Nespievaný hrdina chladu: Ako funguje váš výrobník ľadu

Od mrazivého kokteilu na letný večer až po chladničku zabalenú na piknik, ľad je moderná nevyhnutnosť, ktorú často považujeme za samozrejmosť. Pred rozšírením mrazničiek a automatických výrobníkov ľadu bolo získanie stabilnej dodávky ľadu namáhavým procesom, ktorý zahŕňal ľadárne a masívne logistické úsilie. Dnes pokorní ľad maker , či už ide o samostatný spotrebič alebo funkciu vo vnútri vašej chladničky, dokáže tento malý zázrak pomocou efektívnej a fascinujúcej vedy.

Veda o zmrazovaní: Od vody k ľadu

Výrobník ľadu je vo svojom jadre jednoducho stroj, ktorý využíva fyzikálne vlastnosti vody: mení sa na pevnú látku – ľad – keď jej teplota klesne pod jej bod mrazu .

Fázová zmena

Voda sa skladá z molekúl $H_2O$. V kvapalnom stave sa tieto molekuly neustále pohybujú a kĺžu jedna cez druhú. Aby sme tekutú vodu premenili na pevný ľad, musíme jej odobrať dostatok tepelná energia (teplo), aby sa tieto molekuly spomalili. Keď sa dostatočne spomalia, príťažlivé sily medzi molekulami ich uzamknú do pevného, opakujúceho sa vzoru nazývaného a kryštálovú mriežku . Táto transformácia je známa ako a fázová zmena .

Chladiaci cyklus

Proces odvádzania tepla je úlohou spoločnosti chladiaci systém , ktorá je v princípe identická s tým, čo chladí celú vašu chladničku alebo klimatizáciu. Tento cyklus zahŕňa štyri kľúčové komponenty a špeciálnu kvapalinu nazývanú a chladivo .

• Kompresor: Toto je srdce systému. Natlakuje plynné chladivo, čím sa dramaticky zvýši jeho teplota.
• Cievky kondenzátora: Horúce, vysokotlakové chladivo prúdi cez cievky, zvyčajne na zadnej alebo spodnej strane spotrebiča. Svoje teplo uvoľňuje do okolitého vzduchu (kuchyne). Pri ochladzovaní sa chladivo opäť mení na kvapalinu.
• Expanzný ventil (alebo kapilárna trubica): Kvapalné chladivo prechádza úzkym ventilom, ktorý rapídne znižuje jeho tlak. Tento náhly pokles tlaku spôsobí, že chladivo sa okamžite stane oveľa chladnejším.
• Cievky výparníka: Tu sa stane kúzlo pre výrobník ľadu. Superchladné kvapalné chladivo prúdi cez cievky, ktoré sú zvyčajne v priamom kontakte s miskou na výrobu ľadu. Tento studený povrch rýchlo priťahuje teplo von vody, čo spôsobí zamrznutie vody. Chladivo, ktoré absorbuje teplo, sa premení späť na plyn a prúdi späť do kompresora, aby znovu spustil cyklus.

Anatómia automatického výrobníka ľadu

Vo väčšine moderných chladničiek funguje automatický výrobník ľadu v jednoduchom časovom cykle, ktorý zvyčajne vyrába dávku ľadu každú jednu až dve hodiny.

Zásobovanie vodou

Po prvé, výrobník ľadu potrebuje vodu. A solenoidový ventil riadi tok vody z hlavného potrubia vášho domova (zvyčajne filtrovanej) do malého, plastového alebo kovového ľad mold alebo zásobník. Tento ventil je zvyčajne spúšťaný časovačom alebo snímačom.

Zmrazovanie a snímanie

Akonáhle je forma naplnená, cievky výparníka okolo formy začnú chladiť vodu. Načasovanie tohto kroku je rozhodujúce. Keď je voda úplne zamrznutá, jedna z dvoch bežných metód signalizuje, že ľad je pripravený:

• Termostat/časovač: Základný systém používa jednoduchý časovač. Po vopred stanovenom čase (napr. 60 minútach) stroj predpokladá, že ľad je pevný.
• Optický senzor (infračervený lúč): Sofistikovanejšie systémy využívajú infračervený lúč, ktorý svieti cez zásobník na ľad. Keď lúč zablokuje kopa ľadu, stroj zastaví výrobu. Keď hladina klesne, lúč sa odblokuje a výroba pokračuje. Toto sa často označuje ako a plný snímač .

Zber ľadu

Keď je ľad úplne vytvorený, musí sa uvoľniť z formy - proces známy ako zber .

• Vyhrievacie teleso: Malý vykurovacie teleso v blízkosti formy sa krátko aktivuje (asi na 10-15 sekúnd). To mierne zahreje povrch formy, a to len toľko, aby sa roztopila malá vrstva ľadu a uvoľnili kocky, ale nie natoľko, aby sa kocky roztopili samotné.
• Vyhadzovacie rameno: A motorizovaný vyhadzovacie rameno alebo hrable potom prechádzajú cez formu a vytláčajú uvoľnené kocky von a do úložného zásobníka pod ním. Nahlas cvakať počujete zvuk kociek padajúcich do koša.

Vypínací mechanizmus

Pre pohodlie musia automatické výrobníky ľadu zastaviť výrobu ľadu, keď je zásobník plný. To sa dosiahne a drôtené vypínacie rameno (alebo kaučný drôt). Toto rameno spočíva na vrchu kopy ľadu. Keď sa nádoba na ľad naplní, kocky vytlačia rameno nahor a držia ho v polohe „hore“. Tento fyzický pohyb spustí spínač, ktorý povie výrobníku ľadu, aby zastavil svoj cyklus. Akonáhle sa ľad použije a hromada klesne, rameno spadne späť dole, čím sa stroj spustí, aby opäť začal vyrábať ľad.

Nepretržitý, tichý cyklus zmrazovania, ohrevu a vypúšťania je dôkazom šikovného inžinierstva, ktoré nám poskytuje nepretržitú dodávku dokonale zmrazenej vody na požiadanie.

Beyond the Fridge: Špeciálne výrobníky ľadu

Zatiaľ čo chladnička na výrobu ľadu je najbežnejšia, špecializované jednotky používajú rôzne techniky na vytváranie špecifických typov ľadu pre komerčné a domáce použitie.

Ľadové vločky a nugety

• Vločkový ľad: Vločkový ľad, ktorý sa používa predovšetkým vo výkladoch obchodov s potravinami na morské plody, sa vyrába zoškrabaním vrstvy ľadu z chladeného vertikálneho bubna.
• Nugget Ice (alebo žuvací ľad): Tento mäkký, porézny ľad, obľúbená voľba v reštauráciách a nemocniciach, sa vyrába stláčaním ľadových vločiek do malých, vzdušných peliet.

Priehľadné výrobníky ľadu

Bežnou sťažnosťou na ľad z chladničky je jeho zakalený vzhľad spôsobený zachytenými vzduchovými bublinami a minerálmi, ktoré zamrznú do stredu kocky. Priehľadné výrobníky ľadu (často používané barmanmi alebo pre špičkové nápoje) riešia to napodobňovaním procesu prirodzeného zmrazovania jazera: zmrazujú vodu pomaly a smerovo .

Tým, že sa voda najskôr zmrazí zo spodnej alebo vrchnej vrstvy a voda sa neustále mieša, vzduchové bubliny a nečistoty sa vytlačia von a zahustia sa do posledného kúska vody, aby zamrzli, čo sa zvyčajne vyhodí. Výsledkom je krištáľovo čistý, hustý ľad, ktorý sa topí pomalšie a neriedi nápoje tak rýchlo.