Закон перенесення теплоти в тісті-хлібі при випіканні

Перенесення теплоти в колоїдному капілярно-пористому тілі, яким є тісто-хліб при випіканні, обумовлено кількома явищами:

перш за все теплопровідністю твердого скелету тіста-хліба (згідно закону Фур’є), а також переміщенням вологи всередині заготовки, тобто, внутрішнім масообміном [4].

Основний закон пренесення теплоти в тісті-хлібі при випіканні:

q = -λ*  t+I_пр*і_заг ,

де q – питома щільність теплового потоку, що проходить в одиницю

      часу через одиницю площі ізотермічної поверхні, Вт/м²;

I_пр – приведена ентальпія вологи, яка переміщується в вологому тілі у

       вигляді рідини та пари, кДж/кг;

і_заг – загальна щільність потоку вологи, що переміщується за рахунок

        вологопровідності і термовологопровідності, кг/(м²*с).

і_заг = і_и+і_t = -a´ρ_o* -a´ρ_oδ* t = -a´ρ_o( +δ* t)

І_пр = І_р+І_п = с_в*t_p+ε*r´,

де: І_р  - ентальпія вологи у вигляді рідини, кДж/кг;

І_п - ентальпія вологи у вигляді пари, кДж/кг;

с_в  - питома теплоємність води, кДж/(кг*град);

t_p – температура рідини, град;

        вологому пористому тілі по відношенню до загального потоку

        вологи. При ε=1 перенесення вологи у вигляді пари, при ε=0 – у

        вигляді рідини.

  r´ - питома теплота випаровування, кДж/кг.

Встановлено, що доля масообміну при випіканні тіста-хліба складає до 20% загального перенесення теплоти, що збільшує значення ефективного коефіцієнта теплопровідності приблизно на 15%. Це свідчить про необхідність врахування при експериментальних і розрахункових роботах впливу масообмінних процесів переміщення вологи в колоїдному капілярно-пористому матеріалі при випіканні на теплообмінні процеси, які відбуваються одночасно і які неможливо розірвати. Таким чином бачимо, що випікання тіста-хліба в печах є перш за все тепломасообмінним процесом переміщення теплоти і вологи всередині вологого капілярно-пористого колоїдного тіла [4].

Механізм процесу випікання

В незволоженій атмосфері пекарної камери при температурі пекарної камери біля 200°С поверхневий шар тістової заготовки починає інтенсивно прогріватися, швидко зневоджуючись. Через 1-2 хвилини поверхневий шар заготовки втрачає майже всю вологу і досягає рівноважної вологості, шо дозволяє йому швидко прогріватися до температури 100°С і вище, майже не затримуючись на цій температурі.

Через погану вологопровідність тіста при великій різниці температур поверхневих і глибше розташованих шарів тіста-хліба (відповідно великих градієнтах температур) при випіканні переважає явище термовологопровідності, тобто теплове переміщення вологи від поверхні в середину сиробу до центральних шарів по направленню теплового потоку.

Підведення вологи до поверхні тіста-хліба під впливом градієнта вологовмісту відстає від інтенсивності зневоднювання поверхневих шарів і “зона випаровування” починає поглиблюватися в середину тіста-хліба.

Пари води, які утворюються в зоні випаровування, частково проходять через пори обезводженої скоринки назовні в пекарну камеру, складаючи втрати від упікання, і частково прямують у пори шарів тіста-м’якуша, які прилягають до скоринки, конденсуючись в них.

По мірі прогрівання заготовки градієнт температури зменшується, сили термовологопровідності вже майже не можуть переважити сили вологопровідності в кінці процесу випікання, вони тільки затримують переміщення вологи до поверхні [4].

Поступово хвиля вологи, трохи зменшуючись, підходить до центральних шарів і їх вологість збільшується на 1-2% порівняно з вологістю тіста. В цей період зона випаровування поглиблюється з постійною швидкістю.

На відміну від процесу випікання під час сушіння матеріалів переважають сили вологопровідності при незначних температурних градієнтах.

Направлення потоку вологи в кожний момент процесу буде залежати від чисельного співвідношення сил вологопровідності і термовологопровідності.

Картину направлення сил при випіканні тіста-хліба схематично можна представити таким чином (рис. 2).

Контрольні питання

1. Як називається концентраційне переміщення вологи ?

2. Як називається теплове переміщення вологи?

3. Що є спонукаючою силою термовологопровідності ?

4. Що є спонукаючою силою вологопровідності ?

5. Куди направлено потік концентраційної вологи в кінці процесу випікання ?

6. Яка сила переважає при випіканні тіста-хліба ?

7. Куди направлено потік термовологопровідності в тісті-хлібі в кінці процесу випікання ?

8. Куди направлений градієнт температури ?

9. Куди направлений градієнт вологовмісту ?

10.  Чи впливає перенесення вологи на перенесення теплоти при випіканні?

11.  Що таке приведена ентальпія вологи ?

12.  З чого складається загальна щільність потоку вологи при випіканні ?

13.  Яка доля масообміну при переміщенні теплоти в тісті-хлібі ?

14.  Як розуміти вислів “тепломасообмінні процеси” ?

15.  В якому вигляді переміщується волога ?