrzewania	99,5°C	96,0°C	94,5°C
Temperatura wody po 5 minucie ogrzewania	101,3°C	100,5°C	99,8°C

Wykres1. Równomierność nagrzewania mikrofali

Tabela 2. Przedstawia różnice w czasie nagrzewania się w wody w zależności od objętości grzanej cieczy (brak trzech jednakowych zlewek o pojemności 300 cm³, wykorzystane zlewki o pojemności do 200 cm³).

Tabela 2. Określanie wpływu masy produktu na czas ogrzewania

	Zlewka 1	Zlewka 2	Zlewka 3
Vw (Objętość wody w zlewkach)	50 cm^3	100 cm^3	150 cm^3
Temperatura początkowa wody	24,8°C	24,6°C	24,5°C
Temperatura wody po 1 minucie ogrzewania	101,3°C	95,1°C	85,1°C
Temperatura wody po 2 minucie ogrzewania			110,1°C
Czas nagrzewania wody do momentu wrzenia	44 sekundy	1 minuta 12 sekund	1 minuta 43 sekund

WYKRESS

Tabela 3. Przedstawia, jakie znaczenie ma kształt naczynia, w którym znajduje się nagrzewany produkt na czas, w jakim woda zaczyna wrzeć.

Tabela3.Określenie wpływu kształtu naczynia na czas nagrzewania

	Zlewka smukła	Erlenmajerka	Kolba płaskodenna	Krystalizator
Vw (objętość wody)	150cm^3	150cm^3	150cm^3	150cm^3
Temperatura początkowa wody	24,4°C	24,4°C	24,4°C	24,4°C
Temperatura wrzenia wody	100,4°C	101,1°C	100,9°C	100,9°C
Czas nagrzewania wody do momentu wrzenia	1 minuta 43 sekund	1 minuta 38 sekund	1 minuta 40 sekund	1 minuta 40 sekund

Tabela 4 przedstawia sprawność cieplną kuchenki mikrofalowej w dwóch różnych próbach objętościowych wody.

Tabela 4.Określenie sprawności cieplnej kuchenki mikrofalowej

	Zlewka 1	Zlewka 2
Vw (objętość wody)	100cm^3	200cm^3
Temperatura początkowa zlewki	24,4°C	24,3°C
Temperatura początkowa wody	24,9°C	24,6°C
Temperatura zlewki po 3 minutach nagrzewania	66,6°C	67,4°C
Temperatura wody po 3 minutach nagrzewania	103,5°C	101,4°C
Masa pustej zlewki	0,0858 kg	0,1096 kg
Masa zlewki z wodą	0,1858 kg	0,3096 kg
Stan licznika przed rozpoczęciem pomiaru	0 kWh	0 kWh
Stan licznika po rozpoczęciu pomiarów	0,073 kWh	0,073 kWh
A - ilość energii elektrycznej pobranej z sieci przez kuchenkę	0,073 kWh	0,073 kWh
Q - ciepło wykorzystane do nagrzania wody	147,38 kJ	293,26 kJ
Qz - ciepło wykorzystane do nagrzania zlewki	21,65 kJ	27,73 kJ
Sprawność cieplna kuchenki mikrofalowej	0,64	1,22

Tabela 5 przedstawia zależność między poziomem mocy kuchenki mikrofalowej a czasem ogrzewania.

Tabela 5. Określenie wpływu poziomu mocy kuchenki na czas ogrzewania

Zlewka 1
V - objętość wody	150 cm3
Temperatura początkowa	25,0°C
Moc	900 W
Czas nagrzewania do momentu wrzenia	1 minuta 52 sekund

Zlewka 2
V - objętość wody	150 cm3
Temperatura początkowa	25,0°C
Moc	450 W
Czas nagrzewania do momentu wrzenia	4 minuty 10 sekund

Zlewka 3
V - objętość wody	150 cm3
Temperatura początkowa	25,0 °C
Moc	100 W
Czas nagrzewania do momentu wrzenia	Brak wrzenia nawet po 15 minutach

Tabela 6 przedstawia zmiany temperatury na zewnątrz i wewnątrz materiału badawczego (pizzy) w trakcie procesu rozmrażania.

Tabela 6.Badanie procesu rozmrażania

	Temperatura na powierzchni (pizzy)	Temperatura wewnątrz (pizzy)
Temperatura początkowa	-7,5°C	-
Temperatura po 1 minucie ogrzewania	-5,8 °C	-7,8 °C
Temperatura po 2 minutach ogrzewania	-2,0 °C	-1,6 °C
Temperatura po 3 minutach ogrzewania	-3,3 °C	1,0 °C
Temperatura po 4 minutach ogrzewania	-1,1 °C	5,0 °C
Temperatura po 5 minutach ogrzewania	0 °C	25,0 °C

WYKRESSSS

Wnioski:

• Mikrofale nagrzewają równomiernie produkt niezależnie od strefy nagrzewania w komorze kuchenki mikrofalowej a także niezależnie od kształtu naczynia

• Masa produktu wpływa na czas nagrzewania. Im mniejsza masa tym szybsze nagrzewanie.

• Sprawność cieplna kuchenki mikrofalowej wzrasta wraz ze wzrostem masy produktu

• Poziom mocy kuchenki mikrofalowej wpływa na czas ogrzania produktu, zatem im wyższy poziom mocy tym krótszy czas ogrzewania.

• Proces rozmrażania jest długotrwały i stopniowy. Nagrzewanie powoduje systematyczny wzrost temperatury we wnętrz produkty, który jest szybszy od stopniowego nagrzewania zewnętrznej powierzchni produktu.

1 - łopatki mieszadła

2 - falowód

3 - magnetron

4 - komora robocza

5 - filtr

6 - transformator

7 - talerz obrotowy

8 - żywność

---