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