Нагревание происходит мягко

ВОПРОС № 1. НАГРЕВАНИЕ

Нагревание и испарение

1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил.

2. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/ [А.Н. Острикова и др.]; под ред. А.Н. Острикова.

3. Аппараты для нагревания пищевых сред.

1. Какими методами нагревают пищевые продукты?

2. В чем особенности нагревания водой?

3. Какими достоинствами обладает процесс нагревания водяным насыщенным паром?

4. В чем недостатки нагрева топочными газами?

5. Как используют электрический ток для нагревания?

6. В чем существо терморадиационного нагрева?

7. В каких аппаратах теплообменными конструкциями являются трубы?

8. Определите технологические преимущества пластинчатых теплообменников.

ВОПРОС № 1. НАГРЕВАНИЕ

Нагреванием называется процесс повышения температуры ма­териалов путем подвода к ним теплоты. В пищевой технологии широко распространены методы нагревания горячей водой или другими жидкими теплоносителями, насыщенным водяным па­ром, топочными газами и электрическим током.

Для этих целей применяют теплообменники различных конст­рукций.

Нагревание водой используют для повышения температуры и пастеризации пищевых продуктов при температурах ниже 100 °С. Для нагревания до температуры выше 100 °С применяют перегретую воду, находящуюся под избыточным давлением. Вода относится к доступным и дешевым некоррозиеактивным теплоно­сителям, обладающим высокими теплоемкостью и коэффициен­том теплоотдачи. Обычно обогрев водой осуществляется через разделяющую теплоноситель и продукт стенку аппарата.

При нагревании водой или другими жидкостями, например маслом, органическими теплоносителями, часто применяют циркуляционный способ обогрева. По этому способу го­рячая вода (либо другой теплоноситель) циркулирует между на­гревателем и теплообменником, в котором она отдает теплоту.

Циркуляция может быть естественной или принудительной. Есте­ственная циркуляция происходит за счет разности плотностей го­рячего и холодного теплоносителей.

Более эффективен способ обогрева с принудительной циркуля­цией при помощи насоса.

Для обогрева теплиц при выращивании огурцов, томатов и дру­гих овощей используют горячую воду, отходящую от заводских теплоиспользующих установок.

Другой способ нагревания горячими жидкостями — обогрев при помощи обогревательных бань, представляющих собой аппараты с рубашками. Рубашка нагревается топочными га­зами, электрическим током или насыщенным водяным паром вы­сокого давления, подаваемым в змеевик.

Из высококипящих органических жидкостей для создания вы­соких температур применяют минеральные масла (до 250. 300 °С), тетрахлордифенил (до 300 °С), глицерин, кремнийорганические соединения и др. Наибольшее распространение получила дифенильная смесь, которую используют для нагревания по циркуля­ционному способу, а также для заполнения обогревательных бань. Коэффициент теплоотдачи для жидкой дифенильной смеси в ус­ловиях естественной циркуляции составляет 200. 350 Вт/(м 2 · К). Дифенильная смесь обеспечивает обогрев до 260. 400 °С.

Расход воды или другого теплоносителя на нагревание опреде­ляют из теплового баланса.

где Wв и Gп– массовые расходы соответственно воды и продукта, кг/ч; св и сп – теплоёмкости соответственно воды и продукта, кДж/(кг · К); tв.н. и tп.к. – конечные температуры соответственно воды и продукта, °С; Qп – потери теплоты в окружающую среду, кДж/ч.

Нагревание водяным насыщенным паром получило широкое рас­пространение благодаря следующим его достоинствам: большому количеству теплоты, выделяющемуся при конденсации водяного пара (2024. 2264 кДж на 1кг конденсирующегося пара при абсо­лютных давлениях соответственно 0,1. 1,0 МПа); высокому коэф­фициенту теплоотдачи отконденсирующего пара стенке — при­мерно 20 000. 40 000 кДж/(м 2 · ч · К); равномерности обогрева.

При нагревании водяным насыщенным паром применяют два способа: нагревание «глухим» насыщенным и «острым» паром.

При нагревании «глухим» паром теплота от кон­денсирующегося насыщенного водяного пара нагреваемому теп­лоносителю передается через разделяющую их стенку. Греющий «глухой» пар конденсируется и выводится из парового простран­ства теплообменника в виде конденсата. При этом температуру конденсата принимают равной температуре насыщенного грею­щего пара.

Массовый расход пара (кг/ч) при нагревании жидкости опреде­ляют из теплового баланса.

Расход «глухого» пара

где D – массовый расход пара, кг/ч; G – массовый расход жидкости, кг/ч; с – удельная теплоёмкость жидкости, кДж/(кг · К); tи и tк – соответственно начальная и конечная температуры жидкости, °С; і ´ и і ´´ – удельные энтальпии соответственно греющего пара и конденсата, кДж/ч.

Чтобы пар полностью конденсировался в паровом простран­стве теплообменника, на отводной линии конденсата устанавли­вают конденсатоотводчики различных конструкций (рис. 1). Конденсатоотводчик пропускает конденсат, но не пропускает пар, поэтому он полностью конденсируется в паровом пространстве Теплообменника, что приводит к существенной экономии пара.

При нагревании «острым» паром водяной пар вводят непосредственно в нагреваемую жидкость. Пар конденсирует­ся и отдает теплоту нагреваемой жидкости, а конденсат смешива­ется с жидкостью. Пар вводится через барботер, представляющий собой во многих случаях трубу сотверстиями, согнутую по спирали Ар­химеда либо по окружности. Впуск пара по барботеру обеспечивает одно­временно с нагреванием жидкости ее перемешивание с паром.

Рис. 1. Схема установки конденсатоотводчика:

1 – теплообменник; 2 – продувочный вентиль; 3 – конденсатоотводчик;

4 – вентили; 5 – отводная линия.

Расход «острого» пара определяют из теплового баланса

(5)

Обозначения здесь те же, что и в уравнении (3).

Расход «острого» пара

Нагревание «острым» паром применяют в тех случаях, когда допустимо разбавление нагреваемой среды водой. Этот способ ча­сто используют для нагревания воды и водных растворов.

Нагревание топочными газами, образующимися при сжигании твердого, жидкого или газообразного топлива в специальных пе­чах, используют, например, для обогрева сушилок.

Недостатками обогрева топочными газами являются: низкий коэффициент теплоотдачи, равный 60. 120кДж/(м 2 · ч · К), зна­чительные температурные перепады и неравномерный нагрев; сложность регулирования температуры; окисление стенок аппа­ратов, а также наличие вредныхпродуктов сгорания, что делает недопустимым применение топочных газов для нагревания пи­щевых продуктов при непосредственном соприкосновении с ними.

Кроме топочных газов, полученных в специальной печи, ис­пользуют также отработавшие газы от печей, котлов и т. д. тем­пературой 300. 500 °С. Применение отработавших газов не требу­ет дополнительного расхода топлива, поэтому использование их для нагревания весьма рационально.

При нагревании электрическим током используют ток напряже­нием 220. 380 В и частотой 50 Гц, токи высокой и сверхвысокой частоты (СВЧ) с частотой колебаний от нескольких сотен кило­герц до тысяч мегагерц.

Нагревание продуктов электрическим током может осуществляться прямым и косвенным действием. При прямом воздействии электрического тока тело нагревается при прохождении через него электрического тока. При косвенном воздействии теплота выде­ляется при прохождении электрического тока по нагревательным элементам (ТЭН). Выделяющаяся при этом теплота передается материалу тепловым излучением, теплопроводностью и конвек­цией. Нагревательные элементы изготовляют из проволоки или ленты нихрома (сплав, содержащий 20 % хрома, 30. 80 % никеля, 0,5. 50 % железа).

ТЭНы бывают разнообразной формы: цилиндрические, плос­кие, спиральные, круглые, кольцеобразные. ТЭНы устанавливают в электроплитах, мармитах, варочных котлах, фритюрницах, блинницах, в хлебопекарных печах.

Количество теплоты, которое необходимо подвести в процессе нагревания электрическим током, определяют из теплового ба­ланса

(7)

где Qэ – количество теплоты, которое выделяется в нагревательном электрическом элементе при прохождении в нём электрического тока, Дж/ч; G – расход продукта, кг/ч; с – удельная теплоёмкость продукта, Дж/ (кг · К); tи и tк – соответственно начальная и конечная температуры перерабатываемого продукта, °С; Qп – потери теплоты в окружающую среду, Дж/ч.

Из уравнения (7) получим

(8)

Мощность электронагревательных элементов, Вт,

(9)

В настоящее время большинство оборудования пищевой промышленности работает на электрическом токе, который практически вытеснил газовые приборы.

Нагревание токами высокой частоты основано на том, что при воздействии на диэлектрик, помещенный между пластинами кон­денсатора переменного электрического тока, его молекулы прихо­дят в колебательное движение, при этом часть энергии затрачива­ется на преодоление трения между молекулами диэлектрика и превращается в теплоту, нагревая тело. Количество выделяющей­ся теплоты пропорционально квадрату напряжения и частоте тока. Обычно частота тока составляет 1 · 10 6 . 100 · 10 6 Гц.

Для получения токов высокой частоты используют генераторы различных конструкций. К достоинствам диэлектрического нагре­вания относятся: непосредственное выделение теплоты в нагрева­емом теле, равномерный быстрый нагрев всей массы продукта до требуемой температуры, простота регулирования процесса.

В последние годы широкое применение в пищевой технологии на­шел нагрев в поле СВЧ, которое характеризуется сантиметровым диа­пазоном длин волн и частотой колебаний в тысячи мегагерц. СВЧ-на­грев используют в микроволновых печах для разогревания продуктов, выпечки и т. д., а также для обеззараживания сырья и продуктов.

Для преобразования электрического тока частотой 50 Гц в токи СВЧ в микроволновых печах служат магнитроны. Частота колеба­ний находится в обратной зависимости от длины волны λи опре­деляется как v = с/λ,где с— скорость распространения света, равная 300 000 км/с. Высокочастотный нагрев основан на явлении поляризации. В диэлектрике колебания молекул связаны с трени­ем частиц между собой. В результате возникающего трения в мас­се продукта выделяется теплота. Чем больше частота электричес­кого поля, тем больше генерируется в массе продукта теплоты.

Для определения количества теплоты, выделяемой в единице массы продукта, определим удельные диэлектрические потери.

Потери мощности в единице массы или объема, Вт/см 3 ,

(10)

где Р— общая потеря мощности, Вт, в диэлектрике емкостью с, находящемся под переменным напряжением U при частоте f, V— единица объема.

Подставим в уравнение (10) значения общей потери мощнос­ти Р= UIcмcos φ и полного значения тока смещения в диэлектрике Iсм – ωcU, где ω – угловая частота поля; ω = 2πf.

После подстановки получим

Заменив V= Sd, где площадь S— поверхности рабочей части пластин конденсатора; d— расстояние между пластинами; φ — угол, на который ток смещения в цепи опережает приложенное напряжение, получим

(12)

Если напряженность электрического поля Е (В/см) выразим как Е= U/d,a емкость с = εS/d, где ε — диэлектрическая проница­емость продукта, получим

(12)

Выразив f в Гц, Е в В/см, окончательно получим потерю мощ­ности, Вт/см 3 , (13)

Произведение etg δ называется коэффициентом диэлектричес­ких потерь. Как следует из уравнения (85), удельные диэлект­рические потери, которые определяют количество выделяемой теплоты в единице массы или объема диэлектрика-продукта, зави­сят от параметров поля высокой частоты и от диэлектрических свойств материала, т. е. от угла δ диэлектрических потерь и ди­электрической проницаемости ε.

Терморадиационный нагрев представляет собой сложный физи­ческий процесс, обусловленный большой оптической плотностью и неоднородностью облучаемых продуктов.

При терморадиационном нагреве теплота подводится к про­дукту от генераторов инфракрасного излучения: высокотемпера­турных излучателей, кварцевых и зеркальных ламп.

Применение ИК-нагрева позволяет сократить продолжитель­ность обработки продуктов, а также повысить их качество. При облучении продукта ИК-лучами лучистая энергия превращается в теплоту. Эффективность нагревания зависит от спектральных ха­рактеристик генераторов излучения и облучаемого продукта.

Так, например, при вялении дынь продолжительность процес­са в поле ИК-излучений сокращается в 3. 5 раз и при этом значи­тельно повышается качество продукта.

Инфракрасное излучение отличается от других видов электро­магнитных колебаний частотой, длиной волны и скоростью ее распространения. Длина волны ИК-излучения находится в преде­лах 7,7 · 10 -5 . 3,4 · 10 -2 см (0,77. 340 мкм).

Оптические свойства продукта определяются его свойствами и содержащейся в нем воды. Спектральные характеристики генера­торов излучения должны соответствовать спектральным характе­ристикам облучаемых продуктов. При правильном выборе излуча­теля и режима облучения обеспечивается проникновение излуче­ния в глубь материала, что приводит к интенсификации процес­сов тепломассообмена. Проницаемость материалов для ИК-лучей зависит от вида материала (капиллярно-пористые или коллоид­ные), их структуры, размеров капилляров, характера их распреде­ления, от вида связи влаги с материалом.

Читайте также:  Основные положения вентиляции

Капиллярно-пористые материалы поглощают энергии больше, чем коллоидные. Это связано с многочисленными отражениями тепловых лучей от стенок капилляров материала.

Основная часть энергии поглощается поверхностным слоем продукта, а внутрь попадает только незначительная ее часть, со­ставляющая на глубине 1. 2 мм только 5. 20% энергии облуче­ния. Так, при ИК-нагреве слой муки не должен превышать 10 мм, фруктов и овощей — 10. 15 мм.

Если продукт способен выдерживать нагрев до высоких темпе­ратур, то при проникающем облучении следует применять высо­котемпературные источники излучения. При этом заметно ин­тенсифицируется процесс нагревания без опасности перегрева поверхности продукта.

В электрических индукционных печах нагревание осуществля­ется индукционными токами. Корпус печи выполняет роль сер­дечника соленоида, по которому пропускается переменный ток. Вокруг соленоида возникает переменное магнитное поле, которое индуцирует в стенке печи электродвижущую силу. Стенки печи нагреваются вторичным током. Соленоид изготовляют из матери­алов с низким омическим сопротивлением, например из медной и алюминиевой проволоки.

Диэлектрическое нагревание используют для нагревания ди­электриков. Количество выделяющейся теплоты прямо пропорци­онально квадрату напряжения и частоте тока.

Преимущества диэлектрического нагревания: высокая скорость процесса, равномерный прогрев материала, возможность регули­рования процесса.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Что будет если процесс нагревания вещества продолжать до бесконечности

Процесс нагревания вещества означает увеличение кинетической энергии его частиц. Рассмотрим к чему приведет процесс нагревания любого вещества до бесконечности если будет достаточно энергии для этой цели.

Небольшая передача теплоты

Если передавать небольшое количество теплоты, например, кристалликам воды — снежинкам, их кристаллическая структура разрушается, и из твердого состояния вещество переходит в жидкое. Расстояние между молекулами воды очень небольшое, такое же, каким оно было в кристалле. Они притягиваются друг к другу с достаточно большой силой, продолжают находиться рядом, и жидкость не расширяется.

Однако тепловое движение молекул обусловливает их взаимное движение. Они связаны не так неподвижно, как в кристалле.

Последующая передача теплоты

С последующим процессом нагревания скорость движения молекул воды повышается. Они довольно быстро преодолевают притяжение соседних в жидкости и покидают ее.

В результате испарения жидкость превращается в газ. Тепловое движение молекул целиком преобладает над силой притяжения. Молекулы газа движутся независимо от других, и их движение носит абсолютно хаотический характер. Поэтому газ имеет тенденцию расширяться. Молекулы сталкиваются друг с другом, при столкновении меняют направление движения и скорость.

Термическая диссоциация

Если мы продолжаем нагревать газ, молекулы сталкиваются с большей силой. При достаточно высокой температуре столкновения становятся настолько стремительными, что молекулы начинают в результате столкновений распадаться на отдельные атомы. Кинетическая энергия молекул больше энергии связи между их атомами. Этот распад их на атомы называется термической диссоциацией.

Термическая диссоциация – обратимое разложение любого вещества на более простые химические соединения

Образование плазмы

При дальнейшем продолжении процесса нагревания газа (до температуры в тысячи градусов) атомы движутся все быстрее и быстрее. Они сталкиваются друг с другом своими электронными оболочками.

При температуре свыше десяти тысяч градусов, а это выше чем температура поверхности Солнца эти соударения становятся все более резкими, так что при этом из них начинают вылетать электроны. В очень горячем газе движется много положительных ионов и свободных электронов.

Частично или полностью ионизированный газ называется плазмой.

Если греть плазму

Если продолжать процесс нагревания плазмы, то атомы окончательно распадаются на атомные ядра и свободные электроны. При температуре много миллиардов градусов в плазме происходят настолько сильные соударения, что ядра атомов распадаются на отдельные нуклоны (протоны и нейтроны).

Кинетическая энергия частиц при столь высоких температурах выше энергии связи нуклонов в ядре атома. Такое вещество называется нуклонным газом или нугазом. Он состоит из протонов, нейтронов и электронов, которые стремительно движутся. Нугаз встречается в конечной стадии эволюции массивных звезд. Звезда коллапсирует под действием гравитации (гравитационный коллапс) и раскаляется до температур много миллиардов градусов.

С повышением температуры материя становится все более простой. И в конце концов, при очень высоких температурах она существует в простейшей форме, состоящей из свободных быстродвижущихся основных элементарных частиц .

Вещество если нагревать до бесконечности: твердое, жидкое, газ, термическая диссоциация, плазма, элементарные частицы.

Таким образом, если процесс нагревания вещества продолжать, то в любой материи будет отсутствовать какая-либо структура, нет ни ядер, ни атомов, ни молекул – только энергия элементарных частиц.

§ 203. Нагревание тел при совершении работы

В предыдущем параграфе мы установили, что при работе против сил трения трущиеся тела нагреваются. Было сделано много различных опытов с целью точно измерить то изменение температуры, которое получается ври совершении определенной работы. Такие опыты в середине XIX века одним из первых осуществил Джоуль. Его прибор изображен на рис. 365. Разрез прибора показан в упрощенном виде на рис. 366. В сосуде с водой вращаются лопасти 1, приводимые в движение с помощью груза массы , который подвешен на шнуре, перекинутом через блок 2. При опускании груза лопасти вращаются, проходя при этом сквозь отверстия в перегородках 3, и, увлекая воду, вызывают трение одних слоев воды о другие. При трении вода и сосуд нагреваются; никаких других изменений ни вода, ни другие части прибора не испытывают. При опускании груза с высоты действующая на него сила тяжести совершает работу, равную . В начале и в конце опыта все части прибора — груз, лопасти, вода — находятся в покое, так что в результате опускания груза кинетическая энергия всех этих тел не изменяется.

Рис. 365. Прибор Джоуля

Рис. 366. Разрез прибора Джоуля

Таким образом, вся совершенная работа вызывает только нагревание воды, лопастей и других частей прибора. Это дает возможность подсчитать, какую работу нужно затратить, чтобы повысить температуру единицы массы воды на один кельвин. При этом Джоуль учел, что кроме воды нагреваются также и лопасти и сосуд. Как учитывается это нагревание, мы рассмотрим далее.

Опыты Джоуля повторялись неоднократно, причем условия опыта подвергались разнообразным изменениям. Менялось количество наливавшейся воды, масса грузов и высота их поднятия, моменты действующих сил и т. д. При всех этих измерениях всегда получался один и тот же результат: для нагревания одного килограмма воды на один кельвин надо произвести работу, равную 4,18 килоджоуля.

Кроме описанного опыта, и самим Джоулем и другими исследователями было выполнено много других опытов, также имевших целью установить связь между изменением температуры и совершенной работой. Наблюдалось нагревание газа, возникающее за счет работы, совершенной при сжатии; определялось разогревание трущихся друг о друга металлических дисков при одновременном определении работы, совершенной при преодолении трения, и т. д. Сравнение результатов этих опытов представляет некоторую трудность, так как в разных опытах нагреванию подвергались весьма различные тела.

Мы увидим дальше (§209), каким образом можно каждый раз свести полученное нагревание к нагреванию одного и того же вещества, например воды. Если произвести такое сравнение, то из всех описанных и многих аналогичных опытов можно вывести крайне важное заключение: если при исчезновении механической энергии не происходит никаких изменений в состоянии тел (например, плавления, испарения и т. д.), кроме изменения температуры, то за счет энергии 4,18 килоджоуля температура одного килограмма воды повышается всегда на один кельвин.

Таким образом, опыты Джоуля дают подтверждение закона сохранения энергии в расширенном смысле. При всех движениях, как происходящих без трения, так и сопровождающихся трением, сумма кинетической, потенциальной и внутренней энергий всех участвующих тел не изменяется. Эту сумму мы будем называть полной энергией тел или просто их энергией.

Рассмотрим пример. Пусть над свинцовой пластинкой висит на некоторой высоте свинцовый шарик. Энергия этой системы состоит из: а) потенциальной энергии шарика; б) внутренней энергии шарика и пластинки. Пусть теперь шарик упадет на пластинку и своим ударом вызовет нагревание. Потенциальная энергия шарика уменьшится, зато увеличится внутренняя энергия пластинки и шарика. Полная энергия остается неизменной.

203.1. В приборе Джоуля, как это видно на рис. 365 и 366, скорость опускающихся грузов во много раз меньше скорости лопаток. Какая цель преследовалась таким устройством?

Образование и отдача тепла Совокупность физиологических механизмов, осуществляющих регулирование .

Совокупность физиологических механизмов, осуществляющих регулирование температуры тела, называется физиологической системой терморегуляции.
Образование тепла в организме. Тепло в организме образуется в результате окисления пищевых веществ в процессе распада белков, жиров и углеводов. Энергия, которая до этого находилась в них в скрытом состоянии, освобождается, расходуется и в конечном счете отдается организмом в виде тепла.
Местом, где главным образом происходит образование тепла, являются мышцы. Этот процесс идет даже тогда, когда человек находится в полном покое. Незначительные мышечные движения уже способствуют большему образованию тепла, а при ходьбе количество его повышается на 60-80 %. При мышечной работе образование тепла увеличивается в 4-5 раз. Кроме скелетных мышц, теплообразование происходит в желудке, кишках, печени, почках и других органах.
Образование тепла в организме сопровождается его отдачей. Организм теряет столько тепла, сколько в нем образуется, в противном случае человек погиб бы в течение нескольких часов.
Эти сложные процессы регуляции образования и отдачи тепла организмом называются терморегуляцией и совершаются рядом приспособительных механизмов, к рассмотрению которых мы и перейдем.
Регуляция теплообразования и теплоотдачи. Температура тела остается постоянной благодаря тому, что в организме регулируется как образование, так и отдача тепла.
Тепло расходуется организмом разными путями. Основным путем теплоотдачи является потеря тепла проведением, т. е. нагреванием окружающего воздуха и излучением; кроме того, тепло расходуется с выдыхаемым воздухом, на испарение пота и т. д.
Следовательно, температура тела человека сохраняется постоянной благодаря тому, что регулируется, с одной стороны, интенсивность окислительных процессов, т. е. образования тепла, а с другой, – интенсивность и объем теплоотдачи. Эти два способа регуляции получили название химической и физической терморегуляции.
Под химической терморегуляцией понимают изменение интенсивности обмена веществ под воздействием окружающей среды. Существует определенная зависимость между температурой воздуха и обменом веществ в организме. Так, при понижении температуры воздуха образование тепла в организме усиливается.
Наибольшая часть тепла образуется в мышцах. На холоде происходит дрожание мышц. При понижении температуры окружающей среды раздражаются кожные рецепторы, воспринимающие температурные раздражения: в них возникает возбуждение, которое идет в ЦНС и оттуда к мышцам, вызывая их сокращения. Таким образом, дрожь и озноб, которые мы испытываем в холодное время года или в холодном помещении, являются рефлекторными актами, способствующими усилению обмена веществ, а следовательно, увеличению образования тепла. Усиление обмена веществ происходит под влиянием холода, даже когда отсутствуют мышечные движения.
Значительное количество тепла образуется и в органах брюшной полости – в печени и почках. Это можно проследить, если измерять температуру крови, притекающей к печени и оттекающей от нее. Оказывается, что температура оттекающей крови выше температуры притекающей. Следовательно, кровь нагрелась при протекании через печень.
При повышении температуры воздуха теплообразование в организме уменьшается.
Физическая терморегуляция. При повышении или понижении температуры окружающей среды происходит не только изменение окислительных процессов, т. е. теплообразования, но и отдачи тепла, причем при понижении температуры отдача тепла уменьшается, а при повышении – увеличивается.
Тепло отдается организмом в основном путем проведения и излучения, и только некоторая часть – другими путями. Так, отдача тепла путем проведения составляет 31% всего образовавшегося в организме тепла, путем излучения – 44 %, при испарении воды кожей теряется 10 %, при испарении воды легкими – 12 %, на нагревание вдыхаемого воздуха и выделенных мочи и кала расходуется 3 % тепла.
Путем проведения тело теряет тепло на нагревание окружающего воздуха и предметов, с которыми соприкасается. Другой путь теплоотдачи – излучение тепла. При этом происходит
нагревание предметов, находящихся на некотором расстоянии от тела.
Как же происходит изменение теплоотдачи? Большую роль в теплоотдаче играет расширение и сужение сосудов кожи. Все знают, что на холодном, морозном воздухе кожа человека бледнеет, а когда воздух разогрет, раскален – краснеет.
Изменение цвета кожи обусловлено тем, что под влиянием холода кровеносные сосуды, в первую очередь артериолы, сужаются. В результате приток крови к поверхности тела уменьшается, а следовательно, снижается и теплоотдача путем проведения и излучения.
Под влиянием же тепла сосуды кожи расширяются, кровь обильно притекает к поверхности тела, что способствует усилению проведения и излучения тепла. Таким путем тепло отдается в окружающую среду только тогда, когда температура воздуха ниже температуры тела. Чем меньше разница между температурой кожи и температурой воздуха, тем меньше тепла отдается в окружающую среду. В этом случае значительную роль играет потоотделение. При испарении 1 г пота теряется 0,58 ккал. Так как потоотделение и испарение происходит непрерывно при любой температуре, то количество калорий, которое при этом теряет человек, зависит от интенсивности потоотделения. При средней температуре за день человек теряет около 800 мл пота. При потере такого количества пота расходуется 450- 500 ккал. При повышении температуры выделение пота увеличивается и иногда доходит до нескольких литров.
Наибольшее количество пота выделяется в тех случаях, когда температура воздуха равна или выше температуры тела. В этих условиях передача тепла путем проведения излучения невозможна, и поэтому оно расходуется в основном при помощи потоотделения.
В жарких странах или жарких помещениях, где температура воздуха равна 37°С или несколько выше, тепло отдается только испарением. При этом у человека выделяются в течение дня до 4,5 л пота, что обеспечивает отдачу 2400-2800 ккал.
Большое количество пота теряется при физической работе, причем происходит это при любой температуре. Подсчитано, что при особо тяжелых работах человек теряет в день до 9 л пота и, таким образом, путем испарения отдает до 5000 ккал.
Потоотделение в значительной степени зависит от насыщения воздуха водяными парами. При равных температурных условиях большее испарение пота, а следовательно, и большая потеря тепла обеспечиваются в условиях низкого содержания водяных паров в воздухе. Поэтому жара легко переносится в тех местах, где воздух более сухой.
Испарению пота препятствует непроницаемая одежда (резиновая, противоипритный костюм и т. п.). Человек в такой одежде потеет даже на морозе, так как вокруг него создается постоянный слой воздуха, который не обновляется ввиду отсутствия вентиляции. Этот слой воздуха насыщается парами, что препятствует дальнейшему испарению пота. Поэтому длительное пребывание в этих костюмах невозможно, так как вызывает повышение температуры тела.
В жарких странах, горячих цехах, при длительных походах человек теряет большое количество пота. Появляется жажда, но вода не утоляет ее; наоборот, чем больше воды пьет человек, тем он больше потеет и тем сильнее становится жажда.
Одновременно с потом теряются соли, поэтому возникает необходимость пополнить не только потерю воды, но и потерю солей. С этой целью к питьевой воде добавляют 0,5 % поваренной соли. Такую немного подсоленную воду дают в горячих цехах, при длительных походах и т. п. Она утоляет жажду и улучшает самочувствие.
Некоторую роль в теплоотдаче играет дыхание. Тепло расходуется на испарение воды легкими и отчасти на согревание вдыхаемого воздуха. На холоде происходит рефлекторное замедление дыхания, а при высокой температуре дыхание учащается, наступает так называемая тепловая одышка.
Для лучшей отдачи тепла большое значение имеет циркуляция воздуха. Когда воздух находится в движении, то около тела не создается постоянного слоя нагретого и насыщенного парами воздуха. В этом заключается значение вентиляторов, обмахивания и т. д. Одежда же создает неподвижный слой воздуха и тем самым затрудняет теплоотдачу.
Отдаче тепла препятствует подкожный жир. Чем толще слой жира, тем хуже она осуществляется. Поэтому люди с толстым жировым слоем в подкожной клетчатке легче переносят холод, чем худые.
Температура тела человека постоянна. Она измеряется в подмышечной впадине или в прямой кишке (у грудных детей). Средняя температура в подмышечной впадине колеблется в пределах 36,5-36,9°С, в прямой кишке – несколько выше (37,2-37,5 С). Температура внутренних органов выше, чем средняя температура тела, например температура печени равна 38-38,5°С. Температура тела человека колеблется в течение суток. Наиболее низкой она бывает в 3-4 ч
ночи, затем постепенно возрастает, доходя до наивысшей точки в 16 ч, и вновь начинает снижаться. Колебания температуры происходят в пределах 0,5°С от средней величины.
Температура тела может резко повыситься при мышечной работе и дойти до 38-39°С или даже до 40°С. По прекращении же работы она быстро падает и доходит до нормальной величины.
Постоянство температуры тела поддерживается уже описанными двумя механизмами: химической и физической терморегуляцией. Однако возможности человеческого организма ограничены, и при некоторых условиях эти механизмы оказываются недостаточными. Тогда нарушается постоянство температуры и наблюдается либо ее повышение, либо понижение. Повышение температуры выше нормы называется лихорадкой. Лихорадка может наступить потому, что увеличивается образование тепла при отсутствии изменений в теплоотдаче, или, наоборот, теплообразование остается неизменным, а теплоотдача уменьшается.
Понижение температуры до 32-33°С, как и увеличение ее свыше 42-43°С, приводит к смерти.
Центры терморегуляции. Центр терморегуляции, получивший название теплового центра, находится в промежуточном мозге. Деятельность его определяется двумя факторами: температурой крови и рефлекторными воздействиями. Если температура крови, омывающей промежуточный мозг, повышена, то центр терморегуляции возбуждается, и в деятельности организма наступают изменения, способствующие ее понижению. При понижении температуры крови центр теплообразования реагирует так, что усиливается интенсивность процессов, способствующих повышению температуры.
Другой способ возбуждения – рефлекторные воздействия. При воздействии температурных колебаний на кожу человека в рецепторах возникает возбуждение, которое поступает в тепловой центр. Оттуда импульсы идут уже к органам, связанным с теплообразованием (мышцы, печень и т. п.) и с теплоотдачей, и вызывают изменение их деятельности. Возбуждение из центров терморегуляции к органам теплообразования и теплоотдачи передается по симпатической нервной системе.
Исключительно большую роль в терморегуляции играет кора больших полушарий головного мозга. В нормальных условиях процесс теплообразования и теплоотдачи находится под ее влиянием.
Термокомфортной температурой для человека на воздухе обычно является +19°С, в воде – +34°С. При таких температурах система терморегуляции не включается.
Для поддержания постоянной температуры тела 36,6°С человеку нужно затратить 200 ккал в сутки.
Снижение температуры тела даже на 0,1° ведет к снижению иммунитета.
Похолодания в природе, как правило, бывают очень резкими. Чтобы безболезненно переносить климатические “сюрпризы”, человек должен закаливаться.
Как известно,, существуют три уровня реакции организма на разные по силе раздражители: тренировка, активация и стресс. Большой холод – это стресс, в том числе и психический. Если вы заранее боитесь переохлаждения, мерзнете и кутаетесь задолго до выхода на мороз, то вам надо срочно закалять не только тело, но и нервы. Эксперимент на выживание показал, что люди гибнут, как правило, не от холода, а от страха перед ним.
Настрой на закаливание ставит перед человеком стратегическую задачу: подружиться с холодом на всю жизнь. “Граница удовольствия” позволяет решать тактическую задачу: дозировать холод или жару. Если стратегия побуждает к закаливанию, то тактика контролирует нагрузку при закаливании. Причем делает это в соответствии с индивидуальными физиологическими особенностями организма и, разумеется, с учетом конкретных климатических условий.
Необходимость психологического настроя на закаливание, заинтересованность в нем – это самый важный принцип. На него нельзя жалеть времени.
Сущность закаливания – это тренировка процессов терморегуляции, которые включают теплопродукцию и теплоотдачу. Охлаждение стимулирует, с одной стороны, увеличение производства тепла в организме, а с другой – стремление сохранить его, не отдать наружу. Тренировка обучает организм четко реагировать на холод, быстро и активно отвечать на низкую температуру среды повышенной теплопродукцией и сниженной теплоотдачей. Таким образом, несмотря на холод, сохраняется обычная температура тела. У незакаленного человека механизмы терморегуляции срабатывают слабее, температура тела снижается, что ведет к ослаблению иммунной защиты и усилению активности патогенных микроорганизмов. В результате этого – простуды, грипп и др., которые не только выводят из рабочего состояния, но и аккумулируют вредные воздействия, что неизбежно подрывает общий потенциал организма и снижает его жизнестойкость.
Источник

Читайте также:  Правильно организованный микроклимат

Способы нагревания

Нагревание горячей водой

Горячая вода применяется для нагрева и пастеризации пищевых продуктов до температур не более + 100 °С при необходимости обеспечения мягких условий обогрева. Но коэффициент теплоотдачи при нагревании горячей водой ниже, чем при нагревании конденсирующимся паром.

Кроме того, вдоль поверхности обогрева происходит снижение температуры воды, что ухудшает условия нагрева и затрудняет регулирование температуры. Горячую воду получают в паровых водонагревателях (бойлерах) и водогрейных котлах.

Нагревание топочными газами

Топочные газы позволяют осуществлять нагревание в специальных печах (например, для обогрева сушилок) до +1000… 1100 °С при давлении газа, близком к атмосферному. В качестве топлива используют в основном природный газ с большим количеством метана, а также мазут, каменный уголь, бурый уголь, торф, дрова, иногда отходящие технологические газы нефтеперерабатывающих и других производств.

К недостаткам способа нагрева топочными газами относятся низкое значение коэффициента теплоотдачи, жесткие условия нагрева (перепад температур) и трудности точного регулирования температуры. Нагревание топочными газами жидких продуктов производят в основном в трубчатых печах.

Нагревание электрическим током

С помощью электрического тока можно производить нагревание в очень широком диапазоне температур, легко регулировать и точно поддерживать заданный температурный режим. Все электрические нагреватели просты по конструкции, компактны, удобны в обслуживании. Но широкое их применение сдерживается сравнительно высокой стоимостью затрачиваемой энергии.

В зависимости от способа превращения электрической энергии в тепловую энергию различают нагревание электрическим сопротивлением (омический нагрев), индукционный нагрев, высокочастотный нагрев, нагревание электрической дугой.

Нагревание высокотемпературными теплоносителями

Высокотемпературные теплоносители получают тепло от топочных газов или электрических нагревателей и передают его нагреваемому материалу. Они являются промежуточными теплоносителями и обеспечивают равномерность обогрева и безопасные условия работы.

В качестве высокотемпературных теплоносителей применяют высококипящие органические теплоносители (например, дифенильную смесь – Даутерм А, кремнийорганические термостойкие жидкости с низкой температурой плавления), минеральные масла с высокой температурой вспышки (цилиндровое, компрессорное, цилиндровое тяжелое), перегретую воду. Недостатком кремнийорганических термостойких жидкостей является легкость гидролиза при соприкосновении с влагой.

Читайте также:  Небольшая баня из пенобетона

Иногда для нагревания применяются минеральные масла. Они имеют относительно низкие коэффициенты теплопередачи, легко разлагаются, образуя на стенках накипь, ухудшающую теплообмен. Но минеральные масла являются дешевым промежуточным теплоносителем.

Верхний предел нагревания маслами не превышает 300 °С. Нагрев с помощью минеральных масел производят при помещении теплоиспользующего аппарата с рубашкой, заполненной маслом, в печь или при установлении электронагревателей внутри масляной рубашки.

Способ нагрева перегретой водой применяется редко из–за высоких давлений в теплообменниках (до 225 кгс/см2), необходимости использования цельнотянутых труб, сварных систем и специальных уплотнений. Перегретая вода применяется при температуре до +374 °С.

Охлаждение до обыкновенных и низких температур

Отдача продуктом тепла в окружающую среду может осуществляться в естественных и искусственных условиях. Для охлаждения до обыкновенных температур (примерно +10…30 °С) наиболее широко используют воду и воздух. При необходимости получения более низких температур (около 0 °С) применяется непосредственное смешение со льдом. Для достижения более низких температур используют холодильные агенты и специальные способы охлаждения.

Виды тепловой обработки продуктов

Тепловая обработка продуктов

Тепловая обработка продуктов способствует размягчению и лучшему усвоению пищи организмом человека.

Кроме того, при высокой температуре происходит обеззараживание пищи в результате гибели микроорганизмов. Продукты приобретают приятный вкус и аромат.

Однако неправильная тепловая обработка может привести к изменению цвета и образованию в продуктах веществ, обладающих неприятным вкусом и запахом, оказывающих канцерогенное действие. Могут разрушаться витамины и ароматические вещества, уменьшаться содержание растворимых питательных веществ. Поэтому необходимо строго соблюдать режим варки и время тепловой обработки.

Варка

Варка – это нагревание продуктов в жидкости или атмосфере насыщенного водяного пара. Варка является одним из главных способов кулинарной обработки, а отварные блюда безраздельно доминируют в любой национальной кухне, в лечебном питании – особенно.

При варке основным способом продукт полностью погружают в большое количество жидкости (воду, молоко, бульон, сироп и др.). До закипания процесс ведут на сильном огне в посуде с закрытой крышкой, после закипания нагрев уменьшают и варку продолжают при слабом кипении до полной готовности продукта. Полное кипение нежелательно, так как при этом быстро выкипает жидкость, разрушается форма продукта, испаряются ароматические вещества.

В кастрюлях-скороварках или автоклавах создается избыточное давление, при этом температура повышается до 132 С, что способствует ускорению варки. При варке основным способом из продукта утрачивается большое количество питательных веществ за счет перехода их в отвар, а отваренный продукт становится безвкусным. Однако при сомнительной экологической чистоте продукта варка в большом количестве воды является необходимостью, так как при этом экстрагируются радионуклиды, ксенобиотики и др.

Припускание

Припускание – более рациональная разновидность варки, позволяющая максимально сохранить питательные вещества продукта. При этом продукт примерно на 1/3 его объема погружается в кипящую воду, а 2/3 варится паром при плотно закрытой крышке. Сочные плоды припускают без добавления жидкости, в собственном соку, выделяющемся при их нагревании. Именно припускание, а не варку основным способом целесообразно применять при приготовлении овощных гарниров.

Варка на пару

Варка на пару является главным видом тепловой обработки при приготовлении вторых блюд для лечебных диет, требующих щажения желудочно-кишечного тракта. Для этого используют пароварочные шкафы или кастрюли-пароварки с плотно закрытой крышкой. В кастрюлю наливают воду, на дно устанавливают решетку, на которую укладывают продукты.

При кипении воды кастрюля заполняется паром, в котором и варятся продукты. Продукты получаются сочными, с нежной консистенцией и хорошо сохраненной формой. Потери питательных веществ меньше, чем при припускании.

Существует другой способ варки паром. В большую кастрюлю наливают до половины кипящей воды, обвязывают кастрюлю сверху льняной салфеткой так, чтобы она слегка провисала в середине. В салфетку, как в гамак, кладут пищевые продукты (чаще всего рис) и ставят кастрюлю на огонь, а продукты в салфетки накрывают опрокинутой тарелкой. Рис или другая крупа получаются рассыпчатыми, ненасыщенными излишней водой.

Гораздо реже применяется так называемая бесконтактная варка пищи. При ней не происходит непосредственного соприкосновения среды, в которой варится пища, или даже самой посуды, где находится пища, с огнем. Это достигается тем, что сосуд (кастрюлю, горшок, чугунок с плотно закрытой крышкой) с продуктами ставится не на огонь, а в больший по размерам сосуд, куда наливается вода, и этот большой сосуд помещается на огонь (водяная баня).

Бесконтактная варка требует гораздо большего расхода тепла и времени для приготовления пищи, но зато вкус, консистенция и аромат омлетов, мяса, рыбы, овощей становится необычными. Если крышку у кастрюли с продуктами, а котел с водой, где она стоит, плотно закрыть крышкой, то варка будет называться не водяной, а паровой баней. Пища будет вариться паром, исходящим из котла. Вкус пищи при этих способах бесконтактной варки получается различным.

Жаренье

Жаренье – это нагревание продукта без жидкости, в жире или нагретом воздухе. В результате жаренья на поверхности продукта образуется корочка, продукты теряют часть влаги за счет испарения, поэтому они сохраняют более высокую концентрацию пищевых веществ, чем при варке.

Важную роль при жаренье играет жир, который предохраняет продукт от пригорания, обеспечивает равномерный прогрев, улучшает вкус блюда и повышает его калорийность. Перед жареньем жир необходимо перекалить, так как только перекаленный жир не горит, не дымит, не чадит и остается чистым от начала до конца приготовления блюда.

На сковороду наливают растительное масло слоем в полсантиметра и нагревают его на среднем огне, не доводя до кипения. Через 2-3 минуты масло посветлеет, а еще через пару минут над ним покажется белый, едва заметный, но едкий дымок. Если в масло бросить щепотку соли, то она с треском отскочит от его поверхности. Это означает, что масло перекалилось, из него выпарилась лишняя вода, газы, различные примеси. Такое масло не будет изменяться в процессе дальнейшего нагревания, и на нем легче будет жарить.

В момент перекаливания можно добавить немного пряностей (лук, чеснок, анис, фенхель, семена укропа), которые необходимо вынуть через 3-4 минуты. Пряности отбивают специфические запахи жиров и придают соответствующий аромат. Еще один способ улучшения масла состоит в использовании смеси из животного и растительного жира: подсолнечное масло и свиное сало, оливковое масло и куриный жир, говяжий жир и горчичное масло и др.

Существуют несколько разновидностей жаренья. Наиболее распространенной из них является жаренье основным способом, при котором продукт нагревают с небольшим количеством жира (5-10% к массе продукта) при температуре 140-150 С. Лучшей посудой для жаренья на открытой поверхности являются сковороды или жаровни с толщиной дна не менее 5 мм. В них температура распределяется более равномерно, уменьшается возможность прилипания и пригорания продукта. В последние годы используют сковороды с антипригарным покрытием.

При жаренье во фритюре жира берут в 4-6 раз больше, чем продукта, прогревают его до 160-180С и помещают продукт на 1-5 минут. Жаренье проводят в глубокой посуде (фритюрнице), изделия вынимают шумовкой или специальной сеткой. Продукты покрываются ровной, красивой, золотистой корочкой, но температура внутри их не достигает 100 С и часто бывает недостаточной для доведения их до полной готовности и уничтожения всех микроорганизмов. В связи с этим после жаренья во фритюре изделия можно поместить на некоторое время в жарочный шкаф.

При жаренье на открытом огне продукт надевают на металлический стержень или укладывают на металлическую решетку, смазанную жиром. Стержень или решетку помещают над раскаленными углями или электроспиралями в электрогрилях и жарят. Для равномерного обжаривания продукта стержень медленно вращают. Обжаривание происходит за счет лучистого тепла.

Жаренье в жарочном шкафу (в духовке)

Неглубокую посуду (противень, сковороду или кондитерский лист) смазывают жиром и укладывают на нее продукты, затем ставят в жарочный шкаф при температуре 150-270 С. Снизу продукт нагревается за счет теплопередачи, а сверху – за счет инфракрасной радиации нагретых стенок шкафа и движения теплого воздуха.

Процесс образования поджаристой корочки при этом происходит медленнее, чем при жаренье основным способом, в результате чего продукты прогреваются равномерно. Для получения более румяной корочки и повышения сочности готового изделия в процессе жаренья продукт переворачивают, поливают жиром или смазывают сметаной, яйцом.

Жаренье в поле инфракрасных лучей (ИК) осуществляется в специальных аппаратах, при этом время жарки сокращается в 2-6 раз и лучше сохраняется сочность продукта.

Жаренье в сверхвысокочастотном поле (в СВЧ-печах) помогает сократить время тепловой обработки, продукт хорошо сохраняет питательные вещества, однако при данном способе тепловой обработке на поверхности продукта не образуется поджаристая корочка. Некоторые технологи данный способ тепловой обработки считают варкой.

К вспомогательным способам тепловой обработки относятся пассерование и бланширование. При этих способах продукт не доводится до состояния полной кулинарной готовности.

Пассерование

Пассерование – это кратковременное обжаривание продукта до полуготовности в небольшом количестве жира (15-20% к массе продукта) при температуре 110-120 С без образования поджаристой корочки. При этом часть эфирных масел, красящих веществ и витаминов переходит из продуктов в жир, придавая ему цвет, вкус и запах продуктов. Пассерованные овощи, коренья, томатное пюре и муку используют для приготовления супов, соусов и других кулинарных изделий.

Бланширование (ошпаривание) – это кратковременная (1-5 минут) варка или ошпаривание паром с последующим ополаскиванием продуктов холодной водой. Бланшируют некоторые сорта овощей для удаления горечи (молодая белокочанная капуста, репа, брюква); сохранения цвета, вкуса и консистенции у очищенных овощей и фруктов (картофель, яблоки) в процессе их последующей обработки; для предупреждения слипания изделий в бульоне (ошпаривание лапши домашней); для облегчения механической очистки осетровых рыб; для частичного удаления экстрактивных веществ и пуриновых оснований из животных продуктов.

Тушение, запекание и обжаривание после варки – комбинированные способы тепловой обработки.

Тушение – это припускание предварительно обжаренного продукта с добавлением специй и ароматических веществ. Тушить следует в плотно закрытой посуде 45-60 минут на плите, затем 1-1,5 часа в духовке. В конце тушения при испарении воды добавлять следует более плотные или кислые жидкости (сметану, сок, уксус, сливки, виноградное вино), что предотвращает подгорание блюда, улучшает его вкус и консистенцию. Соль и специи добавляют в конце для искусственного восстановления утраченного во время длительного тушения натурального вкуса продуктов.

Запекание – это жаренье предварительно отваренного (иногда – сырого) продукта в жарочном шкафу для образования румяной корочки. Запекают продукты при 200-300 С как с добавлением соусов, яиц, сметаны, так и без соусов. Это вид тепловой обработки необходим для диет без механического щажения желудочно-кишечного тракта, но с резким ограничением пуриновых оснований (например, при подагре).

Обжаривание после варки применяется для приготовления гарнирного картофеля, а также тех продуктов, которые нельзя довести до готовности одной жаркой (жареные мозги, почки). В диетпитании этот прием используется для уменьшения содержания азотистых экстрактивных веществ в мясных и рыбных продуктов.

Ссылка на основную публикацию