Photo001

W technologii żywności, z uwagi na powszechne użycie paliw stałych, stosuje się, jak już wspomniano wyżej, ogrzewanie pośrednie. Ciepło wytworzone w czasie spalania w kotłach parowych o różnej konstrukcji i sprawności (zwykle 70-75%) jest dostarczane do żywności albo przez ścianę wymiennika cieplnego oddzielającego produkty spalania od żywności, albo za pośrednictwem czynnika pośredniczącego, np. wody czy gorącego powietrza albo pary wodnej. Najczęściej nośnikiem ciepła jest para wodna nasycona lub przegrzana. Jako medium pośredniczące ma ona wiele zalet. Entalpia pary wodnej (suma energii wewnętrznej i energii potencjalnej ciśnienia, potocznie określana jako zawartość cieplna) o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego jest stosunkowo wysoka, np. w temp. 100°C wynosi ona 2679 kJ/kg. Składają się na nią ciepło parowania wody, wynoszące 2260 kJ/kg (84,4% entalpii) i ciepło potrzebne do ogrzania wody od 0°C do 100°C.

W miarę podwyższania temperatury zwiększa się entalpia cieczy, ale zmniejsza się ciepło parowania, dlatego ogólna entalpia układu ulega niewielkiemu wzrostowi. Para wodna jest nietoksyczna, niepalna, charakteryzuje się brakiem wybuchowości, jest bez zapachu oraz jest otrzymywana z powszechnych źródeł.

Powietrze jest gorszym od pary wodnej nośnikiem ciepła, ma małe ciepło właściwe, nie jest toksyczne, ale może przyczynić się do utleniania składników żywności.

5.2. Mechanizm przenoszenia ciepła ^{1 2 3 4}

Zgodnie z prawem Fouriera różniczkowa ilość ciepła dQ przechodząca przez element powierzchni izotermicznej dF prostopadłej do kierunku przepływu ciepła w czasie dr jest proporcjonalna do gradientu temperaturowego, powierzchni oraz czasu i wynosi

dQ = -X~dFdz dl

gdzie: Q - ilość ciepła, J; A - współczynnik przewodzenia ciepła (lub przewodność cieplna), J/(m • K • s) albo W/(m • K); / - odległość, m; F - powierzchnia normalna do kierunku strumienia cieplnego, m³; T - czas, s; t - temperatura, K.

W równaniu tym pochodna cząstkowa jest wspomnianym gradientem temperatury. Jest to stosunek przyrostu temperatury do odległości, na której ten przyrost nastąpił, przy czym odległość ta jest mierzona w kierunku najszybszego wzrostu temperatury, czyli w kierunku, dla którego stosunek jest największy.

Podany wzór jest analogiczny do wzorów opisujących zjawiska dyfuzyjne (ruch masy) lub oporu lepkiego. Zjawiska te noszą wspólną nazwę zjawisk transportu.

Bardziej praktyczny charakter ma równanie na ilość ciepła przenikającego w następstwie przewodzenia

Q=j(?-nF* gdzie: t-t" - różnica temperatur (K), występująca na obydwu powierzchniach przegrody o wymiarze F, m³ i grubości l, m.

Przewodność cieplna właściwa albo konduktywność cieplna odpowiada ilości ciepła (J), przepływającego przez 1 m³ powierzchni w czasie 1 s, przy utrzymaniu różnicy temperatur 1 K na długości (normalnej) 1 m w stosunku do powierzchni izotermicznej. Wynika z tego, że wymiarem A jest J/(m • K • s) albo W/(m • K).

Przewodność właściwą, np. cieczy, można obliczyć z teoretycznego wzoru

gdzie: c - ciepło właściwe albo pojemność cieplna właściwa, J/(kg ■ K), p - gęstość, kg/m⁴; M- masa cząsteczkowa; A - współczynnik zależny od stopnia asocjacji cieczy (od 1,52- 10^ dla cieczy niezasocjowanych do 1,29 • KT* dla cieczy zasocjowanych).

Przewodność cieplna właściwa półstałych i stałych produktów spożywczych zależy od większej liczby czynników niż dla cieczy. Dochodzą tu dodatkowo zależności związane ze strukturą tkankową i komórkową produktu. W zakresie temperatur od 0 do 30°C przewodność cieplna produktów spożywczych nie podlega większym wahaniom i znając zawartość wody w produkcie można ją w przybliżeniu określić ze w'zoru Komarowa

Ap = 0,60 • (p + 0,26 (1 - <p)

169

1

5.2.1. Przewodzenie albo kondukcja ciepła

Przemieszczanie się albo ruch ciepła z ciała cieplejszego do zimniejszego może się odbywać trzema sposobami:

2

   przez przewodzenie albo przez kondukcję;

3

   przez konwekcję;

4

   przez promieniowanie.

W praktyce przemieszczanie ciepła następuje metodą kombinacji dwóch, a nawet wszystkich trzech dróg jego przenoszenia.

Wewnętrzna energia kinetyczna substancji jest w dużym stopniu spowodowana drganiami cząsteczek (oscylacją), przy czym cząsteczki, niezależnie czy stanowią ciało stałe, płyn czy gaz, są tak uwięzione, że nie występuje między nimi relatywnie ruch postępowy. Jeżeli w substancji wystąpi różnica temperatur, to niektóre sąsiadujące cząsteczki mają różną prędkość drgań. Molekuły o największej prędkości drgań przekazują pewną ilość swego ruchu do sąsiednich cząsteczek o mniejszej prędkości drgań. W ten sposób ciepło jest przenoszone przez przewodzenie (kondukcję) z obszaru o wyższej temperaturze do obszaru o niższej temperaturze. Proces termicznej kondukcji trwa dopóty, dopóki temperatura ciała nie zostanie wyrównana w całej rozważanej objętości zajmowanej przez to ciało. Przekazywanie ciepła przez przewodzenie następuje głównie w ciałach stałych. W cieczach oraz w gazach przekazywanie ciepła odbywa się przede wszystkim wskutek wzajemnego ruchu cząstek, czyli przez konwekcję.