Niedoceniany bohater relaksu: jak działa Twoja kostkarka do lodu

Od mroźnego koktajlu w letni wieczór po lodówkę zapakowaną na piknik, lód to współczesna konieczność, którą często uważamy za oczywistą. Przed powszechnym stosowaniem zamrażarek i automatycznych kostkarek do lodu uzyskanie stałych dostaw lodu było pracochłonnym procesem obejmującym chłodnie i ogromne wysiłki logistyczne. Dziś pokorni lód maker niezależnie od tego, czy jest to samodzielne urządzenie, czy funkcja znajdująca się w lodówce, dokonuje tego małego cudu dzięki wydajnej i fascynującej nauce.

Nauka o zamrażaniu: od wody do lodu

W istocie kostkarka do lodu jest po prostu maszyną, która wykorzystuje fizyczne właściwości wody: zamienia się ona w ciało stałe – lód – gdy jej temperatura spadnie poniżej temperatury punkt zamarzania .

Zmiana fazy

Woda składa się z cząsteczek $H_2O$. W stanie ciekłym cząsteczki te nieustannie się poruszają, ślizgając się obok siebie. Aby zamienić ciekłą wodę w stały lód, musimy usunąć jej wystarczającą ilość energia cieplna (ciepło), aby spowolnić te cząsteczki. Gdy dostatecznie zwolnią, siły przyciągania pomiędzy cząsteczkami blokują je w sztywny, powtarzający się wzór zwany a sieć krystaliczna . Ta transformacja jest znana jako a zmiana fazy .

Cykl chłodniczy

Zadaniem procesu usuwania ciepła jest układ chłodniczy , co w zasadzie jest identyczne z tym, co chłodzi całą lodówkę lub klimatyzator. Cykl ten obejmuje cztery kluczowe elementy i specjalny płyn zwany a czynnik chłodniczy .

• Sprężarka: To jest serce systemu. Wywiera ciśnienie na gazowy czynnik chłodniczy, co drastycznie podnosi jego temperaturę.
• Cewki skraplacza: Gorący czynnik chłodniczy pod wysokim ciśnieniem przepływa przez wężownice, zwykle znajdujące się z tyłu lub na dole urządzenia. Oddaje ciepło do otaczającego powietrza (kuchni). W miarę ochładzania czynnik chłodniczy ponownie zamienia się w ciecz.
• Zawór rozprężny (lub rurka kapilarna): Ciekły czynnik chłodniczy przechodzi przez wąski zawór, który szybko zmniejsza jego ciśnienie. Ten nagły spadek ciśnienia powoduje, że czynnik chłodniczy natychmiast staje się znacznie chłodniejszy.
• Wężownice parownika: To tutaj dzieje się magia kostkarki do lodu. Superzimny ciekły czynnik chłodniczy przepływa przez wężownice, które zwykle mają bezpośredni kontakt z tacą tworzącą lód. Ta zimna powierzchnia szybko pobiera ciepło na zewnątrz wody, powodując jej zamarznięcie. Czynnik chłodniczy po pochłonięciu ciepła zamienia się z powrotem w gaz i przepływa z powrotem do sprężarki, aby ponownie rozpocząć cykl.

Anatomia automatycznej kostkarki do lodu

W większości nowoczesnych lodówek automatyczna kostkarka do lodu działa w prostym, czasowym cyklu, zwykle wytwarzając porcję lodu co jedną do dwóch godzin.

Zaopatrzenie w wodę

Po pierwsze, kostkarka do lodu potrzebuje wody. A zawór elektromagnetyczny kontroluje przepływ wody z głównej linii w domu (zwykle filtrowanej) do małego, plastikowego lub metalowego lód mold lub taca. Zawór ten jest zwykle uruchamiany przez timer lub czujnik.

Zamrożenie i odczuwanie

Po wypełnieniu formy, wężownice parownika wokół formy zaczynają chłodzić wodę. Moment wykonania tego kroku jest kluczowy. Gdy woda zostanie całkowicie zamarznięta, jedna z dwóch powszechnych metod sygnalizuje, że lód jest gotowy:

• Termostat/Timer: Podstawowy system wykorzystuje prosty timer. Po upływie określonego czasu (np. 60 minut) urządzenie przyjmuje, że lód jest stały.
• Czujnik optyczny (wiązka podczerwieni): Bardziej wyrafinowane systemy wykorzystują wiązkę podczerwieni świecącą przez pojemnik na lód. Gdy wiązkę blokuje sterta lodu, maszyna zatrzymuje produkcję. Gdy poziom spadnie, wiązka zostanie odblokowana i produkcja zostanie wznowiona. Często określa się to jako a pełny czujnik .

Zbieranie lodu

Gdy lód będzie już w pełni uformowany, należy go uwolnić z formy – jest to proces znany jako zbiory .

• Element grzejny: Mały element grzejny w pobliżu formy jest krótko aktywowany (na około 10-15 sekund). To lekko rozgrzeje powierzchnię formy, na tyle, aby stopić niewielką warstwę lodu i uwolnić kostki, ale nie na tyle, aby stopić same kostki.
• Ramię wyrzutnika: Zmotoryzowany ramię wyrzutnika lub grabie następnie omiata formę, wypychając poluzowane kostki do pojemnika poniżej. Głośny brzęk słyszysz dźwięk kostek wrzucanych do kosza.

Mechanizm odcinający

Dla wygody automatyczne kostkarki do lodu muszą przestać wytwarzać lód, gdy pojemnik jest pełny. Osiąga się to poprzez a ramię odcinające drut (lub poręczenie majątkowe). To ramię spoczywa na szczycie stosu lodu. Gdy pojemnik na lód się zapełni, kostki unoszą ramię do góry i utrzymują je w pozycji „górnej”. Ten fizyczny ruch uruchamia przełącznik, który nakazuje kostkarce zatrzymanie cyklu. Po zużyciu lodu i opadnięciu stosu ramię opada, co powoduje, że maszyna ponownie zaczyna wytwarzać lód.

Ciągły, cichy cykl zamrażania, podgrzewania i wyrzucania jest świadectwem sprytnej inżynierii, która zapewnia nam ciągłe, na żądanie, dostawy idealnie zamrożonej wody.

Poza lodówką: specjalistyczne kostkarki do lodu

Chociaż najpopularniejszym rozwiązaniem jest kostkarka do lodu w lodówce, wyspecjalizowane urządzenia wykorzystują różne techniki do tworzenia określonych rodzajów lodu do użytku komercyjnego i domowego.

Lód płatkowy i bryłkowy

• Płatki lodu: Używany głównie w sklepach spożywczych z owocami morza, lód płatkowy wytwarza się poprzez zeskrobanie warstwy lodu ze schłodzonego pionowego bębna.
• Lód Nugget (lub lód do żucia): Ten miękki, porowaty lód, popularny w restauracjach i szpitalach, powstaje w wyniku sprasowania płatków lodu w małe, przewiewne granulki.

Wyczyść kostkarki do lodu

Częstą wadą lodu w lodówce jest jego mętny wygląd, spowodowany uwięzionymi pęcherzykami powietrza i minerałami zamarzającymi w środku sześcianu. Wyczyść kostkarki do lodu (często używane przez barmanów lub do napojów z najwyższej półki) rozwiązują ten problem, naśladując proces naturalnego zamarzania jeziora: zamrażają wodę powoli i kierunkowo .

Zamrażając najpierw wodę z dolnej lub górnej warstwy i utrzymując ją w ciągłym mieszaniu, pęcherzyki powietrza i zanieczyszczenia są wypychane i zagęszczane w ostatniej kawałku zamarzniętej wody, która zwykle jest odrzucana. Rezultatem jest krystalicznie czysty, gęsty lód, który topi się wolniej i nie rozcieńcza napojów tak szybko.