Eroul necunoscut al Chill: Cum funcționează aparatul tău de gheață

De la un cocktail geros într-o seară de vară până la o răcoare plină pentru un picnic, gheata este o necesitate modernă pe care deseori o luăm de bună. Înainte de utilizarea pe scară largă a congelatoarelor și a aparatelor automate de gheață, obținerea unui aprovizionare constantă de gheață era un proces laborios care implica case de gheață și eforturi logistice masive. Astăzi, cei umili gheata maker , indiferent dacă este un aparat de sine stătător sau o caracteristică din interiorul frigiderului dvs., face acest mic miracol cu o știință eficientă și fascinantă.

Știința înghețului: de la apă la gheață

În esență, un aparat de fabricare a gheții este pur și simplu o mașină care exploatează proprietatea fizică a apei: se transformă într-un solid - gheață - atunci când temperatura sa scade sub valoarea sa. punctul de îngheț .

Schimbarea de fază

Apa este formată din molecule $H_2O$. În starea sa lichidă, aceste molecule se mișcă în mod constant, alunecând una pe lângă alta. Pentru a transforma apa lichidă în gheață solidă, trebuie să scoatem suficientă energie termică (căldură) pentru a încetini aceste molecule. Odată ce încetinesc suficient, forțele atractive dintre molecule le blochează într-un model rigid, repetat, numit rețea cristalină . Această transformare este cunoscută sub numele de a schimbare de fază .

Ciclul de refrigerare

Procesul de îndepărtare a căldurii este sarcina sistem frigorific , care este identic în principiu cu ceea ce vă răcește întregul frigider sau aer condiționat. Acest ciclu implică patru componente cheie și un fluid special numit a agent frigorific .

• Compresor: Aceasta este inima sistemului. Presurizează agentul frigorific gazos, ceea ce îi crește dramatic temperatura.
• Bobine de condensator: Agentul frigorific fierbinte, de înaltă presiune, curge prin serpentine, de obicei pe partea din spate sau de jos a aparatului. Își eliberează căldura în aerul din jur (bucătărie). Pe măsură ce se răcește, agentul frigorific se transformă din nou într-un lichid.
• Supapă de expansiune (sau tub capilar): Agentul frigorific lichid trece printr-o supapă îngustă, care își reduce rapid presiunea. Această scădere bruscă a presiunii face ca agentul frigorific să devină instantaneu mult mai rece.
• Serpentine de evaporare: Aici se întâmplă magia pentru aparatul de gheață. Refrigerantul lichid super-rece curge prin serpentine, care sunt de obicei în contact direct cu tava de formare a gheții. Această suprafață rece atrage rapid căldură afară a apei, determinând înghețarea apei. Agentul frigorific, după ce a absorbit căldura, se transformă din nou într-un gaz și curge înapoi în compresor pentru a începe din nou ciclul.

Anatomia unui aparat de fabricat automat de gheață

În majoritatea frigiderelor moderne, aparatul automat de gheață funcționează pe un ciclu simplu, temporizat, producând de obicei un lot de gheață la fiecare una până la două ore.

Alimentarea cu apă

În primul rând, aparatul de gheață are nevoie de apă. A electrovalva controlează fluxul de apă de la conducta principală a casei dvs. (de obicei filtrată) într-un material mic, din plastic sau metal gheata mold sau tava. Această supapă este de obicei declanșată de un temporizator sau de un senzor.

Înghețare și sesizare

Odată ce matrița este umplută, serpentine de evaporator înconjurând matrița începe să răcească apa. Momentul acestui pas este crucial. Odată ce apa este complet înghețată, una dintre cele două metode comune semnalează că gheața este gata:

• Termostat/Timer: Un sistem de bază folosește un temporizator simplu. După o perioadă de timp predeterminată (de exemplu, 60 de minute), mașina presupune că gheața este solidă.
• Senzor optic (faz infraroșu): Sistemele mai sofisticate folosesc un fascicul infraroșu care strălucește peste recipientul de depozitare a gheții. Când fasciculul este blocat de un morman de gheață, mașina oprește producția. Când nivelul scade, fasciculul este deblocat și producția se reia. Aceasta este adesea denumită a senzor plin .

Recoltarea gheții

Odată ce gheața este complet formată, trebuie eliberată din matriță - procesul cunoscut sub numele de recoltarea .

• Element de incalzire: Un mic element de încălzire lângă matriță este activat pentru scurt timp (pentru aproximativ 10-15 secunde). Acest lucru încălzește ușor suprafața matriței, doar suficient pentru a topi un strat mic de gheață și a elibera cuburile, dar nu suficient pentru a topi cuburile în sine.
• Brat ejector: Un motorizat braț ejector sau grebla apoi mătură prin matriță, împingând cuburile slăbite în afară și în recipientul de depozitare de mai jos. Cel tare clunk auziți este sunetul cuburilor care pică în coș.

Mecanismul de închidere

Pentru confort, aparatele automate de gheață trebuie să nu mai producă gheață atunci când recipientul este plin. Acest lucru se realizează prin a braț de închidere a sârmei (sau sârmă de cauțiune). Acest braț se sprijină deasupra grămezii de gheață. Pe măsură ce recipientul de gheață se umple, cuburile împing brațul în sus și îl țin în poziția „sus”. Această mișcare fizică declanșează un comutator, care îi spune producătorului de gheață să-și oprească ciclul. Odată ce gheața este folosită și grămada scade, brațul cade înapoi, declanșând mașina să înceapă să facă din nou gheață.

Ciclul continuu și silențios de înghețare, încălzire și ejectare este o dovadă a ingineriei inteligente, oferindu-ne o aprovizionare continuă, la cerere, cu apă perfect înghețată.

Dincolo de frigider: Producători de gheață de specialitate

În timp ce aparatul de gheață din frigider este cel mai comun, unitățile specializate folosesc diferite tehnici pentru a crea tipuri specifice de gheață pentru uz comercial și casnic.

Fulgi și Nugget Ice

• Fulgi de gheață: Folosită în principal în vitrinele magazinelor alimentare pentru fructe de mare, gheața în fulgi este produsă prin răzuirea unui strat de gheață de pe un tambur vertical răcit.
• Nugget Ice (sau gheață masticabilă): O alegere populară în restaurante și spitale, această gheață moale și poroasă este obținută prin comprimarea fulgilor de gheață în pelete mici și aerisite.

Producători de gheață clar

O plângere comună cu gheața de la frigider este aspectul tulbure, cauzat de bulele de aer prinse și de mineralele care îngheață în centrul cubului. Produsele de gheață clare (folosit adesea de barmani sau pentru băuturi high-end) rezolvă acest lucru imitând procesul de înghețare naturală a lacului: îngheață apa încet şi direcţional .

Înghețând mai întâi apa din stratul inferior sau superior și menținând apa constant agitată, bulele de aer și impuritățile sunt împinse și concentrate în ultimul bit de apă pentru a îngheța, care este de obicei aruncat. Rezultatul este gheața densă, cristalină, care se topește mai lent și nu diluează băuturile la fel de repede.