Ćwiczenie nr 4 Suszarnictwo

Transkrypt

Ćwiczenie nr 4 Suszarnictwo
Ćwiczenie nr 4
Temat
Badanie kinetyki
zmian właściwości fizycznych
materiałów biologicznych
w trakcie suszenia mikrofalowego
Imię i nazwisko
osoby wykonującej
ćwiczenie
Kierunek studiów
Rok studiów
Grupa
Podgrupa
Zaliczenie
ćwiczenia
………………………….
(data i podpis Prowadzącego)
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie kinetyki zmian właściwości fizycznych wybranego
materiału biologicznego z grupy owoców i warzyw w trakcie suszenia mikrofalowego.
Cele szczegółowe:
 Określenie zawartości wody w materiale;
 Wyznaczenie objętości i gęstości pozornej materiału;
 Określenie gęstości rzeczywistej materiału;
 Wyliczenie porowatości materiału;
 Wyliczenie współczynnika dyfuzyjności cieplnej materiału na podstawie wartości
literaturowych ciepła właściwego i przewodności cieplnej.
2. Wstęp teoretyczny
Zastosowanie mikrofal umożliwia intensyfikację procesu suszenia oraz uzyskanie
produktu o wysokiej jakości. Pozwala na skrócenie czasu suszenia, przy jednoczesnym
usunięciu znacznej ilości wilgoci. Ma korzystny wpływ na właściwości fizyczne oraz
zachowanie biologicznie aktywnych składników w produkcie.
Mikrofale są to fale elektromagnetyczne. Mikrofale posiadają częstotliwość z zakresu
300 MHz - 300 GHz i długość fali od 1 m do 1 mm. W celu przetwarzania żywności
wykorzystywane są najczęściej mikrofale o częstotliwości 915 oraz 2450 MHz. W
urządzeniach mikrofalowych mikrofale są wytwarzane w generatorach, które mogą być małej
(1 - 6 kW) lub dużej (15, 30, 60, 75 kW) mocy.
Mikrofale w kontakcie z materiałem biologicznym mogą ulec absorpcji
(pochłanianiu), odbiciu lub rozproszeniu. Mikrofale pochłonięte przez materiał mogą
wytwarzać ciepło. Głębokość wnikania mikrofal jest zależna od częstotliwości fal. W
przypadku pasm o niższej częstotliwości głębokość wnikania mikrofal w materiał jest
większa.
Działające na materiał zewnętrzne pole elektryczne powoduje powstanie sił
elektrodynamicznych, które wpływają na obrót i równoległe do kierunku tego pola położenie
dipoli (głównie dipoli wody) zawartych w materiale. Przemienne pole powoduje nieustanne
przemieszczanie cząsteczek, w wyniku czego powstaje tarcie międzycząsteczkowe oraz
wydzielanie energii w postaci ciepła w masie materiału. Zjawisko to eliminuje naprężenia
mechaniczne, dzięki czemu wysuszony produkt posiada teksturę o wysokiej ocenie
konsumenckiej. Uzyskane w wyniku suszenia mikrofalowego produkty charakteryzują się
większą objętością i mniejszym skurczem niż na przykład produkty suszone konwekcyjne.
Stanowi to istotną zaletę z punktu widzenia konsumentów, którzy negatywnie odbierają
zmiany kształtu materiałów oraz wzrost twardości.
Suszenie mikrofalowe wymaga dobrania odpowiednich parametrów (moc mikrofal,
czas suszenia) przeprowadzania procesu dla poszczególnych materiałów biologicznych. Przed
suszeniem materiału zaleca się wykonanie badań testowych.
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Definicje
Zawartość wody w materiale (u) jest podstawowym parametrem określającym ilość wody w
wilgotnym materiale wyrażoną w jednostce masy na jednostkę masy suchego materiału:
(1)
gdzie:
u – zawartość wody (kg wody/kg s.s.)
W – masa wody (g)
Ms – masa suchej substancji (g).
Wilgotność materiału (w) jest to procentowa zawartość masy wody zawartej w badanym
materiale do masy suchej substancji wraz z wodą:
(2)
gdzie:
w – wilgotność materiału (%)
W – masa wody (g)
M – masa materiału (g)
Ms – masa suchej substancji (g).
Objętość materiału (V) jest miarą przestrzeni zajmowanej przez dany obiekt. Objętość
mierzoną metodą zanurzeniową przy użyciu materiału sypkiego (patrz: Eksperyment 4)
wyliczamy ze wzoru:
Vm = Vms - Vs
(3)
gdzie:
Vm – objętość badanego materiału (cm3)
Vms – objętość materiału z sypką substancją (cm3)
Vs – objętość sypkiej substancji (cm3).
Gęstość pozorna materiału (ρp) jest to stosunek masy materiału do objętości zajmowanej
przez materiał wraz z wolnymi przestrzeniami w strukturze:
(4)
gdzie:
ρp– gęstość pozorna badanego materiału (g/cm3)
ms – masa badanego materiału (g)
Vs – objętość badanego materiału (cm3).
Gęstość rzeczywista suchej substancji materiału (masa właściwa suchej substancji) (ρrz)
stanowi stosunek masy suchej substancji materiału bez porów do objętości materiału.
Obliczenia wykonujemy według formuły:
(4)
gdzie:
ρrz– gęstość rzeczywista suchej substancji materiału (g/cm3)
ρw – gęstość wody (g/cm3)
W1 – masa pustego piknometru (g)
W2 – masa piknometru z cieczą (g)
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
W3 – masa piknometru z próbką (g)
W4 –masa piknometru z cieczą i próbką (g).
Wyliczenia gęstości rzeczywistej materiału świeżego i suszonego wykonujemy zgodnie ze
wzorem:
ρw Xw + ρs.s. Xs.s. = ρrz św
(5)
gdzie:
ρrz św – gęstość rzeczywista świeżego materiału (g/cm3)
ρw – gęstość wody (g/cm3)
ρs.s. – gęstość rzeczywista suchej substancji materiału (g/cm3)
Xw – udział %-owy wody (%);
Xs.s. – udział %-owy suchej substancji [%].
Porowatość materiału (ε) jest to stosunek objętości przestrzeni obecnych wewnątrz struktury
do całkowitej objętości materiału:
(5)
gdzie:
ε – porowatość (%)
ρrz – gęstość rzeczywista (g/cm3)
ρp – gęstość pozorna (g/cm3).
Ciepło właściwe (cp) stanowi ilość energii w postaci ciepła (dQ), którą należy dostarczyć do
układu o masie jednostkowej (m), aby podwyższyć jego temperaturę o jednostkę (dT):
(6)
gdzie:
cp – ciepło właściwe (J/kgK)
dQ – jednostkowe ciepło dostarczane do układu (J)
m – jednostkowa masa substancji (kg)
dT – przyrost temperatury o jednostkę (K).
Wyliczenia ciepła właściwego materiału świeżego i suszonego wykonujemy zgodnie ze
wzorem:
Cp w Xw + Cp s.s. Xs.s = Cp św
(7)
gdzie:
Cp w – ciepło właściwe wody (J/kgK)
Cp s.s. – ciepło właściwe suchej substancji materiału (J/kgK)
Xw – udział %-owy wody (%)
Xs.s. – udział %-owy suchej substancji (%).
Przewodność cieplna (λ) charakteryzuje zdolność materiału do przewodzenia ciepła. Jest
określona jako strumień ciepła przypadający na jednostkę powierzchni materiału
(prostopadłej do kierunku strumienia ciepła) przy gradiencie temperatury równym 1 K/m.
Przewodność cieplna może być obliczona z następującej formuły:
(8)
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
gdzie:
λ – współczynnik przewodzenia ciepła (W/mK)
Q – strumień ciepła (W)
A– powierzchnia, (m2)
ΔT/dl – gradient temperatury (K/m).
Dyfuzyjność cieplna (współczynnik wyrównania temperatury) (α) charakteryzuje zdolność
materiału do transportu ciepła w obrębie danego materiału i zmniejszania gradientów
temperatury oraz wyrównywania pola temperatur. Dyfuzyjność cieplna może być wyrażona
jako stosunek współczynnika przewodności cieplnej i iloczynu gęstości pozornej oraz ciepła
właściwego:
(9)
gdzie:
α – współczynnik dyfuzyjności cieplnej (m2/s1)
λ – współczynnik przewodności cieplnej (W/mK)
cp – ciepło właściwe (J/kgK)
ρ – gęstość pozorna (kg/m3).
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
3. Stanowisko pomiarowe
Sprzęt laboratoryjny używany podczas pomiarów:

Suszarka konwekcyjna;

Kuchenka mikrofalowa;
DANE TECHNICZNE
Pobór energii:
Znamionowa moc wyjściowa mikrofal:
Częstotliwość robocza:
Wymiary zewnętrzne:
Wymiary komory kuchenki:
Pojemność kuchenki:
Równomierność podgrzewania:
Ciężar netto:
230V~240 V, 1200 W (funkcja mikrofal)
700 W
2450 MHz
262 mm (wys.) ˣ 452 mm (szer.) ˣ 335 mm (głęb.)
198 mm (wys.) ˣ 315 mm (szer.) ˣ 297 mm (głęb.)
20 litrów
mechanizm obrotowy
ok. 10,5 kg
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie

Waga laboratoryjna;

Cylinder miarowy;

Piknometr;

Naczynka wagowe;

Eksykator;

Szalki Petriego;
Szalki
Odzież ochronna wykorzystywana podczas wykonywania ćwiczenia:
 Fartuch;
 Rękawiczki jednorazowe;
 Rękawice ochronne stosowane podczas kontaktu z gorącym materiałem.
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
4. Instrukcja wykonania ćwiczenia
W czasie ćwiczenia wykonywane będą eksperymenty:
 Oznaczanie zawartości wody i suchej substancji w materiale;
 Zbadanie kinetyki procesu suszenia mikrofalowego;
 Pomiar objętości cząstki;
 Pomiar gęstości rzeczywistej materiału.
Eksperyment 1
Oznaczanie zawartości wody i suchej substancji w materiale
Zawartość wody badanego materiału należy wyznaczyć metodą suszarkową zgodnie z PN90/A-75101/03. Pomiar wykonuje się w 1 powtórzeniu. W tym celu należy przygotować
naczynko wagowe z pokrywką i zważyć je przy użyciu wagi laboratoryjnej. W naczynku
należy umieścić rozdrobnioną próbkę materiału o masie około 3 g. Materiał należy odważyć
przy pomocy wagi laboratoryjnej. Otwarte naczynko (przykrywkę należy ułożyć w suszarce
obok odpowiedniego naczynka) należy umieścić w suszarce konwekcyjnej KCW-100 ZSK-2.
Proces oznaczania zawartości wody w materiale oraz suchej substancji prowadzi się w
temperaturze 105°C – 130°C przez ok. 2 godziny. Po tym czasie naczynko należy wyjąć z
suszarki przy użyciu rękawicy! Naczynko zamyka się następnie pokrywką, aby
uniemożliwić wchłanianie wilgoci z otoczenia i przenosi do eksykatora do czasu osiągnięcia
temperatury pokojowej. Nie należy stawiać na wagę gorących naczynek! Czas studzenia
powinien wynosić ok. 15 min. Następnie naczynko waży się i notuje wynik. Znając masę
naczynka, początkową masę materiału przed suszeniem oraz masę materiału po suszeniu
wyznacza się zawartość suchej substancji oraz początkową zawartość wody w materiale.
Eksperyment 2
Badanie kinetyki procesu suszenia mikrofalowego
Nie wolno korzystać z urządzenia, jeżeli jest ono uszkodzone!
Nie wolno włączać kuchenki, jeżeli jest pusta!
W celu ochrony przed wystawieniem się na działanie energii mikrofal nie należy obsługiwać
kuchenki przy otwartych drzwiczkach!
Nie wolno umieszczać w środku kuchenki żadnych innych przedmiotów niż szalki z
materiałem badawczym!
Do wyjmowania szalek z suszonym materiałem z kuchenki należy używać rękawicy
ochronnej!
Proces suszenia prowadzony jest w kuchence mikrofalowej. Materiał biologiczny (około 20
pojedynczych cząstek - całych, nieuszkodzonych, zbliżonych wielkością) umieszczamy na
szalce Petriego. Szalkę z materiałem należy umieścić w komorze suszarki mikrofalowej i
zamknąć drzwiczki. Za pomocą pokrętła mocy (1) należy wybrać najniższy poziom mocy.
Czas suszenia ustawia się przy użyciu pokrętła regulacji czasu (2). Szalkę z materiałem
należy suszyć przez 1, 2, 4, 6, 8 i 10 min. Po każdym czasie, wyjmuje się szalkę z materiałem
(przy użyciu rękawicy) i waży na wadze laboratoryjnej. W przypadku czasu krótszego niż 2
minuty należy obrócić pokrętło (2) poza zakres 2 minut, a następnie delikatnie wstecz,
wybierając właściwy czas (1 min).
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
(1) pokrętło mocy
(2) pokrętło regulacji czasu
Eksperyment 3
Przygotowanie materiału do pomiaru właściwości fizycznych
Eksperyment przeprowadza się w podobny sposób jak eksperyment nr 2, z tą różnicą, że dla
każdego czasu suszenia (1, 2, 4, 6, 8 i 10 min) w komorze umieszcza się szalkę z nową
próbką (20 cząstek), a suszone próbki przeznacza się do pomiaru właściwości fizycznych
(Eksperyment 4). Eksperyment nr 3 prowadzi się przy tych samych ustawieniach mocy co
eksperyment nr 2.
Eksperyment 4
Oznaczanie objętości (Vm) i gęstości pozornej (ρp) materiału
Objętość materiału mierzy się metodą zanurzeniową. Wykorzystuje się do tego celu cylinder
miarowy wypełniony sypką substancją, której objętość odczytuje się z podziałki cylindra.
Następnie, waży się cylinder wypełniony sypką substancją. Kolejno, w cylindrze umieszcza
się uprzednio zważoną próbkę (10 cząstek) materiału badawczego otrzymanego z
eksperymentu 3 i dokonuje odczytu objętości. Pomiar należy wykonać w 2 powtórzeniach.
Eksperyment 5
Pomiar gęstości rzeczywistej (ρrz) suchej substancji materiału
Pomiaru dokonuje się metodą piknometryczną przy użyciu naczynia o wykalibrowanej
objętości (piknometru), które umożliwia odprowadzenie nadmiaru cieczy po umieszczeniu w
środku badanego materiału. Pomiar należy wykonać według następującej procedury:


Pomiar wykonujemy w 2 powtórzeniach,
Wcześniej wysuszony materiał należy rozgnieść do postaci proszku,
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie






W celu odparowania resztek wody, materiał należy umieścić w komorze
konwekcyjnej suszarki laboratoryjnej (temperatura 130˚C, czas 15 minut) co pozwoli
zakładać, że wyznaczona gęstość będzie gęstością suchej substancji materiału,
Zważyć przygotowany materiał (około 2-3g),
Zważyć suchy piknometr,
Przy użyciu wagi laboratoryjnej zważyć piknometr wypełniony cieczą o znanej
gęstości (wodą) dla danej temperatury (należy przyjąć zakres temperatury 18-23˚C),
Wsypać badany materiał do cieczy zawartej w piknometrze i zamknąć piknometr
umożliwiając wypłynięcie nadmiaru cieczy. Piknometr należy osuszyć z zewnątrz,
Zważyć piknometr z badanym materiałem i cieczą.
Tabela 1. Gęstość wody ρw w zależności od temperatury ma następujące wartości:
Temperatura wody (ºC )
ρw (g/cm3)
13÷17
0,999
18÷23
0,998
24÷27
0,997
28÷31
0,996
Po zakończonych ćwiczeniach należy posprzątać stanowisko, umyć używane
naczynka laboratoryjne.
Nie opuszczamy sali ćwiczeniowej bez sprawdzenia stanowiska i uzyskania
podpisu Prowadzącego na sprawozdaniu.
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
5. Dane zebrane z eksperymentów
……..………………....
Materiał badawczy:
(data i podpis Prowadzącego)
5.1. Oznaczanie zawartości wody i suchej substancji w materiale
Tabela 2. Dane otrzymane z eksperymentu nr 1.
Nr
naczynka
Masa naczynka z
przykrywką
(g)
Masa naczynka z
przykrywką i z materiałem
przed suszeniem
(g)
Masa naczynka z
przykrywką i materiałem
po suszeniu
(g)
5.2. Badanie kinetyki proces suszenia mikrofalowego
Tabela 3. Dane otrzymane z eksperymentu nr 2.
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału
biologicznego
t
(min)
Masa
materiału
M
(g)
0
1
2
4
6
8
10
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
5.3. Oznaczanie objętości (Vm) i gęstości pozornej (ρp) materiału
Tabela 4. Dane otrzymane z eksperymentu nr 4.
Tabela 4.1. Powtórzenie 1
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału
biologicznego
t
(min)
Masa
cylindra
z sypką
substancją
m
(g)
Objętość
sypkiej
substancji w
cylindrze
Masa
cylindra
z sypką
substancją
m
(g)
Objętość
sypkiej
substancji w
cylindrze
Vs
(cm3)
Masa
badanego
materiału
m
(g)
Objętość
sypkiej
substancji z
materiałem w
cylindrze
Vms
(cm3)
0
1
2
4
6
8
10
Tabela 4.2. Powtórzenie 2
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału
biologicznego
t
(min)
Vs
(cm3)
Masa
badanego
materiału
m
(g)
Objętość
sypkiej
substancji z
materiałem w
cylindrze
Vms
(cm3)
0
1
2
4
6
8
10
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
5.4. Pomiar gęstości rzeczywistej (ρrz ) suchej substancji materiału
Tabela 5. Dane otrzymane z eksperymentu nr 4.
Tabela 5.1. Powtórzenie 1
Masa pustego piknometru
W1
(g)
Masa piknometru z cieczą
W2
(g)
Masa piknometru z
próbką
W3
(g)
Masa piknometru z cieczą
i próbką
W4
(g)
Masa piknometru z
próbką
W3
(g)
Masa piknometru z cieczą
i próbką
W4
(g)
Masa materiału:
Tabela 5.2. Powtórzenie 2
Masa pustego piknometru
W1
(g)
Masa piknometru z cieczą
W2
(g)
Masa materiału:

Podaj gęstość cieczy (dla zakresu temperatury 18-23˚C):
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
6. Obliczenia
6.1. Oznaczanie zawartości wody i suchej substancji w materiale
Tabela 6. Zawartość suchej substancji i wody w materiale.
Nr naczynka
Masa suchej
substancji
Ms
(g)
Zawartość wody
u
(kg wody/kg s.s.)
6.2. Badanie kinetyki proces suszenia mikrofalowego
Tabela 7. Zawartość wody w materiale i wilgotność materiału
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału biologicznego
t
(min)
Masa
materiału
M
(g)
Masa
suchej substancji
Ms
(g)
Masa
wody
W
(g)
Zawartość
wody
u
(kg wody/kg s.s.)
Wilgotność
materiału
w
(%)
0
1
2
4
6
8
10
6.3. Oznaczanie objętości (Vm) i gęstości pozornej (ρp) materiału
Tabela 8. Objętość i gęstość pozorna materiału.
Tabela 8.1. Powtórzenie 1
Czas suszenia mikrofalowego
materiału biologicznego
t
(min)
Objętość materiału
Vm
(cm3)
Gęstość pozorna materiału
ρp
(g/cm3)
0
1
2
4
6
8
10
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Tabela 8.2. Powtórzenie 2
Czas suszenia mikrofalowego
materiału biologicznego
t
(min)
Objętość materiału
Vm
(cm3)
Gęstość pozorna materiału
ρp
(g/cm3)
0
1
2
4
6
8
10
6.4. Pomiar gęstości rzeczywistej (ρrz) materiału
Powtórzenie 1
Należy podać wartość obliczonej gęstości rzeczywistej suchej substancji materiału:
Znając:
gęstość rzeczywistą suchej substancji materiału:
gęstość wody:
udział %-wody (skorzystaj z Tabeli 2, aby policzyć udział %-owy wody):
udział %-owy suchej substancji (skorzystaj z Tabeli 2, aby policzyć udział %-owy suchej
substancji):
należy podać wartości obliczonej gęstości rzeczywistej materiału świeżego oraz suszonego
(Tabela 9.1):
Tabela. 9.1 Gęstość rzeczywista materiału świeżego oraz suszonego
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału
biologicznego
t
(min)
Gęstość
rzeczywista
materiału
ρrz
(g/cm3)
0
1
2
4
6
8
10
Powtórzenie 2
Należy podać wartość obliczonej gęstości rzeczywistej suchej substancji materiału:
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Znając:
gęstość rzeczywistą suchej substancji materiału:
gęstość wody:
udział %-wody (skorzystaj z Tabeli 2, aby policzyć udział %-owy wody):
udział %-owy suchej substancji (skorzystaj z Tabeli 2, aby policzyć udział %-owy suchej
substancji):
należy podać wartości obliczonej gęstości rzeczywistej materiału świeżego oraz suszonego
(Tabela 9.2):
Tabela 9.2. Gęstość rzeczywista materiału świeżego oraz suszonego
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału
biologicznego
t
(min)
Gęstość
rzeczywista
materiału
ρrz
(g/cm3)
0
1
2
4
6
8
10
6.5. Porowatość materiału
Tabela 10. Porowatość materiału.
Tabela 10.1. Powtórzenie 1
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału biologicznego
t
(min)
Porowatość
ε
(%)
0
1
2
4
6
8
10
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Tabela 10.2. Powtórzenie 2
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału biologicznego
t
(min)
Porowatość
ε
(%)
0
1
2
4
6
8
10
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
7. Obliczenia na podstawie danych literaturowych
7.1. Ciepło właściwe
Ciepło właściwe suchej substancji badanego materiału należy przyjąć jako: 855,5 (J/kg K).
Znając:
ciepło właściwe suchej substancji materiału (w temperaturze pokojowej, ok. 20°C):
ciepło właściwe wody (w temperaturze pokojowej, ok. 20°C):
udział % wody (skorzystaj z Tabeli 2, aby policzyć udział % wody):
udział % suchej substancji (skorzystaj z Tabeli 2, aby policzyć udział % suchej substancji):
należy podać wartość obliczonego ciepła właściwego materiału świeżego oraz suszonego:
Tabela 11. Ciepło właściwe materiału świeżego oraz suszonego
Czas suszenia
mikrofalowego
materiału biologicznego
t
[min]
Ciepło właściwe
Cp
[J kg-1K-1]
0
1
2
4
6
8
10
7.2. Współczynnik dyfuzyjności cieplnej
Tabela 12. Współczynnik dyfuzyjności cieplnej materiału.
Ciepło właściwe
Cp
[J kg-1K-1]
Przewodność cieplna
λ
[W m-1 K-1]
Gęstość pozorna
materiału
ρp
[kg m-3]
Współczynnik
dyfuzyjności cieplnej
α
[m2 s-1]
Przewodność cieplna (dane literaturowe): 0,30 (W/mK)
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
8. Prezentacja i analiza wyników
8.1. Zaprezentuj przykład obliczania zawartości wody w materiale.
8.2. Zaprezentuj przykład obliczania objętości i gęstości pozornej materiału.
8.3. Zaprezentuj przykład obliczania gęstości rzeczywistej suchej substancji materiału.
8.4. Zaprezentuj przykład obliczania gęstości rzeczywistej materiału świeżego.
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
8.5. Zaprezentuj przykład obliczania porowatości materiału.
8.6. Zaprezentuj obliczania ciepła właściwego materiału.
8.7. Zaprezentuj obliczanie dyfuzyjności cieplnej materiału.
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
8.8. Sporządź wykres przebiegu skurczu suszarniczego (V/Vo) w funkcji względnej
zawartości wody (u/uo) w materiale.
8.8.1. Dokonaj analizy skurczu suszarniczego materiału podczas suszenia. Dopasuj
model do danych eksperymentalnych.
8.9. Sporządź wykres zmian gęstości pozornej w funkcji względnej zawartości wody (u/uo) w
materiale.
8.9.1. Oceń jak zmienia się gęstość pozorna materiału wraz ze zmianą zawartości wody
w suszonej cząstce. Co może być przypuszczalną przyczyną takich zmian?
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
8.10. Sporządź wykres zmian gęstości rzeczywistej w funkcji względnej zawartości wody
(u/uo) w materiale.
8.10.1. Oceń jak zmienia się gęstość rzeczywista materiału wraz ze zmianą zawartości
wody w suszonej cząstce. Co może być przypuszczalną przyczyną takich zmian?
8.11. Sporządź wykres zmian porowatości w funkcji względnej zawartości wody (u/uo) w
materiale.
8.11.1. Oceń jak zmienia się porowatość materiału wraz ze zmianą zawartości wody w
suszonej cząstce. Co może być przypuszczalną przyczyną takich zmian?
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
8.12. Sporządź wykres zmian ciepła właściwego w funkcji względnej zawartości wody (u/uo)
w materiale.
8.12.1. Jak zmienia się ciepło właściwe wraz ze zmianą zawartości wody?
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
9. Wnioski:
Zaprezentuj najważniejsze wnioski wynikające z uzyskanych wyników pomiarów.
Zinterpretuj zmiany poszczególnych parametrów podczas suszenia mikrofalowego materiału
biologicznego wraz z zawartością wody.
Zawartość wody w materiale
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Objętość materiału
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Gęstość pozorna materiału
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Gęstość rzeczywista materiału
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie
Porowatość materiału
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Ciepło właściwe
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Współczynnik dyfuzyjności cieplnej materiału
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………………
Zeszyt ćwiczeń laboratoryjnych z przedmiotu Suszarnictwo
Opracowanie: dr Ewa Ropelewska, dr inż. Magdalena Zielińska
Katedra Inżynierii Systemów, Wydział Nauk Technicznych, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie