CC BY
8
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Научная статья
УДК 635.21.639.171
DOI: 10.24412/2227-9407-2022-7-51 -61
Результаты исследования динамики диэлектрического нагрева двухкомпонентного сырья
Марьяна Валентиновна Просвирякова1, Ольга Ивановна Орлова2^,
Павел Николаевич Романов3, Александр Иванович Котин4, Сергей Петрович Зайцев5
1 я 3 4 Нижегородский государственный инженерно-экономический университет, Княгинино, Россия 5 Чувашский государственный аграрный университет, Чебоксары, Россия 1 prosviryakova. maryana@yandex. ru, http://orcid. org/0000-0003-3258-260X 2Oliandria5@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4384-3158 3pavel.romanov011@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-7656-8706
4 kotinalex87@mail.ru
5 zapevl@mail. ru
Аннотация
Введение. В СВЧ-яйцеварках заложена инновационная идея, заключающаяся в том, что варка яиц, имеющих разные значения фактора диэлектрических потерь желтка и белка, находящихся в скорлупе, живое сечение пор которой не обеспечивает выделение пара в процессе эндогенного избирательного диэлектрического нагрева компонентов яйца, осуществляется с обеспечением скважности процесса воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) на яйца, менее чем 0,5.
Материалы и методы. Диэлектрические параметры компонентов яйца анализировали по данным Рогова И. А. и представили их зависимости от температуры при частоте 2450 МГц в виде уравнения тренда. Плотность и теплоемкость компонентов яиц определяли из справочников теплофизических параметров веществ. Теоретические исследования динамики нагрева компонентов сырья проводили, пользуясь формулами, позволяющими оценить выделяемую в сырье мощность диэлектрических потерь. Обработка полученных результатов производилась в программе «MS Excel». Пространственное изображение узлов СВЧ-яйцеварки моделировали в системе трехмерного проектирования Компас-3D.
Результаты и обсуждение. Для обоснования режимов работы СВЧ-яйцеварки проведены исследования динамики нагрева компонентов сырья при изменении их электрофизических параметров в процессе нагрева. Для реализации процесса термообработки яиц разработана СВЧ-установка непрерывно-поточного действия с тремя сферическими резонаторами и ячеистым ротором, содержащая в горизонтальной плоскости внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса сферические щелевые резонаторы, расположенные со сдвигом 120° по его периметру, и диэлектрический передвижной желоб с отверстиями, соединенный с диэлектрическим ободком, вращающимся от электропривода. Снизу передвижного желоба расположен стационарный диэлектрический желоб с выгрузным патрубком.
Заключение. В разработанной СВЧ-яйцеварке удельные энергетические затраты на термообработку яиц составляют 0,217 кВт-ч/кг, что на 32 % ниже, чем в СВЧ-яйцеварках периодического действия. Под действием ЭМПСВЧ желток эндогенно нагревается до температуры 125 °С за 130 с при напряженности электрического поля в резонаторе 200 В/см. При прохождении конвейера со средним периметром L = 252 см через три сферических резонатора диаметром 30,6 см скорость его движения равна 0,7 см/с, а один оборот конвейер выполняет за 360 с. Средняя производительность установки составляет 250 шт./ч. При таком режиме скважность процесса составляет 0,36, что меньше критической, равной 0,5. Экспериментальные исследования динамики нагрева яичной массы в стационарном режиме совпадают с достаточной доверительной вероятностью с теоре-
© Просвирякова М. В., Орлова О. И., Романов П. Н., Котин А. И., Зайцев С. П., 2022 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License. The content is available under Creative Commons Attribution 4.0 License.
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
тическими результатами и подтверждают, что яичная масса нагревается до 70-85 °С за 90-120 с при удельных мощностях 4-6 Вт/г.
Ключевые слова: динамика нагрева, компоненты яйца, конвейерная яйцеварка, микроволновая технология, мощность диэлектрических потерь, скважность процесса, сферический резонатор, электрофизические параметры желтка и белка, энергозатраты
Для цитирования: Просвирякова М. В., Орлова О. И., Романов П. Н., Котин А. И., Зайцев С. П. Результаты исследования динамики диэлектрического нагрева двухкомпонентного сырья // Вестник НГИЭИ. 2022. № 7 (134). С. 51-61. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-7-51-61
Results of the study of the dynamics of dielectric heating of two-component raw materials
Mariana V. Prosviryakova1, Olga I. Orlova2B, Pavel N. Romanov3, Alexander I. Kotin4, Sergey P. Zaytsev5
12 3 4 Nizhny Novgorod State University of Engineering and Economics, Knyaginino, Russia 5 Chuvash State Agricultural University, Cheboksary, Russia 1 prosviryakova.maryana@yandex.ru, http://orcid.org/0000-0003-3258-260X 2Oliandria5@mail.ru, https://orcid.org/0000-0003-4384-3158 3pavel.romanov011@gmail.com, https://orcid.org/0000-0002-7656-8706
4 kotinalex87@mail.ru
5 zapevl@mail.ru
Abstract
Introduction. An innovative idea is laid in microwave egg cookers, which consists in the fact that the cooking of eggs with different values of the dielectric loss factor of yolk and protein, located in the shell, the live section of the pores of which does not provide steam release during endogenous selective dielectric heating of egg components, is carried out with ensuring the continuity of the process of exposure to an ultrahigh frequency electromagnetic field on eggs, less than 0.5.
Materials and methods. The dielectric parameters of the egg components were analyzed according to the data of
I. A. Rogov and presented their dependences on temperature at a frequency of 2450 MHz in the form of a trend equation. The density and heat capacity of the egg components were determined from the reference book of thermophysical parameters of substances. Theoretical studies of the heating dynamics of the raw materials components were carried out using formulas that allow estimating the dielectric loss power released in the raw materials. The processing of the obtained results was carried out in the program MS Excel. The spatial image of the microwave egg cooker nodes was modeled in the Compass-3D three-dimensional design system.
Results and discussion. To substantiate the modes of operation of the microwave egg cooker, studies of the dynamics of heating of raw materials components when their electrophysical parameters change during heating are carried out. To implement the process of heat treatment of eggs, a continuous-flow microwave installation with three spherical resonators and a cellular rotor has been developed, containing in a horizontal plane inside a non-magnetic cylindrical shielding housing spherical slit resonators located with a shift of 120° along its perimeter, and a dielectric movable trough with holes connected to a dielectric rim rotating from an electric drive. At the bottom of the mobile chute there is a stationary dielectric chute with a discharge pipe.
Conclusion. In the developed microwave egg cooker, the specific energy costs for heat treatment of eggs are 0,217 kWh/kg, which is 32 % lower than microwave egg cookers of periodic action. Under the action of EMPH, the yolk is endogenously heated to a temperature of 125 °C in 130 s at an electric field strength of 200 V/cm in the resonator. When a conveyor with an average perimeter of L = 252 cm passes through three spherical resonators with a diameter of 30.6 cm, its movement speed is 0.7 cm/s, and the conveyor performs one revolution in 360 s. The average capacity of the installation is 250 pcs/h. In this mode, the process duty cycle is 0.36, which is less than the critical value of 0,5. Experimental studies of the dynamics of heating the egg mass in stationary mode coincide with a sufficient confidence probability with theoretical results and confirm that the egg mass heats up to 70-85 °C in 90-120 s at specific capacities of 4-6 W/g.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Keywords: heating dynamics, egg components, conveyor egg cooker, microwave technology, dielectric loss power, electrophysical parameters of yolk and protein, spherical resonator, energy consumption, process continuity
For citation: Prosviryakova M. V., Orlova O. I., Romanov P. N., Kotin A. I., Zaytsev S. P. Results of the study of the dynamics of dielectric heating of two-component raw materials // Bulletin NGIEI. 2022. № 7 (134). P. 51-61. DOI: 10.24412/2227-9407-2022-7-51-61
Введение
В настоящее время известны десятки установок для варки яиц без воды с использованием микроволновой технологии, работающие преимущественно в периодическом режиме, в том числе известен патент № 2361496 - способ и механизированное устройство для варки яиц [1; 2]. Яйцеварка содержит внутри цилиндрического экранирующего корпуса четыре микроволновые печи, через которые передвигается фторопластовый ротор с ячейками для яиц (рис. 1). В таком конструкционном исполнении СВЧ-яйцеварки периодического действия производительностью 150 шт./ч энергетические затраты составляют 16 Вт-ч/шт. = 0,32 Вт-ч/г, удельная мощность 4 Вт/г, скважность процесса 0,27, продолжительность термообработки 12 мин.
Во всех известных СВЧ-яйцеварках [1; 2; 3; 4; 5; 6; 7] заложена инновационная идея, заключающаяся в том, что варка яиц, имеющих разные значения фактора диэлектрических потерь желтка и белка, находящихся в скорлупе, живое сечение пор которой не обеспечивает выделение пара в процессе эндогенного избирательного диэлектрического нагрева компонентов яйца, осуществляется с обеспечением скважности процесса воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) на яйца, менее чем 0,5.
Рис. 1. СВЧ-яйцеварка периодического действия Fig. 1. Microwave egg cooker of periodic action Источник: изготовлено в научной школе Новиковой Г. В.
В модернизированных нами конструкционных исполнениях СВЧ-яйцеварок предусмотрен не-
прерывный технологический процесс с резонаторами, обеспечивающими сохранение электромагнитной безопасности. Для обоснования режимов работы СВЧ-яйцеварки любого конструкционного исполнения необходимо исследовать динамику нагрева компонентов сырья при изменении их электрофизических параметров в процессе нагрева [8; 9].
Материалы и методы
Диэлектрические параметры компонентов яйца анализировали по данным Рогова И. А.1, 2 и представили их зависимости от температуры при частоте 2450 МГц в виде уравнений тренда. Плотность и теплоемкость компонентов яиц определяли из справочников теплофизических параметров веществ [10; 11; 12; 13; 14; 15; 16]. Теоретические исследования динамики нагрева компонентов сырья проводили, пользуясь формулами, позволяющими оценить выделяемую в сырье мощность диэлектрических потерь. Обработка полученных результатов производилась в программе «MS Excel». Пространственное изображение узлов СВЧ-яйцеварки моделировали в системе трехмерного проектирования Компас-3D.
Результаты и обсуждение
Для исследования динамики нагрева компонентов яйца необходимо учесть изменения их электрофизических параметров в процессе воздействия ЭМПСВЧ, т. е. проанализировать, как изменяется в зависимости от температуры диэлектрическая проницаемость (е), тангенс угла диэлектрических потерь (tgS), фактор диэлектрических потерь (k), теплоемкость (С, Дж/кг оС) и плотность (р, г/см3) белка и желтка. Нами проанализированы диэлектрические и теплофизические параметры компонентов яйца (рис. 2-5) и получены эмпирические выражения в виде уравнений тренда (1).
Эмпирические выражения, описывающие диэлектрические параметры:
- белка яиц: е = 51,54-е"0'005'Т;
1 л г -0,0009-Т , с п пот 0,0042-Т
k = 4,5-e ; tgS = 0,087-e ;
zr к -0,004-Т
- желтка яиц: е = 56,15-е ;
k = n,28-e"0'009'T; tgS = 0,202^00б'Т (1)
ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE
■a a
H U
5
ев
6
ев
^ Л
* M
zj ~
S <u S- о S а
H
и
U
ч
m
100
о 10
ь
о
<u а
S |
2 1
ев î.
о
■с
Л0'1 '¿2
0,01
Ди
тр
ическая npi
ца
10 20 30 40 50 60
Температура белка, оС/ Protein temperature, оС
70
Рис. 2. Изменение диэлектрических параметров белка яиц в зависимости от температуры нагрева Fig. 2. Change of dielectric parameters of egg protein depending on the heating temperature Источник: составлено авторами на основании данных1, 2
Рис. 3. Изменение диэлектрических параметров желтка яиц в зависимости от температуры нагрева Fig. 3. Change of dielectric parameters of egg yolk depending on the heating temperature
Источник: составлено авторами на основании данных
1, 2
С
О о
е/
i 43
fj Л ® &
м s
км c t е ta
S щ
s «
е еТ
4,2
3,8
3,6
3,4
3,2
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Температура, оС / Temperature, оС
110
Рис. 4. Изменение теплоемкости компонентов яйца в зависимости от температуры нагрева Fig. 4. Change in the heat capacity of egg components depending on the heating temperature Источник: составлено авторами на основании справочника теплофизических параметров веществ
ь
0
4
3
_ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
Эмпирические выражения, описывающие изменение теплоемкости компонентов яйца от температуры:
Сеоды = 4Д15^0002-т Дж/г оС;
Сбелка = 3,844-е"0'0002'Т Дж/г оС;
Сжелтка = 3,033^°'°002 Дж/г °С. (2)
Эмпирические выражения, описывающие изменение плотности компонентов яйца от температуры:
Р.
желтка
= 1,0337-е
-0,0004-Т
' г/см
. ......., = 1,0312^°'0001'Т г/см3. (3)
Сведения о компонентах яйца. Размеры желтка: вертикальный 3,35-3,4 мм; поперечный — 32,5—33 мм; площадь поверхности 32,5 см2; объем 17,2 см3. Занимаемый объем компонентов яйца в
процентах: желтка 27—32 %; скорлупы 10—12 %; белка 56,61 %. Масса белка 35 г; желтка 31 г. Теплоемкость белка при 20 °С 3875 Дж/г°С, желтка -3055 Дж/г°С; плотность белка 1,042 г/см3, желтка -1,029 г/см3.
Итак, по данным Рогова И. А.1' 2, проведенный анализ изменения диэлектрических параметров желтка и белка куриных яиц в процессе нагрева при частоте 2450 МГц показывает, что с увеличением температуры от 20 до 60 °С диэлектрические параметры компонентов яйца изменяются:
желтка: е2 = 52,1—44,6 (среднее 48,35); tg81 = 0,175—0,141; к2 = 9,1—6,3;
белка: £ = 46,8—38,2 (среднее 42,5); tgSl = 0,096—0,113; к = 4,5—4,3.
1,032 13 1,031 о Я 1,03 аз S щ 5 1,029 fj о '"Т 1,028 л н о « 1,027 Н ' о Ч В 1,026
0
—1 1— У — 1 ,03 37 e 3
1, 03 6 Of !Ло елт
■ ж ок
4^1 ,03 02
1, 03 1,0 28 8
29 4
1,0 -ч
0 88 1.02 8
1 1 П 977 0277 ► 1 ,02 75
У — 1 ,03 12- e
ч 1 1 1 ,02 67
I
1 Т 0 лем пер рат ур 1 а, 0 5 С / Te mp era 20 iture, 0С 2 5 3
Рис. 5. Изменение плотности компонентов яйца от температуры нагрева в зависимости от температуры нагрева Fig. 5. Change in the density of egg components from the heating temperature depending on the heating temperature Источник: составлено авторами на основании справочника теплофизических параметров веществ
Представим мощность диэлектрических потерь с учетом фактора диэлектрических потерь компонентов яиц (к), напряженности электрического поля (Е, В/см), частоты электромагнитного поля (Г, Гц):
Руд = 2 • к • f • £0 • £ • tgë • Е2 = 2 п • f • е0 • k • Е2,
Р АТ г 1 Ar ц
Уд
(4)
где £о — диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м.
Напряженность электрического поля в компонентах сырья меньше, чем в сферическом резонаторе (200 В/см) на величину фактора диэлектрических потерь. Если принять напряженность ЭП в
яичной массе' равной 200/9,1 = 22 В/см, то мощность диэлектрических потерь:
для белка: Руд = 2 • к • / • £0 • £бел • tgS • Е2 = = 6,28 • 2450 • 106 • 8,85 • 10-14 • 4,4 • 222 = 3 Вт/см3;
для желтка: Руд = 2 • к • / • £0 • £желт • tgS • Е2 = = 6,28 • 2450 • 106 • 8,85 • 10-14 • 7,7 • 222 = 3 Вт/см3.
Из формулы, характеризующей удельную мощность через физические параметры сырья (плотность, г/см3 и теплоемкость, Дж/г-°С) и термический КПД (п), определяли скорость нагрева компонентов яйца. Если принять плотность белка и желтка при температуре 25 °С, равной 1,028 и 1,027 г/см3 соответственно, то скорость нагрева компонентов яйца следующая:
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
для белка:
— = ^ = 3• = 0,44 /с.
Ат р-C 1,028 • 3,9
для желтка:
AT = Р^ = 5-Q,6 = 0 5 ^/с. (5)
Ат р-C 1,027 • 3,08 Результаты исследования показывают, что скорость нагрева желтка почти в два раза больше. Продолжительность термообработки желтка при начальной температуре 15-20 °С составляет тжел = 125 °С : 0,95 °С/с = 130 с. За этот промежуток времени приращение температуры эндогенно нагретого белка составляет
АТ = 130 с • 0,44 °С/с = 57 °С и с учетом начальной температуры белок нагреется в пределах 72 оС, что достаточно для получения плотной структуры белка. Но с учетом теплопередачи от желтка к белку во время паузы белок нагреется до 75-77 °С, в желтке сохранится температура 115-120 °С после трехкратного воздействия ЭМП-СВЧ через паузу.
Итак, желток эндогенно нагревается до температуры 125 °С за 130 с при напряженности электрического поля в резонаторе 200 В/см, следовательно,
При таком конструкционном исполнении СВЧ-яйцеварки непрерывно-поточного действия с тремя сферическими резонаторами удельные энергетические затраты на термообработку яиц составляют 0,217 кВт-ч/кг. Это на 32 % ниже, чем СВЧ-яйцеварка периодического действия (рис. 1).
при транспортировании через три сферических резонатора продолжительность передвижения через каждый резонатор составляет в пределах 43,3 с. Если средний периметр конвейера Ь = 252 см, а радиус Я = 40 см, то при расположении трех сферических резонаторов диаметром й = 30,6 см со сдвигом на 120 градусов процесс варки яиц возможен. Для этого скорость движения рабочего органа должна быть равна 0,7 см/с (и = 30,6 см /43,3 с = 0,7 см/с), а конвейер в виде передвижного желоба (рис. 6) с яйцами должен обеспечивать один оборот за 360 с = 6 мин.
Частота вращения конвейера при радиусе 40 см составляет а = 0,0175 1/с, т. е. скорость вращения электропривода 0,17 об/мин. При этом скважность процесса как отношение продолжительности воздействия (130 с) к продолжительности цикла (360 с) равна 0,36, что меньше критической скважности процесса 0,5, при которой вероятность взрыва яиц высокая. Если разместить на рабочий орган периметром 252 см 25 шт. яиц, то средняя производительность установки составляет 250 шт./ч. Удельная мощность генератора 850 Вт/3 шт.-70 г = 4 Вт/г. Технические характеристики СВЧ-яйцеварки приведены в табл. 1.
Значение / Meaning 250 17,5
2.7 0,65
0,45
3.8 0,17
0,217 0,0152
Для реализации процесса варки яиц разработаны разные конструкционные исполнения СВЧ-яйцеварок непрерывно-поточного действия (патенты № 2745782, № 2731264, № 2699753, № 2701240), в том числе установка со сферическими резонаторами и ячеистым ротором (рис. 6).
Таблица 1. Технические характеристики СВЧ-яйцеварки Table 1. Technical characteristics of the microwave egg cooker
Параметр / Parameter Производительность, шт./ч / Capacity, pcs/h
кг/ч / kg/h
Мощность трех магнетронов, кВт / Power of three magnetrons, kW
Мощность трех вентиляторов для охлаждения магнетронов, кВт /
Power of three fans for cooling magnetrons, kW
Мощность привода конвейера, кВт / Conveyor drive power, kW
Мощность СВЧ-яйцеварки, кВт / Power of the microwave egg cooker, kW
Скорость вращения электропривода, об/мин / The speed of rotation of the electric
drive, rpm
Удельные энергетические затраты / Specific energy costs, кВт-ч/кг, kW-h/kg
кВт-ч/шт. / kW-h/pcs. Источник: составлено авторами на основании исследований
ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ
а / а б / b в / c
Рис. 6. Узлы СВЧ-яйцеварки: а) конвейер для транспортирования яиц через сферические резонаторы; б) сферический щелевой резонатор; в) расположение сферических резонаторов и передвижного желоба с отверстиями с указанием проектируемых размеров яйцеварки: 1 — электропривод, 2 — диэлектрический стационарный желоб; 3 - диэлектрический передвижной желоб с отверстиями; 4 - диэлектрический ободок, вращающийся от электропривода 1; 5 - выгрузной патрубок Fig. 6. Nodes of the microwave egg cooker: a) conveyor for transporting eggs through spherical resonators; b) spherical slit resonator; c) location of spherical resonators and a movable trough with holes indicating the projected dimensions of the egg cooker: 1 — electric drive, 2 — dielectric stationary trough; 3 - dielectric movable trough with holes; 4 - dielectric rim rotating from electric drive 1; 5 - discharge pipe Источник: разработано авторами на основании исследований
Установка содержит в горизонтальной плоскости внутри неферромагнитного цилиндрического экранирующего корпуса сферические щелевые резонаторы, расположенные со сдвигом 120° по его периметру, и диэлектрический передвижной желоб 3 с отверстиями, соединенный с диэлектрическим ободком 4, вращающимся от электропривода 1. Снизу передвижного желоба 3 расположен стационарный диэлектрический желоб 2 с выгрузным патрубком 5.
Проведены экспериментальные исследования динамики нагрева яичной массы в стационарном режиме при разных удельных мощностях генератора и напряженности электрического поля в резонаторе 0,2 кВ/см (рис. 7). Результаты исследования показывают, что за 90-120 с яичная масса нагревается до 70-85 °С, при удельных мощностях 4-6 Вт/г. Продукт приобретает вид твердой вареной массы.
Рис. 7. Динамика нагрева яичной массы в ЭМПСВЧ при разных удельных мощностях:
1) 5,9 Вт/г; 2) 4,75 Вт/г; 3) 4,16 Вт/г Fig. 7. Dynamics of egg mass heating in an ultrahigh frequency electromagnetic field at different specific powers:
1) 5.9 W/g; 2) 4.75 W/g; 3) 4.16 W/g Источник: данные получены на основании исследований авторов
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX
Если в конструируемой СВЧ-установке обеспечить 4 Вт/г, то за 100 с приращение температуры яичной массы составит 90 °С, следовательно, теоретические результаты с достаточной доверительной вероятностью совпадают с результатами экспериментальных исследований (рис. 7).
Заключение В разработанной СВЧ-яйцеварке удельные энергетические затраты на термообработку яиц составляют 0,217 кВт-ч/кг, что на 32 % ниже, чем в СВЧ-яйцеварках периодического действия. Под действием ЭМПСВЧ желток эндогенно нагревается до температуры 125 °С за 130 с при напряженности электрического поля в резонаторе 200 В/см. При про-
хождении конвейера со средним периметром Ь = 252 см через три сферических резонатора диаметром 30,6 см, расположенных со сдвигом на 120 градусов, скорость его движения должна быть равна 0,7 см/с, при этом 1 оборот конвейер выполняет за 360 с. Средняя производительность установки составляет 250 шт./ч. При таком режиме скважность процесса составляет 0,36, что меньше критической, равной 0,5. Экспериментальные исследования динамики нагрева яичной массы в стационарном режиме совпадают с достаточной доверительной вероятностью с теоретическими результатами и подтверждают, что яичная масса нагревается до 70-85 °С за 90-120 с при удельных мощностях 4-6 Вт/г.
Примечания:
1 Рогов И. А. Сверхвысокочастотный нагрев пищевых продуктов. М. : Агропромиздат, 1986. 361 с.
2 Рогов И. А. Электрофизические, оптические и акустические характеристики пищевых продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 288 с.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ
1. Белов А. А. СВЧ установки для обработки яиц в птицеводческих хозяйствах : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Москва, 2010. 19 с.
2. Кириллов Н. К., Новикова Г. В., Гуськов Ю. В., Егоров Г. И. Конвейерная микроволновая яйцеварка // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 2. С. 27-28.
3. Буш Н. К. Обоснование и разработка механизированных диэлектрических установок для варки яиц : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Чебоксары, 2008. 20 с.
4. Гуськов Ю. В. Обоснование и разработка механизированной микроволновой яйцеварки : автореферат дис. ... канд. техн. наук. Чебоксары, 2007. 19 с.
5. Орлова О. И., Белова М. В., Жданкин Г. В., Оболенский Н. В. Разработка и обоснование параметров СВЧ установки для термообработки отбракованных куриных яиц // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2019. № 1 (79). С. 47-52.
6. Жданкин Г. В., Белова М. В., Новикова Г. В. Конвейерная установка со сферическими резонаторами для термообработки непищевых яиц // Мобильная энергетика в сельском хозяйстве: состояние и перспективы развития. 2018. С. 296-300.
7. Novikova G., Orlova O., Mikhailova O., ProsviryakovaM., Zaitsev P. Justification of the possibility of cooking eggs without water in an ultra-high frequency electromagnetic field // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. 012006. DOI 10.1088/1755-1315/604/1/012006
8. Антипов С. Т., Ширшов Е. А., Казарцев Д. А. Патент на изобретение RU 2206962 C1. Сверхвысокочастотная печь. Заявка № 2001134081/09 от 13.12.2001.
9. Казарцев Д. А. Разработка общих видов математических моделей сушки пищевых продуктов с СВЧ-энергоподводом на основе законов химической кинетики гетрогенных процессов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2021. Т. 83. № 3. С. 17-22. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-17-22
10. Rombouts I., Wouters G. B., Lambrecht M. A., Uten L., Van Den Bosch W., Vercruysse S., Delcour J. A. Food protein network formation and gelation induced by conductive or microwave heating: a focus on hen egg white // Innovative Food Science and Emerging Technologies. 2020. V. 66. 102484. DOI 10.1016/j.ifset.2020.102484
11. Guo Q., Sun D. W., Cheng J. H., Han Z. Microwave processing techniques and their recent applications in the food industry // Trends in Food Science and Technology. 2017. V. 67. Р. 236. DOI 10.1016/j.tifs.2017.07.007
12. Chambers J. R., Khalid Z., Humayoun A., Abdel-Aal El-Sayed M. Chicken eggs // Egg Innovations and Strategies for Improvements. 2017. DOI 10.1016/B978-0-12-800879-9.00001-9
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
13. Гинзбург А. С., Громов М. Л., Красовская Г. И., Уколов В. С. Теплофизические характеристики пищевых продуктов и материалов. Монография. Москва, 1975. 224 с
14. Диденко А. Н. СВЧ-энергетика. Теория и практика. М. : Наука, 2003. 446 с.
15. Стрекалов А. В. Электромагнитные поля и волны : учебное пособие / Под ред. А. А. Смирнова. Ставрополь, «Мир данных», 2006. 169 с.
16. Ушакова Н. Ф., Копысова Т. С., Касаткин В. В., Кудряшова А. Г. Опыт применения СВЧ-энергии при производстве пищевых продуктов // Пищевая промышленность. 2013. № 10. С. 30-32.
17. Корчагин Ю. В. Патент № 2161505/А 61L2/12, A61L2/08. Способ стерилизации материалов при помощи СВЧ излучения с высокой напряженностью поля и устройство для реализации способа. Заявка № 99114320/13 от 06.07.1999.
18. Lykov A. V. Mass and heat transfer in building materials // Journal of Engineering Physics. 1966. Т. 8. № 2. С. 103-109.
19. Сивяков Б. К., Григорьян С. В. Математическое моделирование многоволновой СВЧ установки для сушки продуктов // Вопросы электротехнологии. 2019. № 4 (25). С. 5-11.
20. Афанасьев А. М. Математическое моделирование процессов тепло- и массопереноса при воздействии интенсивного СВЧ излучения на влагосодержащие объекты слоистой структуры : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Волгоград, 2002. 176 с.
Дата поступления статьи в редакцию 06.04.2022, одобрена после рецензирования 16.05.2022;
принята к публикации 18.05.2022.
Информация об авторах: М. В. Просвирякова - д.т.н., доцент, Spin-код: 5642-4560; О. И. Орлова - ст. преподаватель, Spin-код: 6006-6535; П. Н. Романов - ст. преподаватель, Spin-код: 6076-3030; А. И. Котин — ст. преподаватель, Spin-код: 7046-7880;
С. П. Зайцев - к.т.н., доцент, доцент кафедры «Механизация, электрификация и автоматизация сельскохозяйственного производства», Spin-код: 2644-7040.
Заявленный вклад авторов: Просвирякова М. В. - общее руководство проектом, описание технологии термообработки яиц. Орлова О. И. - обоснование динамики нагрева компонентов яйца, построение 3D-модели. Романов П. Н. — проведение анализа материалов.
Котин А. И. - сбор и обработка материалов, участие в обсуждении материалов статьи. Зайцев С. П. - анализ полученных результатов.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
REFERENCES
1. Belov A. A. SVCH ustanovki dlya obrabotki yaic v pticevodcheskih hozyajstvah [Microwave installations for egg processing in poultry farms. Ph. D. (Engineering) thesis], Moscow, 2010, 19 p.
2. Kirillov N. K., Novikova G. V., Gus'kov Yu. V., Egorov G. I. Konvejernaya mikrovolnovaya yajcevarka [Conveyor microwave egg cooker], Mekhanizaciya i elektrifikaciya sel'skogo hozyajstva [Mechanization and electrification of agriculture], 2007, No. 2, pp. 27-28.
3. Bush N. K. Obosnovanie i razrabotka mekhanizirovannyh dielektricheskih ustanovok dlya varki yaic [Justification and development of mechanized dielectric installations for cooking eggs. Ph. D. (Engineering) thesis], Cheboksary, 2008. 20 p.
4. Gus'kov Yu. V. Obosnovanie i razrabotka mekhanizirovannoj mikrovolnovoj yajcevarki [Justification and development of a mechanized microwave egg cooker. Ph. D. (Engineering) thesis], Cheboksary, 2007. 19 p.
5. Orlova O. I., Belova M. V., Zhdankin G. V., Obolenskij N. V. Razrabotka i obosnovanie parametrov SVCH ustanovki dlya termoobrabotki otbrakovannyh kurinyh yaic [Development and justification of parameters of a micro-
59
XXXXXX ELECTROTECHNOLOGY AND ELECTRIC EQUIPMENT IN AGRICULTURE XXXXXX_
wave installation for heat treatment of rejected chicken eggs], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2019, No. 1 (79), pp. 47-52.
6. Zhdankin G. V., Belova M. V., Novikova G. V. Konvejernaya ustanovka so sfericheskimi rezonatorami dlya termoobrabotki nepishchevyh yaic [Conveyor installation with spherical resonators for heat treatment of non-edible eggs], Mobil'naya energetika v sel'skom hozyajstve: sostoyanie i percpektivy razvitiya [Mobile energy in agriculture: state and prospects of development], 2018, pp. 296-300.
7. Novikova G., Orlova O., Mikhailova O., Prosviryakova M., Zaitsev P. Justification of the possibility of cook-ing eggs without water in an ultra-high frequency electromagnetic field, IOP Conference Series: Earth and Environ-mental Science, 2020, 012006, DOI 10.1088/1755-1315/604/1/012006
8. Antipov S. T., Shirshov E. A., Kazarcev D. A. Patent na izobretenie RU 2206962 C1. Sverhvysokocha-stotnaya pech' [Ultra-high-temperature furnace], Zayavka No. 2001134081/09 ot 13.12.2001.
9. Kazartsev D. A. Razrabotka obshchih vidov matematicheskih modelej sushki pishchevyh produktov s SVCH-energopodvodom na osnove zakonov himicheskoj kinetiki getrogennyh processov [Development of general types of mathematical models for drying food products with microwave energy supply based on the laws of chemical kinetics of heterogeneous processes], Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo universiteta inzhenernyh tekhnologij [Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies], 2021, Vol. 83, No. 3, pp. 17-22. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2021-3-17-22
10. Rombouts I., Wouters G. B., Lambrecht M. A., Uten L., Van Den Bosch W., Vercruysse S., Delcour J. A. Food protein network formation and gelation induced by conductive or microwave heating: a focus on hen egg white, Innovative Food Science and Emerging Technologies, 2020, Vol. 66, 102484. DOI 10.1016/j.ifset.2020.102484
11. Guo Q., Sun D. W., Cheng J. H., Han Z. Microwave processing techniques and their recent applications in the food industry, Trends in Food Science and Technology, 2017, Vol. 67, pp. 236. DOI 10.1016/j.tifs.2017.07.007
12. Chambers J. R., Khalid Z., Humayoun A., Abdel-Aal El-Sayed M. Chicken eggs, Egg Innovations and Strategies for Improvements, 2017, DOI 10.1016/B978-0-12-800879-9.00001-9
13. Ginzburg A. S., Gromov M. L., Krasovskaya G. I., Ukolov V. S. Teplofizicheskie harakteristiki pishchevyh produktov i materialov [Thermophysical characteristics of food products and materials], Monograph, Moscow, 1975, 224 p
14. Didenko A. N. SVCH-energetika. Teoriya i praktika [Microwave power engineering. Theory and practice], Moscow: Nauka, 2003, 446 p.
15. Strekalov A. V. Elektromagnitnye polya i volny [Electromagnetic fields and waves], textbook, In A. A. Smimova (ed.), Stavropol', «Mir dannyh», 2006, 169 p.
16. Ushakova N. F., Kopysova T. S., Kasatkin V. V., Kudryashova A. G. Opyt primeneniya SVCH-energii pri proizvodstve pishchevyh produktov [Experience of using microwave energy in food production], Pishchevaya promyshlennost' [Food industry], 2013, No. 10, pp. 30-32.
17. Korchagin Yu. V. Patent No. 2161505/A 61L2/12, A61L2/08. Sposob sterilizacii materialov pri po-moshchi SVCH izlucheniya s vysokoj napryazhennost'yu polya i ustrojstvo dlya realizacii sposoba [A method for sterilizing materials using microwave radiation with a high field strength and a device for implementing the method], Za-yavka No. 99114320/13 ot 06.07.1999.
18. Lykov A. V. Mass and heat transfer in building materials, Journal of Engineering Physics, 1966, Vol. 8, No. 2, pp. 103-109.
19. Sivyakov B. K., Grigor'yan S. V. Matematicheskoe modelirovanie mnogovolnovoj SVCH ustanovki dlya sushki produktov [Mathematical modeling of a multi-wave microwave installation for drying products], Voprosy el-ektrotekhnologii [Voprosy elektrotekhnologii], 2019, No. 4 (25), pp. 5-11.
20. Afanas'ev A. M. Matematicheskoe modelirovanie processov teplo- i massoperenosa pri vozdejstvii inten-sivnogo SVCH izlucheniya na vlagosoderzhashchie ob"ekty sloistoj struktury [Mathematical modeling of heat and mass transfer processes under the influence of intense microwave radiation on moisture-containing objects of a layered structure. Ph. D. (Physics and Mathematics) diss.], Volgograd, 2002. 176 p.
The article was submitted 06.04.2022; approved after reviewing 16.05.2022; accepted for publication 18.05.2022.
XXXX ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ХХХХ
Information about the authors: M. V. Prosviryakova - Dr. Sci. (Engineering), Associate Professor, Spin-code: 5642-4560; O. I. Orlova - senior lecturer, Spin-code: 6006-6535; P. N. Romanov - Senior lecturer, Spin-code: 6076-3030; A. I. Kotin - Senior lecturer, Spin-code: 7046-7880;
S. P. Zaitsev - Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department «Mechanization, electrification and automation of agricultural production», Spin-code: 2644-7040.
Contribution of the authors: Prosviryakova M. V. - general project management, description of egg heat treatment technology. Orlova O. I. - substantiation of the dynamics of heating of egg components, construction of a 3D model. Romanov P. N. - analysis of materials.
Kotin A. I. - collection and processing of materials, participation in the discussion of the materials of the article. Zaitsev S. P. - analyzed data.
The authors declare that there is no conflict of interest.
