Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке

Есть три режима теплопередачи: излучение, теплопроводность и конвекция. Все три режима теплопередачи происходят в процессе выпечки различных хлебобулочных изделий. Однако они различаются по важности и влиянию на продукт, а их применение зависит от конструкции печи.


Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке


1.Инфракрасное излучение 

Все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают энергию в свое окружение. Эта энергия или излучение вырабатывается в виде электромагнитных волн, которые распространяются со скоростью света. Волны могут проходить через вакуум или другую среду. Когда они сталкиваются с объектом (кроме идеального «черного тела»), они частично поглощаются и частично отражаются. Хорошие излучатели также являются хорошими поглотителями теплового излучения.

Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке

Схема передачи тепла в инфракрасной печи


Электромагнитные волны различаются по длине волны от бесконечно короткой до бесконечно длинной. Они охватывают спектр от гамма-лучей (около 10-14 метров) до радиоволн (около 10 -2 метров). Видимый свет - это форма электромагнитного излучения с длинами волн 0,40 - 0,71 микрометра (микрон). Инфракрасное излучение, которое важно при выпечке, имеет длины волн выше видимого света от 0,71 до 1,5 мкм (ближний инфракрасный) и от 1,5 до 4,0 мкм (дальний инфракрасный). В микроволновой печи используются более длинные волны, обычно около 12 см.

Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке

Тепловое излучение передается от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкой температурой. Электромагнитное излучение, испускаемое объектом, напрямую связано с его температурой. Если объект является идеальным излучателем (черное тело), ​​количество испускаемого излучения пропорционально 4- й степени его температуры, измеренной в единицах Кельвина. (Единицы Кельвина = температура по Цельсию + 273,15). Для объектов, отличных от идеальных черных тел, мощность излучения P также пропорциональна излучательной способности объекта e. Эта связь описывается законом Стефана-Больцмана:

Р = е х сигма х Т 4

где сигма = 5,67 x 10-8 Вт / м 2 · K 4, а T - температура в градусах Кельвина.

Поскольку излучение пропорционально температуре в 4 степени, небольшое повышение температуры приведет к очень большому увеличению теплового излучения. Количество излучения увеличивается экспоненциально с линейным повышением температуры. 

Длина волны 

Большая часть инфракрасной энергии, излучаемой в печи, находится в инфракрасном спектре, а большая часть излучения распространяется в относительно узком спектре. Максимальное излучение обратно пропорционально его температуре. Более высокая температура дает более короткую длину волны. Эта связь известна как закон Вина и описывается следующим уравнением:

Максимальная длина волны = C / T

где C - постоянная, равная 2897, а T - температура в единицах Кельвина.

В печах с коротковолновыми нагревателями длина волны будет около 1,3 мкм. Эта длина волны (NIR) близка к оптимальной проницаемости для бисквитного теста и обеспечивает превосходное развитие структуры и объема печенья.

Для средневолновых инфракрасных печей с кварцевыми ТЭНами длина волны будет примерно 2,2 мкм, что больше всего подойдет для выпечки тонких изделий, например кварцевые ТЭНы применяются в печах для выпечки лаваша или пиццы.
Расстояние 

Наконец, тепловая энергия, излучаемая объекту, зависит от расстояния объекта от источника излучения. Интенсивность полученного теплового излучения обратно пропорциональна расстоянию от объекта до излучающей поверхности (закон обратных квадратов).

Интенсивность = I / d 2

где I - интенсивность излучения на поверхности объекта, а d - расстояние от излучающей поверхности. Например, если расстояние уменьшено вдвое с 20 единиц до 10, интенсивность будет умножена на 4.

  • На расстоянии 20 единиц: интенсивность = 100/20 2 = 0,25

  • На расстоянии 10 единиц: интенсивность = 100/10 2 = 1,00

Это очень важный фактор при проектировании инфракрасной печи . Чем ближе излучающие поверхности к изделию, тем интенсивнее тепловое излучение и тем эффективнее передача тепла.  


Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке

Инфракрасная туннельная печь для лаваша от производителя ТЭН 24


Воздействие излучения на тесто 

Когда инфракрасная энергия попадает на объект, например на кусок теста, ее основной эффект заключается в том, чтобы заставить молекулы вибрировать. Температура теста является мерой средней кинетической энергии его молекул, которая увеличивается из-за излучения поверхностей печи в камере для выпечки.

Такие объекты, как заготовки из теста, будут поглощать часть воздействующей на них инфракрасной энергии и часть отражать. Поглощенная энергия проникает в тесто и быстро нагревает центр и поверхность будущего изделия. Это важный атрибут излучения. Этот атрибут хорошо виден при выпечке в микроволновой печи, где центр печенья запекается быстрее, чем его внешняя поверхность.

 

2. Проводимость

Проводимость - это передача тепловой энергии между соседними молекулами внутри объекта или между объектами, контактирующими друг с другом. Он передает энергию из области с более высокой температурой в область с более низкой температурой и выравнивает разницу температур.

Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке

Схема передачи тепла при помощи проводимости


Выпечка с теплопроводностью

Передача тепловой энергии  во время процесса выпечки наиболее актуальна для выпечки в конвейерной печи на твердой стальной ленте или толстой сетчатой ​​ленте. В этих случаях заготовки из теста выкладываются непосредственно на горячую ленту духовки, и тепло быстро передается к основанию изделия. 


Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке


Сплошные стальные ленты имеют относительно большую тепловую массу и большую площадь контакта с продукцией. Отвод тепла к основанию хлебобулочного изделия оптимизирован и вносит значительный вклад в общую теплопередачу. Он идеально подходит для таких продуктов, как крекеры, требующих высокой температуры снизу для достижения хорошего объема и открытой текстуры. Электропроводность также имеет большое значение при выпечке мягкого печенья и пирожных на стальных лентах; лента проводит тепло непосредственно в основу печенья, заставляя жиры плавиться, и тесто для печенья растекается по ленте до своей окончательной формы.

 

3. Конвекция 


Конвекция - это движение из-за разницы температур в текучей среде, например, в воздухе в пекарной камере. Горячий воздух менее плотный, чем более холодный, и поднимается в пекарной камере. Это важный вопрос при проектировании систем контроля температуры, поскольку изменение температуры в нижней части духовки повлияет на температуру в верхней части.

Конвекция описывается законом охлаждения Ньютона, который гласит, что «скорость теплопередачи пропорциональна разнице температур между телом и окружающей средой».

Выпечка с конвекцией 

Термин «конвекция» используется в производстве печенья для описания системы теплопередачи, использующей струи горячего воздуха, обдуваемые непосредственно на поверхность тестовой заготовки и ленту печи сверху и снизу. Этот горячий воздух быстро удаляет влагу с поверхности заготовок и повышает температуру поверхности теста.

Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке

Схема передачи тепла в печи с конвекцией

Конвекционная система очень эффективно удаляет влагу в середине процесса выпечки. Горячий движущийся воздух постоянно попадает на поверхность изделий, быстро испаряя влагу и удаляя ее из камеры выпечки через вытяжную систему. Конвекционная система выпечки обычно регулируется изменением температуры воздуха, который нагнетается циркуляционным вентилятором в пекарную камеру с постоянной скоростью и объемом.

Можно видеть, что эта «конвекционная» система воздействует только на поверхность заготовки изделия и в первую очередь на ее верхнюю поверхность, поскольку нижняя часть продукта полностью или частично защищена лентой печи. В случае стальной ленты или ленты из толстой сетки передача тепла основанию заготовки происходит исключительно за счет теплопроводности.


Типы теплопередачи и особенности их влияния при выпечке


Воздействие струи горячего воздуха на поверхность тестовых заготовок заключается в быстром высыхании поверхности, в результате чего образуется сухая, твердая корка, температура которой затем повышается и становится более яркой. Поскольку большой объем горячего воздуха равномерно обдувается, цвет будет равномерным и не будет отображать блики и узоры, как это достигается с помощью системы инфракрасной теплопередачи.

Быстрое высыхание поверхности продукции образует твердую корку и предотвращает расширение и «подъем» теста, поэтому эта система не используется в первой части духовки при выпечке крекеров и печенья. 

Вывод

Излучение

Излучение - самый важный метод передачи тепла при выпечке. Это происходит в основном за счет электромагнитного излучения инфракрасных длин волн от инфракрасных электронагревателей и горячих поверхностей пекарной камеры. Это инфракрасное тепло является проникающим и эффективным и не вызывает побочных эффектов.

Мы отметили, что излучение (передача тепловой энергии) зависит от нескольких факторов:

  1. Природа и, как следствие, коэффициент излучения излучающей поверхности (насколько она близка к «черному телу»)
  2. Расстояние между излучающей поверхностью и заготовками. Передаваемая тепловая энергия обратно пропорциональна квадрату расстояния. Небольшое уменьшение расстояния вызывает большое увеличение теплопередачи к изделиям.
  3. Разница в температуре излучающей поверхности и тестовых заготовок. Небольшое повышение температуры излучающей поверхности вызывает очень большое увеличение теплопередачи. Теплопередача пропорциональна температуре излучающей поверхности в 4 степени.
  4. Излучение - это традиционный метод передачи тепла при выпечке лаваша, пиццы и хлеба, а также многих других пищевых продуктов. Это оптимальный метод теплопередачи для создания качественной текстуры, объема, формы и цвета изделий. Он стабилен, хорошо проникает и гибок, обеспечивает высокое тепловыделение для лавашей и медленную, «мягкую» теплопередачу для мягкого теста.

Проводимость

  1. Выпечка: теплопроводность передает тепло от ленты духового шкафа непосредственно к основанию заготовок. Теплопередача зависит от температуры и тепловой массы ленты печи и поверхности ленты, контактирующей с тестовой заготовкой. Для стальных лент и толстых сетчатых лент это приблизительно соответствует полному контакту. Духовки с ленточным предварительным нагревом могут быстро передать тепло основанию заготовок и добиться быстрого развития структуры и текстуры выпечки; это особенно ценно для выпечки крекеров. Электропроводность также важна при выпекании мягкого теста на стальных лентах.

  2. Изоляция духовки: тепло от пекарной камеры передается к внешним крышкам духовки и способствует теплопотерям в пекарне. Для уменьшения потерь тепла используется изоляционный материал с низкой теплопроводностью.

Конвекция

  1. В конвекционной выпечке используются струи горячего воздуха, которые попадают непосредственно на верхнюю часть теста и нижнюю часть ленты духового шкафа. Эта система эффективно сушит и окрашивает поверхность заготовок. Однако он дает твердую сухую корку на тесте и препятствует хорошему расширению и «подъему» продукта, если его использовать в начале процесса выпечки.

  2. Конвекцию воздуха в пекарной камере, откуда поднимается более горячий воздух, необходимо учитывать при независимом регулировании температуры верхней и нижней части духовки.





Возврат к списку


Задать вопрос

Логотип ТЭН 24
Для того, чтобы купить нагреватели или задать вопрос специалисту заполните форму или просто позвоните по телефонам