ITMI20122013A1 - SIMULATION OF ONE OR MORE TEMPERATURES IN A FOOD - Google Patents
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Description
“SIMULAZIONE DI UNA O PIÙ TEMPERATURE IN UN ALIMENTO†⠀ œSIMULATION OF ONE OR MORE TEMPERATURES IN A FOODâ €
L’invenzione riguarda un processo per il funzionamento di un apparecchio di cottura in cui per determinare un tempo di cottura di alimenti viene usata una simulazione di andamenti della temperatura. The invention relates to a process for operating a cooking appliance in which a simulation of temperature trends is used to determine a cooking time for food.
Per l’uso professionale, quindi per esempio in ristoranti, mense e nella grande gastronomia, si conoscono apparecchi di cottura che utilizzano processi di cottura intelligenti. “Processi di cottura intelligenti†sono in questo caso processi di cottura in cui un processo di cottura selezionato da un operatore viene modificato automaticamente in base a parametri che vengono rilevati dall’apparecchio di cottura. In questo modo si vuole assicurare che, indipendentemente dalla situazione momentanea concreta, lo stato di cottura desiderato degli alimenti da cuocere venga ottenuto in modo riproducibile. Un semplice esempio di un comando intelligente del genere consiste nell’adattare il processo di cottura per quanto riguarda temperatura e/o tempo di cottura a diverse quantità di caricamento in un vano di cottura dell’apparecchio di cottura. For professional use, therefore for example in restaurants, canteens and large gastronomy, cooking appliances are known that use intelligent cooking processes. â € œIntelligent cooking processesâ € are in this case cooking processes in which a cooking process selected by an operator is automatically modified based on parameters that are detected by the cooking appliance. In this way we want to ensure that, regardless of the actual momentary situation, the desired cooking state of the food to be cooked is obtained in a reproducible way. A simple example of such an intelligent control is to adapt the cooking process in terms of temperature and / or cooking time to different loading quantities in a cooking compartment of the cooking appliance.
Dallo stato della tecnica si conoscono diversi approcci di soluzione con i quali un processo di cottura attualmente in corso può essere adattato a diverse quantità di caricamento dell’apparecchio di cottura. Tutti questi approcci non sono però ancora soddisfacenti per quanto riguarda sforzi e risultati con essi ottenuti. From the state of the art, various solution approaches are known with which a cooking process currently in progress can be adapted to different loading quantities of the cooking appliance. However, all these approaches are not yet satisfactory in terms of efforts and results obtained with them.
Il problema dell’invenzione consiste nel realizzare un processo per il funzionamento di un apparecchio di cottura con il quale con uno sforzo minimo venga assicurato che un alimento da cuocere possa essere cotto nel modo desiderato indipendentemente dalla quantità di caricamento dell’apparecchio di cottura. Per risolvere questo problema, à ̈ previsto secondo l’invenzione un processo per il funzionamento di un apparecchio di cottura in cui per determinare un tempo di cottura di alimenti venga simulata una temperatura interna e si assuma come fine del processo di cottura il momento in cui la temperatura interna calcolata raggiunge un valore nominale, dove la simulazione inizia con una temperatura interna predefinita, usa come parametro dipendente dall’ambiente la temperatura della superficie dell’alimento e come parametro riferito al processo una costante che à ̈ stata calcolata empiricamente. Il processo secondo l’invenzione à ̈ caratterizzato dal fatto che si deve considerare solo un parametro variabile, e precisamente la temperatura della superficie dell’alimento. Si à ̈ potuto dimostrare da parte della Richiedente che insieme ad una temperatura interna di partenza, considerata logica ed identica per tutti i processi di cottura di un determinato alimento, ed insieme ad una costante scelta fissa per il corrispondente alimento ciò à ̈ sufficiente per riprodurre talmente bene il riscaldamento della parte interna dell’alimento che in base a questa simulazione si può determinare con grande precisione il tempo di cottura necessario in dipendenza dalla quantità di caricamento. The problem of the invention consists in realizing a process for the operation of a cooking appliance with which with a minimum effort it is ensured that a food to be cooked can be cooked in the desired way regardless of the quantity of loading of the cooking appliance. . In order to solve this problem, according to the invention, a process is provided for the operation of a cooking appliance in which an internal temperature is simulated to determine a cooking time of food and the moment in time is assumed as the end of the cooking process. where the calculated internal temperature reaches a nominal value, where the simulation starts with a predefined internal temperature, uses the food surface temperature as an ambient-dependent parameter and a constant that has been empirically calculated as a parameter referred to the process . The process according to the invention is characterized by the fact that only one variable parameter must be considered, namely the temperature of the surface of the food. It has been possible to demonstrate by the Applicant that together with an internal starting temperature, considered logical and identical for all the cooking processes of a given food, and together with a constant fixed choice for the corresponding food, this is sufficient to reproduce the internal part of the food is heated so well that on the basis of this simulation it is possible to determine with great precision the cooking time required depending on the quantity of loading.
Di preferenza à ̈ previsto che come temperatura interna predefinita venga assunto un valore di circa 10 °C. Questo valore si à ̈ dimostrato esatto in molti casi, poiché nella grande gastronomia gran parte degli alimenti viene prelevata da un magazzino frigorifero poco prima di un processo di cottura con una temperatura di poco inferiore a 10 °C, poi lavorata ed infine inserita nell’apparecchio di cottura. Preferably, a value of around 10 ° C is assumed as a predefined internal temperature. This value has proved to be exact in many cases, since in the great gastronomy most of the food is taken from a cold store just before a cooking process with a temperature of just under 10 ° C, then processed and finally inserted into the € ™ cooking appliance.
Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione viene presa come temperatura della superficie la temperatura del vano di cottura quando l’apparecchio di cottura viene fatto funzionare nella modalità di cottura a vapore. In questa conformazione viene a cadere qualsiasi operazione per calcolare l’effettiva temperatura della superficie degli alimenti da cuocere, poiché nella modalità di cottura a vapore l’umidità relativa nel vano di cottura ammonta al 100%. Così la temperatura effettiva del vano di cottura corrisponde al punto di rugiada e tutte le altre superfici nel vano di cottura hanno la stessa temperatura. Se, infatti, una delle superfici si trova ad una temperatura più bassa, il vapore presente nel vano di cottura condensa là immediatamente ed a causa del conseguente apporto energetico, molto elevato, nella superficie la sua temperatura sale alla temperatura del vapore. According to a preferred embodiment of the invention, the temperature of the cooking compartment is taken as the surface temperature when the cooking appliance is operated in the steam cooking mode. Any operation to calculate the actual surface temperature of the food to be cooked falls into this conformation, since in the steam cooking mode the relative humidity in the cooking compartment amounts to 100%. Thus the actual cooking compartment temperature corresponds to the dew point and all other surfaces in the cooking compartment have the same temperature. In fact, if one of the surfaces is at a lower temperature, the steam present in the cooking compartment condenses there immediately and due to the consequent very high energy input, the surface temperature rises to the temperature of the steam.
Secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione à ̈ previsto che la simulazione sia in due stadi. In questo modo si può riprodurre molto bene il tipico andamento della temperatura all’interno di un alimento con inizio ritardato dell’aumento della temperatura, successivo aumento della velocità dell’aumento della temperatura ed infine approssimazione asintotica della temperatura nell’alimento alla temperatura del vano di cottura. Secondo una conformazione dell’invenzione à ̈ previsto che per calcolare la costante venga assunta una corsa della temperatura che à ̈ una percentuale predefinita della differenza tra la temperatura interna predefinita ed una temperatura nominale del vano di cottura. Questa percentuale può essere dell’ordine di grandezza da 50% fino a 90% e si troverà logicamente nell’ordine di grandezza di 80%. Poiché la corsa della temperatura viene fissata arbitrariamente su un valore che à ̈ più piccolo della distanza tra la temperatura interna iniziale e la temperatura del vano di cottura, nel processo di simulazione viene “oscurata†la zona della variazione di temperatura all’interno dell’alimento in cui la temperatura interna si avvicina in modo asintotico, quindi molto lentamente, alla temperatura nominale del vano di cottura. In questo modo viene aumentata la precisione del processo di simulazione. According to a preferred embodiment of the invention it is envisaged that the simulation is in two stages. In this way it is possible to reproduce very well the typical trend of the temperature inside a food with delayed start of the temperature increase, subsequent increase in the speed of the temperature increase and finally asymptotic approximation of the temperature in the food at the cooking compartment temperature. According to a conformation of the invention, it is envisaged that to calculate the constant a temperature stroke is assumed which is a predefined percentage of the difference between the predefined internal temperature and a nominal cooking compartment temperature. This percentage can be in the order of magnitude from 50% up to 90% and will logically be in the order of magnitude of 80%. Since the temperature range is arbitrarily set to a value that is smaller than the distance between the initial internal temperature and the cooking compartment temperature, in the simulation process the temperature variation zone is `` darkened ''. inside the food in which the internal temperature approaches asymptotically, therefore very slowly, to the nominal temperature of the cooking compartment. This increases the accuracy of the simulation process.
L’invenzione viene descritta qui di seguito in base ad una forma di realizzazione che à ̈ rappresentata nei disegni allegati. In questi le figure mostrano: fig. 1: schematicamente un apparecchio di cottura; fig. 2: in un diagramma a titolo esemplificativo un processo di cottura di alimenti con due caricamenti differenti; The invention is described below on the basis of an embodiment which is represented in the accompanying drawings. In these the figures show: fig. 1: schematically a cooking appliance; fig. 2: in a diagram, by way of example, a process of cooking foods with two different loads;
fig. 3: l’andamento della temperatura all’interno di un alimento con differenti temperature interne di partenza; fig. 3: the temperature trend inside a food with different starting internal temperatures;
fig. 4: in un diagramma un confronto tra una temperatura interna simulata ed una temperatura interna effettiva; fig. 4: in a diagram a comparison between a simulated internal temperature and an actual internal temperature;
fig. 5: in un diagramma l’andamento della temperatura interna simulata in un processo di cottura in due fasi, dove la temperatura interna viene simulata per mezzo di un processo semplificato; fig. 5: in a diagram the simulated internal temperature trend in a two-phase cooking process, where the internal temperature is simulated by means of a simplified process;
fig. 6: in un diagramma il confronto della temperatura interna simulata con la temperatura interna effettiva in un processo di cottura in due fasi; fig. 6: in a diagram, the comparison of the simulated internal temperature with the actual internal temperature in a two-stage cooking process;
fig. 7: un confronto tra la temperatura interna effettiva e la temperatura interna simulata in un processo di cottura in due fasi, dove viene applicato un processo di simulazione alternativo; e fig. 7: a comparison between the actual core temperature and the simulated core temperature in a two-step cooking process, where an alternative simulation process is applied; And
fig. 8: un confronto tra temperatura interna effettiva e temperatura interna simulata in un processo di cottura complesso con caricamento a rotazione. fig. 8: A comparison of actual core temperature and simulated core temperature in a complex rotational loading cooking process.
La fig. 1 mostra un apparecchio di cottura 10, che à ̈ un apparecchio di cottura professionale come quelli usati, per esempio, in ristoranti, mense o nella grande gastronomia. Esso presenta un vano di cottura 12 che à ̈ chiuso da uno sportello 14. All’interno del vano di cottura 12 sono definiti piani 15 nei quali possono essere inseriti diversi supporti dei prodotti da cuocere. In alternativa à ̈ possibile inserire dall’esterno un’incastellatura di supporto per piatti. L’apparecchio di cottura 10 comprende un dispositivo di riscaldamento 16 ed una ventola 18 che viene azionata da un motore 20. Il dispositivo di riscaldamento 16 insieme alla ventola 18 può produrre all’interno del vano di cottura 12 un’atmosfera desiderata per il vano di cottura. Nella pratica il dispositivo di riscaldamento 16 à ̈ formato da almeno due gruppi separati, e precisamente un riscaldamento con il quale viene prodotta aria calda ed un generatore di vapore con il quale può essere prodotto vapore caldo. In alternativa o in aggiunta può essere previsto anche un generatore di microonde per riscaldare gli alimenti almeno in parte per mezzo di radiazioni a microonde. Fig. 1 shows a cooking appliance 10, which is a professional cooking appliance such as those used, for example, in restaurants, canteens or in the large gastronomy. It has a cooking compartment 12 which is closed by a door 14. Inside the cooking compartment 12 are defined hobs 15 in which various supports for the products to be cooked can be inserted. Alternatively, it is possible to insert a support frame for dishes from the outside. The cooking appliance 10 comprises a heating device 16 and a fan 18 which is driven by a motor 20. The heating device 16 together with the fan 18 can produce a desired atmosphere inside the cooking compartment 12 for the cooking compartment. In practice, the heating device 16 is made up of at least two separate groups, namely a heating unit with which hot air is produced and a steam generator with which hot steam can be produced. Alternatively or in addition, a microwave generator can also be provided to heat the food at least in part by means of microwave radiation.
È previsto inoltre un comando 22 per mezzo del quale diversi programmi di cottura possono essere svolti in modo automatizzato. Questi programmi sono adattati a diversi alimenti da cuocere e possono usare per la cottura solo aria calda, solo vapore o una combinazione di aria calda e vapore. Si tratta qui in particolare di cosiddetti programmi di cottura intelligenti nei quali parametri come la temperatura di cottura o il tempo di cottura vengono adattati in modo automatizzato in dipendenza dai limiti individuali, per esempio quantità di caricamento, per ottenere lo stato di cottura in modo riproducibile, indipendentemente da questi limiti. A control 22 is also provided by means of which various cooking programs can be carried out in an automated way. These programs are adapted to different foods to be cooked and can use only hot air, only steam or a combination of hot air and steam for cooking. In particular, these are so-called intelligent cooking programs in which parameters such as cooking temperature or cooking time are automatically adapted depending on individual limits, e.g. loading quantity, in order to achieve reproducible cooking status. , regardless of these limits.
Per lo svolgimento dei diversi programmi di cottura vengono messe a disposizione del comando 22 diverse informazioni, per esempio la temperatura del vano di cottura e l’umidità all’interno del vano di cottura. Queste informazioni provengono da diversi sensori, che sono rappresentati qui da un sensore 24. Various information is made available to the control 22 to run the various cooking programs, for example the cooking compartment temperature and the humidity inside the cooking compartment. This information comes from several sensors, which are represented here by a sensor 24.
Un adattamento automatico dei processi di cottura à ̈ necessario soprattutto in considerazione di diverse quantità di caricamento. Ciò verrà illustrato qui di seguito in base alla fig. 2. An automatic adaptation of the cooking processes is necessary especially in consideration of different loading quantities. This will be illustrated below based on fig. 2.
Nella fig. 2 l’andamento della temperatura di cottura à ̈ riportato sul tempo per un processo di cottura, per esempio di un petto di pollo. Il petto di pollo viene inserito nel vano di cottura dell’apparecchio di cottura nel momento t = 0. Contemporaneamente inizia un programma di cottura a vapore, per cui il vano di cottura viene riempito con vapore caldo. In fig. 2 the cooking temperature trend is reported over the time for a cooking process, for example of a chicken breast. The chicken breast is placed in the cooking compartment of the cooking appliance at time t = 0. At the same time, a steaming program starts, whereby the cooking compartment is filled with hot steam.
La curva E mostra l’andamento della temperatura del vano di cottura in caso di caricamento singolo. Si vede che la temperatura del vano di cottura sale fino ad un momento t1e viene tenuta costante a partire da questo momento, e precisamente quando à ̈ raggiunta la temperatura nominale del vano di cottura. In un momento T1à ̈ raggiunto lo stato di cottura desiderato ed il processo di cottura à ̈ terminato. Curve E shows the temperature trend of the cooking compartment in the case of single loading. It can be seen that the cooking compartment temperature rises up to a moment t1e and is kept constant from this moment, and precisely when the nominal cooking compartment temperature is reached. In a moment T1 the desired cooking state is reached and the cooking process is finished.
La curva V mostra l’andamento della temperatura nel vano di cottura in caso di un caricamento completo. Si vede che la temperatura nel vano di cottura sale molto più lentamente che nel caso di un caricamento singolo, poiché a causa della maggiore quantità di alimenti inizialmente freddi nel vano di cottura questo ha una maggiore inerzia termica. La temperatura nominale del vano di cottura viene raggiunta qui in un momento t2, e corrispondentemente anche il processo di cottura à ̈ terminato solo in un momento successivo T2. Curve V shows the development of the temperature in the cooking compartment in the event of a full load. It can be seen that the temperature in the cooking compartment rises much more slowly than in the case of a single load, since due to the greater quantity of initially cold food in the cooking compartment this has a greater thermal inertia. The cooking compartment target temperature is reached here at a time t2, and correspondingly the cooking process is also only finished at a later time T2.
Determinante per la capacità dell’apparecchio di cottura di raggiungere in modo riproducibile lo stato di cottura desiderato degli alimenti indipendentemente dal caricamento usato di volta in volta à ̈ stabilire correttamente l’allungamento necessario della durata di cottura. In un approccio semplice la durata di cottura totale potrebbe essere allungata del ritardo di tempo con cui in caso di caricamento completo la temperatura nominale del vano di cottura viene raggiunta rispetto al caricamento singolo, quindi t2– t1. Ciò però farebbe sì che l’alimento verrebbe cotto eccessivamente nel caso del caricamento completo, poiché a causa del lento aumento della temperatura nominale del vano di cottura l’alimento à ̈ esposto per un periodo di tempo più lungo a temperature che si trovano in effetti al di sotto della temperatura nominale del vano di cottura ma che portano ciononostante ad un notevole apporto di calore nell’alimento. Quindi nella pratica l’allungamento del tempo di cottura nel caricamento completo rispetto al caricamento singolo, quindi T2– T1, si trova al di sotto del ritardo t2– t1con cui nel caricamento completo viene raggiunta la temperatura nominale del vano di cottura. Correctly determining the necessary lengthening of the cooking duration is decisive for the ability of the cooking appliance to reproducibly reach the desired cooking state of food regardless of the loading used from time to time. In a simple approach the total cooking duration could be lengthened by the time delay with which in case of full loading the nominal cooking compartment temperature is reached compared to single loading, therefore t2â € “t1. However, this would mean that the food would be overcooked in the case of full loading, since due to the slow increase in the nominal cooking compartment temperature, the food is exposed for a longer period of time to temperatures that they are in fact below the nominal temperature of the cooking compartment but which nevertheless lead to a considerable amount of heat in the food. Therefore, in practice, the lengthening of the cooking time in full loading compared to single loading, therefore T2â € “T1, is below the delay t2â €“ t1 with which the nominal temperature of the cooking compartment is reached in full loading.
Secondo l’invenzione à ̈ stato sviluppato un processo con il quale il tempo di cottura effettivamente necessario può essere determinato con grande precisione tenendo conto di pochissimi parametri. Il processo secondo l’invenzione à ̈ particolarmente vantaggioso in caso di una modalità di funzionamento con cottura a vapore, poiché in questo caso la temperatura della superficie degli alimenti può essere equiparata alla temperatura del vano di cottura. Ciò à ̈ possibile perché nella modalità vapore l’umidità relativa nel vano di cottura à ̈ del 100%. La temperatura attualmente instauratasi nel vano di cottura corrisponde quindi al punto di rugiada. Se una superficie nel vano di cottura dovesse essere più fredda, per esempio gli alimenti là inseriti, il vapore si condensa là immediatamente e a causa del conseguente altissimo apporto energetico nella superficie la temperatura sale molto rapidamente. Quindi à ̈ ammesso assumere la temperatura di tutte le superfici nel vano di cottura (e quindi anche la temperatura della superficie degli alimenti) identica alla temperatura del vano di cottura. According to the invention, a process has been developed by which the cooking time actually required can be determined with great precision taking into account very few parameters. The process according to the invention is particularly advantageous in the case of an operating mode with steam cooking, since in this case the surface temperature of the food can be equated with the temperature of the cooking compartment. This is possible because in steam mode the relative humidity in the cooking compartment is 100%. The current temperature in the cooking compartment therefore corresponds to the dew point. If a surface in the cooking compartment should be colder, for example the food placed there, the steam condenses there immediately and due to the consequent very high energy input in the surface the temperature rises very quickly. It is therefore permissible to assume the temperature of all surfaces in the cooking compartment (and therefore also the temperature of the surface of the food) identical to the temperature of the cooking compartment.
Se la temperatura della superficie à ̈ nota, con un processo iterativo si può simulare l’andamento della temperatura all’interno dell’alimento. Di preferenza viene applicato per questo un processo iterativo a due stadi che in base alle formule seguenti riproduce l’andamento della temperatura all’interno dell’alimento. If the surface temperature is known, with an iterative process it is possible to simulate the trend of the temperature inside the food. For this purpose, a two-stage iterative process is preferably applied which, on the basis of the following formulas, reproduces the trend of the temperature inside the food.
(1) (1)
(2) (2)
in cui in which
STStufe1(n)= Temperatura simulazione stadio 1 STStufe1(n-1)= Temperatura simulazione stadio 1 nel secondo precedente STStufe1 (n) = Stage 1 simulation temperature STStufe1 (n-1) = Stage 1 simulation temperature in the previous second
OT(n-1)= Temperatura superficie nel secondo precedente STStufe2(n)= Temperatura simulazione stadio 2 STStufe2(n-1)= Temperatura simulazione stadio 2 nel secondo precedente OT (n-1) = Surface temperature in the previous second STStufe2 (n) = Stage 2 simulation temperature STStufe2 (n-1) = Stage 2 simulation temperature in the previous second
Zeitkostante = Costante di tempo Zeitk Constant = Time constant
Con questo processo iterativo a due stadi può essere rappresentato molto bene un tipico andamento della variazione della temperatura all’interno di un alimento. Caratteristico di questo processo à ̈ che la temperatura all’interno dell’alimento inizia a salire solo dopo un certo ritardo di tempo. Caratteristico à ̈ anche un aumento relativamente ripido della temperatura in una fase centrale del processo di cottura, dove la curva della temperatura presenta un punto d’inversione in questa fase. Infine à ̈ caratteristico che verso la fine del processo di cottura la temperatura interna si avvicini in modo asintotico alla temperatura del vano di cottura. With this iterative two-stage process, a typical trend of the temperature variation inside a food can be represented very well. Characteristic of this process is that the temperature inside the food begins to rise only after a certain time delay. Characteristic is also a relatively steep rise in temperature in a central phase of the cooking process, where the temperature curve has a reversal point in this phase. Finally, it is characteristic that towards the end of the cooking process the internal temperature asymptotically approaches the temperature of the cooking compartment.
Con la costante di tempo usata nelle formule (1) e (2) viene rappresentato il ritardo del flusso di calore dalla superficie verso il centro degli alimenti da cuocere. La costante di tempo viene calcolata in precedenza empiricamente per ogni programma di cottura programmato e dipende soprattutto dallo spessore degli alimenti da cuocere nonché dalle loro caratteristiche di conducibilità termica. Ulteriori fattori d’influsso sono la temperatura di partenza degli alimenti da cuocere nonché la temperatura finale desiderata. With the time constant used in formulas (1) and (2) the delay of the heat flow from the surface towards the center of the food to be cooked is represented. The time constant is previously calculated empirically for each programmed cooking program and depends above all on the thickness of the food to be cooked as well as on their thermal conductivity characteristics. Further influencing factors are the starting temperature of the food to be cooked as well as the desired final temperature.
La costante di tempo viene divisa per il numero degli stadi di simulazione. Poiché in questo esempio vengono usati due stadi di simulazione, la costante di tempo viene divisa per 2. Nel caso, per esempio, di tre stadi di simulazione, verrebbe divisa per 3. The time constant is divided by the number of simulation stages. Since two simulation stages are used in this example, the time constant is divided by 2. In the case, for example, of three simulation stages, it would be divided by 3.
La costante di tempo viene calcolata preferibilmente in base ad un processo di cottura con caricamento singolo. Si presume in questo caso che in questo processo di cottura venga raggiunta una temperatura finale all’interno dell’alimento da cuocere stabilita arbitrariamente. Questa temperatura finale può essere scelta liberamente entro certi limiti, dove dovrebbero essere osservati certi limiti affinché il processo di simulazione dia più tardi valori ragionevoli. Da un lato la temperatura finale dovrebbe avere una certa distanza dalla temperatura di partenza degli alimenti da cuocere. Dall’altro la temperatura finale dovrebbe avere una certa distanza dalla temperatura nominale del vano di cottura. Se come temperatura finale venisse scelto un valore vicino alla temperatura nominale del vano di cottura, la simulazione includerebbe anche la fase del processo di cottura in cui la temperatura interna dell’alimento da cuocere si avvicina in modo asintotico alla temperatura nominale del vano di cottura. Poiché la temperatura simulata in questa fase ha un aumento molto piatto, scostamenti della temperatura di soli pochi gradi Celsius portano ad una forte variazione temporale della durata di cottura, per cui errori hanno ripercussioni relativamente forti. The time constant is preferably calculated on the basis of a single loading cooking process. In this case it is assumed that in this cooking process an arbitrarily established final temperature inside the food to be cooked is reached. This final temperature can be freely chosen within certain limits, where certain limits should be observed so that the simulation process later gives reasonable values. On the one hand, the final temperature should have a certain distance from the starting temperature of the food to be cooked. On the other hand, the final temperature should be some distance from the nominal cooking compartment temperature. If a value close to the nominal temperature of the cooking compartment were chosen as the final temperature, the simulation would also include the phase of the cooking process in which the internal temperature of the food to be cooked approaches asymptotically to the nominal temperature of the cooking compartment . Since the simulated temperature in this phase has a very flat rise, temperature deviations of only a few degrees Celsius lead to a strong temporal variation of the cooking duration, for which errors have relatively strong repercussions.
Si à ̈ rivelato vantaggioso che per la temperatura finale venga scelto un valore che ammonta nell’ordine di grandezza da 60 fino a massimo 90% della differenza tra la temperatura di partenza degli alimenti da cuocere e la temperatura nominale del vano di cottura compresa la temperatura di partenza. La differenza tra queste due temperature rappresenta la “corsa della temperatura†che l’alimento subisce al massimo quando rimane troppo a lungo all’interno del vano di cottura. Una parte più grande possibile di questa massima corsa possibile della temperatura viene sfruttata da un lato per rappresentare il processo di riscaldamento dell’alimento. Dall’altro lato viene mantenuta una certa distanza dalla temperatura nominale del vano di cottura per “oscurare†la fase dell’aumento lento della temperatura. Si preferisce soprattutto che venga usata per la simulazione una percentuale di 80% della corsa della temperatura. Così la temperatura finale per la simulazione viene ottenuta come segue: temperatura finale = temperatura di partenza k x (GTnom– temperatura di partenza), (3) dove k à ̈ la percentuale della corsa della temperatura che viene considerata nella simulazione, per esempio 80%. It has proved to be advantageous for a value to be chosen for the final temperature which amounts in the order of magnitude from 60 to a maximum of 90% of the difference between the starting temperature of the food to be cooked and the nominal temperature of the cooking compartment including the starting temperature. The difference between these two temperatures represents the â € œ temperature strokeâ € that the food undergoes to the maximum when it remains inside the cooking compartment for too long. A larger possible part of this maximum possible temperature range is exploited on the one hand to represent the food heating process. On the other hand, a certain distance is maintained from the nominal cooking compartment temperature to â € œblankâ € the phase of slow temperature increase. It is especially preferred that 80% of the temperature stroke is used for the simulation. Thus the final temperature for the simulation is obtained as follows: final temperature = starting temperature k x (GTnomâ € "starting temperature), (3) where k is the percentage of the temperature run that is considered in the simulation, for example 80%.
Nell’ambito delle ricerche della Richiedente si à ̈ visto che la temperatura di partenza degli alimenti assunta per la simulazione può essere posta su un valore costante (logico), per cui il processo di simulazione viene molto semplificato. Si à ̈ dimostrato logico usare una temperatura di partenza di 10 °C. È un valore molto vicino ai valori che si presentano generalmente, poiché nel settore della grande gastronomia la maggior parte degli alimenti viene prelevata da un magazzino frigorifero con una temperatura di poco inferiore a 10 °C, successivamente lavorata e poi inserita in un apparecchio di cottura. Per il resto si à ̈ visto che le ripercussioni della temperatura di partenza sulla temperatura interna che si instaura in un processo di cottura possono essere quasi trascurate, come si può ricavare dalla fig. 3. As part of the Applicant's research, it has been seen that the starting temperature of the foods assumed for the simulation can be set on a constant (logical) value, so the simulation process is greatly simplified. It proved logical to use a starting temperature of 10 ° C. It is a value very close to the values that generally occur, since in the large gastronomy sector most of the food is taken from a cold store with a temperature of just under 10 ° C, subsequently processed and then inserted into a cooking. For the rest, it has been seen that the repercussions of the starting temperature on the internal temperature that is established in a cooking process can be almost neglected, as can be deduced from fig. 3.
Nella fig. 3 à ̈ riportato l’andamento della temperatura interna di un alimento per le temperature di partenza di 0 °C, 10 °C e 20 °C. Si vede che le temperature all’interno dell’alimento si allineano molto dopo un certo periodo di cottura e quasi completamente dopo un tempo di cottura più lungo. In fig. 3 The internal temperature trend of a food is shown for the starting temperatures of 0 ° C, 10 ° C and 20 ° C. It can be seen that the temperatures inside the food align a lot after a certain cooking period and almost completely after a longer cooking time.
Assumendo una temperatura di partenza di 10 °C ed una percentuale di 80°C della corsa della temperatura utilizzata per la simulazione, si ottiene come temperatura finale: Assuming a starting temperature of 10 ° C and a percentage of 80 ° C of the temperature run used for the simulation, the final temperature is obtained:
temperatura finale = 10 0,8 x (GTnom– 10) (4) final temperature = 10 0.8 x (GTnomâ € “10) (4)
Nella determinazione della costante di tempo si parte da un processo di cottura, per esempio con caricamento singolo, in cui à ̈ noto il tempo di cottura necessario per ottenere l’alimento nello stato di cottura desiderato. Si presume che al termine del tempo di cottura corretto l’alimento cotto abbia la temperatura finale fissata arbitrariamente. Per la simulazione à ̈ irrilevante se ciò sia anche effettivamente così. Per quanto riguarda la precisione con cui la simulazione rappresenta poi la realtà , à ̈ comunque utile che la temperatura finale scelta arbitrariamente sia correlata almeno approssimativamente alla temperatura interna effettivamente raggiunta al termine del processo di cottura. The determination of the time constant starts with a cooking process, for example with single loading, in which the cooking time necessary to obtain the food in the desired cooking state is known. It is assumed that at the end of the correct cooking time the cooked food has the final temperature set arbitrarily. For the simulation it is irrelevant whether this is actually the case. As regards the precision with which the simulation then represents reality, it is however useful that the final temperature chosen arbitrarily is correlated at least approximately to the internal temperature actually reached at the end of the cooking process.
In base alle formule (1) e (2) sopra citate la costante di tempo viene determinata per il processo di cottura con caricamento singolo considerato come punto di partenza in modo che una simulazione dell’andamento della temperatura all’interno dell’alimento dia al termine del tempo di cottura effettivamente necessario nel caso del caricamento singolo la temperatura finale fissata arbitrariamente. In un esempio la costante di tempo potrebbe essere ottenuta come segue: On the basis of formulas (1) and (2) mentioned above, the time constant is determined for the cooking process with single loading considered as a starting point so that a simulation of the temperature trend inside the at the end of the cooking time actually necessary in the case of single loading, the final temperature set arbitrarily. In an example, the time constant could be obtained as follows:
costante di tempo = 0,669 x tempo – (0,214 x GTnom– 6,4) time constant = 0.669 x time â € “(0.214 x GTnomâ €“ 6.4)
(5) (5)
dove il tempo corrisponde alla durata della cottura che nel caso del caricamento singolo porta allo stato di cottura desiderato dell’alimento considerato. where the time corresponds to the cooking duration which, in the case of single loading, leads to the desired cooking state of the food considered.
Se questa costante di tempo viene usata nelle formule (1) e (2) di cui sopra e con queste formule viene simulata la temperatura dell’alimento, nell’andamento della temperatura effettiva del vano di cottura all’interno dell’apparecchio di cottura nel caricamento singolo la temperatura interna simulata dell’alimento raggiunge la temperatura finale in un momento che corrisponde a quello del tempo di cottura effettivo calcolato empiricamente. Se, invece, la temperatura effettiva del vano di cottura sale più lentamente a causa di un caricamento completo, anche la temperatura simulata all’interno dell’alimento sale più lentamente. Così la temperatura finale simulata viene raggiunta solo più tardi rispetto al caso del caricamento singolo. If this time constant is used in formulas (1) and (2) above and with these formulas the temperature of the food is simulated, in the trend of the actual temperature of the cooking compartment inside the cooking appliance in single loading the simulated internal temperature of the food reaches the final temperature in a moment that corresponds to that of the actual cooking time calculated empirically. If, on the other hand, the actual cooking compartment temperature rises more slowly due to a full load, the simulated temperature inside the food also rises more slowly. Thus the simulated final temperature is only reached later than in the case of single loading.
Quando questo processo iterativo à ̈ salvato nel comando 22 dell’apparecchio di cottura 10 insieme alla corrispondente costante di tempo per un determinato processo di cottura, il tempo di cottura effettivamente necessario può essere determinato in base alla temperatura simulata. Il processo di cottura à ̈ terminato di volta in volta quando la temperatura di cottura simulata ha raggiunto la temperatura finale (definita arbitrariamente). When this iterative process is saved in the control 22 of the cooking appliance 10 together with the corresponding time constant for a given cooking process, the actual cooking time needed can be determined based on the simulated temperature. The cooking process is finished each time when the simulated cooking temperature has reached the final temperature (defined arbitrarily).
Questo processo à ̈ particolarmente utile in un processo di cottura a vapore, poiché in questo caso non à ̈ necessario calcolare separatamente la temperatura della superficie degli alimenti cotti. Invece la temperatura sulla superficie degli alimenti può essere equiparata alla temperatura effettiva nel vano di cottura. Questo valore della temperatura à ̈ però noto a causa del sensore 24. Così la simulazione dipende solo dalla temperatura effettiva nel vano di cottura. This process is particularly useful in a steaming process, as in this case it is not necessary to calculate the surface temperature of the cooked food separately. On the other hand, the temperature on the surface of the food can be equated with the actual temperature in the cooking compartment. However, this temperature value is known due to sensor 24. Thus, the simulation only depends on the actual temperature in the cooking compartment.
Con le formule (1) e (2) viene simulato in due stadi l’andamento della temperatura all’interno dell’alimento. In questo modo si può rappresentare in modo molto preciso il tipico andamento della variazione della temperatura all’interno di un alimento, come mostrato nella fig. 4. With formulas (1) and (2) the temperature trend inside the food is simulated in two stages. In this way it is possible to represent in a very precise way the typical trend of the temperature variation inside a food, as shown in fig. 4.
La curva 1 mostra l’andamento simulato della temperatura che si otterrebbe con un processo di simulazione ad uno stadio. In linea di principio può essere usato anche un processo semplificato del genere; in questo caso nella formula (1) la costante di tempo non verrebbe divisa per il numero di stadi simulati (in questo caso quindi due). Curve 1 shows the simulated temperature trend that would be obtained with a one-stage simulation process. In principle, such a simplified process can also be used; in this case in formula (1) the time constant would not be divided by the number of simulated stages (in this case therefore two).
La curva 2 nella fig. 4 mostra l’andamento della temperatura simulata ottenuto con il processo iterativo a due stadi. Le due formule possono essere calcolate secondo per secondo. Nel primo secondo la variabile STStufe1(n-1)à ̈ posta sulla temperatura di partenza dell’alimento. Le formule descrivono in ogni secondo una temperatura simulata. A questa viene aggiunto nel secondo successivo un valore. Così da GTnomviene calcolata una prima temperatura simulata (STStufe1(n)) e da questa poi una seconda temperatura simulata (STStufe2(n)) che si avvicina molto all’andamento di base della temperatura interna. Ciò à ̈ mostrato dal confronto con la curva 3 che rappresenta l’andamento effettivo della temperatura interna. Curve 2 in FIG. 4 shows the simulated temperature trend obtained with the two-stage iterative process. The two formulas can be calculated second by second. In the first second the variable STStufe1 (n-1) is set on the starting temperature of the food. The formulas describe a simulated temperature in every second. A value is added to this in the next second. Thus a first simulated temperature (STStufe1 (n)) is calculated from GTnom and from this then a second simulated temperature (STStufe2 (n)) which is very close to the basic trend of the internal temperature. This is shown by the comparison with curve 3 which represents the actual trend of the internal temperature.
Naturalmente à ̈ anche possibile svolgere la simulazione in altri intervalli di tempo. Poi però la costante di tempo deve essere adattata. It is of course also possible to carry out the simulation in other time intervals. But then the time constant must be adapted.
Il numero degli stadi di temperatura di simulazione potrebbe essere ampliato a piacere. Poi sul percorso della conduzione di calore all’alimento verrebbero simulati parecchi punti. Una simulazione più precisa di quella ottenuta con due stadi non à ̈ comunque necessaria nella pratica, poiché la temperatura della simulazione non serve a calcolare la temperatura effettiva all’interno dell’alimento ma a determinare il ritardo (e quindi l’allungamento del tempo di cottura) che risulta per esempio, nel caso di un caricamento completo rispetto ad un caricamento singolo che à ̈ stato messo alla base del “caso normale†simulato. The number of simulation temperature stages could be expanded as desired. Then on the path of heat conduction to the food several points would be simulated. A more precise simulation than that obtained with two stages is however not necessary in practice, since the temperature of the simulation is not used to calculate the actual temperature inside the food but to determine the delay (and therefore the cooking time extension) which results, for example, in the case of a complete loading compared to a single loading which was put at the base of the simulated â € œnormal caseâ €.
Il processo di simulazione descritto funziona anche in processi di cottura a più stadi. In linea di principio sono possibili qui due diversi approcci. In un primo approccio la temperatura simulata inizia nel momento della commutazione dal primo al secondo stadio del processo di cottura con la temperatura simulata alla fine del primo stadio del processo di cottura ed in un secondo approccio la simulazione della temperatura inizia all’inizio del secondo stadio del processo di cottura nuovamente con la temperatura di partenza dell’alimento. The simulation process described also works in multi-stage cooking processes. In principle, two different approaches are possible here. In a first approach the simulated temperature starts at the moment of switching from the first to the second stage of the cooking process with the simulated temperature at the end of the first stage of the cooking process and in a second approach the temperature simulation starts at the beginning of the second. stage of the cooking process again with the starting temperature of the food.
Nella fig. 5 à ̈ rappresentato l’andamento simulato della temperatura in un processo di cottura a due stadi per il primo approccio. Qui si presume che in un primo stadio del processo di cottura si cucini con una prima temperatura effettiva del vano di cottura e poi in un secondo stadio del processo di cottura con una seconda temperatura più elevata. Con “TS†à ̈ indicata qui la temperatura di avvio o di partenza e con “TM†la temperatura a metà del processo di cottura prima della commutazione dal primo stadio del processo di cottura al secondo stadio del processo di cottura. “TZ†indica la temperatura finale e nelle formule seguenti la costante di tempo viene abbreviata in “Zk†. In fig. 5 The simulated temperature trend in a two-stage cooking process for the first approach is shown. Here it is assumed that in a first stage of the cooking process you cook with a first effective cooking compartment temperature and then in a second stage of the cooking process with a second higher temperature. With â € œTSâ € is indicated here the start or start temperature and with â € œTMâ € the temperature in the middle of the cooking process before switching from the first stage of the cooking process to the second stage of the cooking process. â € œTZâ € indicates the final temperature and in the following formulas the time constant is abbreviated to â € œZkâ €.
Per semplificare, la temperatura interna viene simulata qui solo con un semplice passabasso, quindi per mezzo di una funzione esponenziale. Dapprima viene calcolata la temperatura TM sul punto di commutazione dal primo stadio del processo di cottura al secondo: Stadio di cottura 1: To simplify, the internal temperature is simulated here only with a simple low pass, therefore by means of an exponential function. First, the TM temperature at the switching point is calculated from the first stage of the cooking process to the second: Cooking stage 1:
(6) Stadio di cottura 2: (6) Cooking stage 2:
(7) Stadio di cottura 1 con potenza t2: (7) Cooking stage 1 with power t2:
(8) Stadio di cottura 2 con potenza t1: (8) Cooking stage 2 with power t1:
(9) (9)
(10) (10)
(11) Il lato destro dell’equazione sopra à ̈ una costante: (11) The right side of the equation above is a constant:
(12) Ora viene ripresa la prima formula dallo stadio di cottura 2 e determinata la costante di tempo: (12) Now the first formula is taken from cooking stage 2 and the time constant is determined:
(13) (13)
(14) (14)
(15) (15)
(16) Per l’esempio di un processo vengono presi i valori (16) Values are taken as an example of a process
seguenti: following:
GTist_1 60 °C GTist_1 60 ° C
GTist_2 97 °C GTist_2 97 ° C
TS 10 °C TS 10 ° C
TZ 79,6 °C TZ 79.6 ° C
TM cercato TM searched
t1 1 in sec/1000 =1000sec t1 1 in sec / 1000 = 1000sec
t2 0,548 in sec/1000 = 548sec t2 0.548 in sec / 1000 = 548sec
Sulla base di questi valori m può essere calcolato On the basis of these values m can be calculated
come segue: as follows:
m = (GTist_2 - TZ)^t1 * (GTist_1 - TS)^t2 ;m = 148,4515754 ;m = (T_G1 - TM)^t2 * (T_G2 - TM)^t1 m = (GTist_2 - TZ) ^ t1 * (GTist_1 - TS) ^ t2; m = 148.4515754; m = (T_G1 - TM) ^ t2 * (T_G2 - TM) ^ t1
Partendo da ciò TM può essere calcolato con un Starting from this TM can be calculated with a
processo di approssimazione: approximation process:
TM m TM m
50 165,9960898 50 165.9960898
55 01,4576626 55 01.4576626
52,5 134,2435979 52.5 134.2435979
51,25 150,1797965 51.25 150.1797965
51,4 148,2757037 51.4 148.2757037
Si ottiene: You get:
TM = 51,4 TM = 51.4
Zk = 568,8 Zk = 568.8
Con questi valori si può simulare ora la temperatura con la formula (1) già nota. A questo scopo viene usata in questo caso una simulazione ad uno stadio, poiché per una simulazione a due stadi di temperatura una funzione esponenziale dovrebbe essere integrata in una funzione esponenziale. Poiché la simulazione à ̈ ad uno stadio, la costante di tempo viene usata senza essere divisa per 2: With these values it is now possible to simulate the temperature with the formula (1) already known. For this purpose, a one-stage simulation is used here, since for a two-stage temperature simulation an exponential function would have to be integrated into an exponential function. Since the simulation is one-stage, the time constant is used without being divided by 2:
(17) (17)
Nella fig. 6 à ̈ mostrato l’andamento della temperatura simulata con la curva 1. Si vede che l’andamento effettivo della temperatura interna come riportato nella curva 2 à ̈ riprodotto molto bene. In fig. 6 The simulated temperature trend with curve 1 is shown. It can be seen that the actual internal temperature trend as reported in curve 2 is reproduced very well.
Nella fig. 7 à ̈ mostrato il confronto della temperatura simulata, ottenuta con il secondo approccio, con la temperatura interna effettiva. Nel secondo approccio vengono eseguite simulazioni separate per il primo stadio del processo di cottura e per il secondo stadio del processo di cottura. Per ogni stadio del processo di cottura viene usata una costante di tempo propria, e per ogni stadio del processo di cottura la simulazione inizia con la temperatura di partenza, quindi in questo caso 10 °C. A causa della minore complessità della simulazione in questo caso à ̈ nuovamente possibile riprodurre ogni andamento della temperatura con un processo di simulazione a due stadi. Si vede che durante il primo stadio del processo di cottura la temperatura simulata 1, sopratutto nella seconda metà del primo stadio del processo di cottura, corrisponde con grande precisione alla temperatura interna effettiva. Durante il secondo stadio del processo di cottura la temperatura simulata 2 si avvicina molto rapidamente alla temperatura interna effettiva che à ̈ riportata nella curva 3. Poiché per la simulazione nel secondo stadio del processo di cottura si à ̈ iniziato però con una temperatura di partenza molto bassa, e precisamente la temperatura di partenza di 10 °C fissata arbitrariamente, soprattutto a causa della breve durata del secondo stadio del processo di cottura si ottiene una costante di tempo tale che la temperatura simulata aumenta di molto. Esiste quindi un certo scostamento tra la temperatura simulata e la temperatura effettiva. Questo scostamento à ̈ però tanto minore quanto più a lungo dura il secondo stadio del processo di cottura, poiché poi a causa di una corrispondente costante di tempo rimane più tempo per un appiattimento dell’aumento della temperatura simulata nella parte superiore e per un avvicinamento all’andamento effettivo della temperatura. In fig. 7 The comparison of the simulated temperature, obtained with the second approach, with the actual internal temperature is shown. In the second approach, separate simulations are performed for the first stage of the cooking process and for the second stage of the cooking process. For each stage of the cooking process a time constant of its own is used, and for each stage of the cooking process the simulation starts with the starting temperature, so in this case 10 ° C. Due to the less complex simulation in this case it is again possible to reproduce each temperature trend with a two-stage simulation process. It can be seen that during the first stage of the cooking process the simulated temperature 1, especially in the second half of the first stage of the cooking process, corresponds with great precision to the actual internal temperature. During the second stage of the cooking process the simulated temperature 2 very quickly approaches the actual internal temperature which is shown in curve 3. Since for the simulation in the second stage of the cooking process, however, it started with a starting temperature very low, and precisely the arbitrarily fixed starting temperature of 10 ° C, above all due to the short duration of the second stage of the cooking process, a time constant is obtained such that the simulated temperature increases considerably. There is therefore a certain deviation between the simulated temperature and the actual temperature. This deviation is, however, the less the longer the second stage of the cooking process lasts, since then, due to a corresponding time constant, more time remains for a flattening of the simulated temperature increase in the upper part and for a approach to the actual temperature trend.
Nella fig. 8 à ̈ mostrato come esempio un processo di cottura in cui un pollo viene cotto in un processo di cottura a vapore. La temperatura del vano di cottura (curva 1) raggiunge il suo valore nominale poco dopo l’inizio e rimane inizialmente costante. La temperatura interna simulata (curva 2) corrisponde con molta precisione alla temperatura interna effettiva misurata (curva 3). Qualche tempo dopo l’inizio del processo di cottura una grande quantità di verdura surgelata viene inserita nel vano di cottura. Si vede che la temperatura del vano di cottura subisce una forte diminuzione. Ciò si rispecchia anche nella temperatura interna simulata; la temperatura simulata diminuisce, poiché la superficie del pollo à ̈ più calda dell’atmosfera del vano di cottura e quindi calore viene ceduto all’atmosfera del vano di cottura. Solo quando il dispositivo di riscaldamento 16 à ̈ riuscito a riscaldare di nuovo a sufficienza l’atmosfera del vano di cottura, le due curve per la temperatura interna effettiva e per la temperatura simulata salgono nuovamente. In fig. 8 Shown as an example is a cooking process in which a chicken is cooked in a steaming process. The cooking compartment temperature (curve 1) reaches its nominal value shortly after starting and initially remains constant. The simulated internal temperature (curve 2) corresponds very precisely to the actual measured internal temperature (curve 3). Some time after the start of the cooking process, a large quantity of frozen vegetables is placed in the cooking compartment. It can be seen that the temperature of the cooking compartment undergoes a sharp decrease. This is also reflected in the simulated internal temperature; the simulated temperature decreases, as the surface of the chicken is hotter than the cooking compartment atmosphere and therefore heat is released into the cooking compartment atmosphere. The two curves for the actual core temperature and the simulated temperature rise again only when the heating device 16 has been able to sufficiently heat the atmosphere in the cooking compartment again.
Quando la verdura cotta viene ritirata, si verifica ancora una breve riduzione della temperatura all’interno del vano di cottura, poiché attraverso lo sportello 14 aperto per il prelievo della verdura fuoriesce vapore. Anche questo si rispecchia nella curva 2 per la temperatura simulata. Al termine del processo di cottura sia la temperatura interna effettiva che la temperatura interna simulata si trovano sul valore cercato di 80°C scarsi. When the cooked vegetables are removed, there is still a brief reduction in the temperature inside the cooking compartment, as steam escapes through the door 14 open for removing the vegetables. This is also reflected in curve 2 for the simulated temperature. At the end of the cooking process, both the actual core temperature and the simulated core temperature are at the desired value of just 80 ° C.
Poiché la temperatura simulata riproduce correttamente il “disturbo†nel processo di cottura causato sul processo di cottura del pollo dall’inserimento della verdura surgelata, si ottiene per un processo di cottura comandato sulla base della temperatura simulata un allungamento esattamente adattato del tempo di cottura necessario. Since the simulated temperature correctly reproduces the `` disturbance '' in the cooking process caused on the chicken cooking process by the insertion of the frozen vegetables, an exactly adapted lengthening of the time is obtained for a cooking process controlled on the basis of the simulated temperature cooking necessary.
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