L'eroe sconosciuto del relax: come funziona la tua macchina per il ghiaccio

Da un cocktail ghiacciato in una sera d'estate a una borsa frigo pronta per un picnic, ghiaccio è una necessità moderna che spesso diamo per scontata. Prima dell’uso diffuso di congelatori e produttori di ghiaccio automatizzati, ottenere una fornitura costante di ghiaccio era un processo laborioso che coinvolgeva ghiacciaie e massicci sforzi logistici. Oggi gli umili ghiaccio maker , che si tratti di un elettrodomestico autonomo o di un elemento interno al frigorifero, esegue questo piccolo miracolo con una scienza efficiente e affascinante.

La scienza del congelamento: dall'acqua al ghiaccio

Fondamentalmente, un produttore di ghiaccio è semplicemente una macchina che sfrutta la proprietà fisica dell'acqua: si trasforma in un solido, il ghiaccio, queo la sua temperatura scende al di sotto della sua temperatura. punto di congelamento .

Il cambiamento di fase

L'acqua è composta da molecole di $H_2O$. Allo stato liquido, queste molecole si muovono costantemente, scivolando l'una sull'altra. Per trasformare l'acqua liquida in ghiaccio solido, dobbiamo rimuoverne una quantità sufficiente energia termica (calore) per rallentare queste molecole. Una volta che rallentano sufficientemente, le forze di attrazione tra le molecole le bloccano in uno schema rigido e ripetitivo chiamato a reticolo cristallino . Questa trasformazione è nota come a cambiamento di fase .

Il ciclo di refrigerazione

Il processo di rimozione del calore è compito di sistema di refrigerazione , che è identico in linea di principio a ciò che raffredda l'intero frigorifero o condizionatore d'aria. Questo ciclo coinvolge quattro componenti chiave e un fluido speciale chiamato a refrigerante .

• Compressore: Questo è il cuore del sistema. Pressurizza il refrigerante gassoso, che ne aumenta notevolmente la temperatura.
• Bobine del condensatore: Il refrigerante caldo e ad alta pressione scorre attraverso le serpentine, solitamente sul retro o sul fondo dell'apparecchio. Rilascia il suo calore nell'aria circostante (cucina). Mentre si raffredda, il refrigerante ritorna allo stato liquido.
• Valvola di espansione (o tubo capillare): Il refrigerante liquido passa attraverso una valvola stretta, che ne riduce rapidamente la pressione. Questo improvviso calo di pressione fa sì che il refrigerante diventi immediatamente molto più freddo.
• Bobine dell'evaporatore: È qui che avviene la magia per il produttore di ghiaccio. Il refrigerante liquido superfreddo scorre attraverso le serpentine, che solitamente sono a diretto contatto con il vassoio di formazione del ghiaccio. Questa superficie fredda assorbe rapidamente calore fuori dell'acqua, causando il congelamento dell'acqua. Il refrigerante, dopo aver assorbito il calore, ritorna allo stato gassoso e rifluisce al compressore per ricominciare il ciclo.

Anatomia di un produttore di ghiaccio automatico

Nella maggior parte dei frigoriferi moderni, il produttore di ghiaccio automatico funziona secondo un ciclo semplice e temporizzato, producendo solitamente un lotto di ghiaccio ogni una o due ore.

L'approvvigionamento idrico

Innanzitutto, il produttore di ghiaccio ha bisogno di acqua. A elettrovalvola controlla il flusso dell'acqua dalla linea principale della tua casa (solitamente filtrata) in un piccolo contenitore di plastica o metallo ghiaccio mold o vassoio. Questa valvola viene generalmente attivata da un timer o da un sensore.

Congelamento e rilevamento

Una volta riempito lo stampo, il serpentine dell'evaporatore che circondano lo stampo iniziano a raffreddare l'acqua. La tempistica di questo passaggio è cruciale. Una volta che l'acqua è completamente congelata, uno dei due metodi comuni segnala che il ghiaccio è pronto:

• Termostato/Timer: Un sistema di base utilizza un semplice timer. Dopo un periodo di tempo predeterminato (ad esempio 60 minuti), la macchina presume che il ghiaccio sia solido.
• Sensore ottico (raggio infrarosso): Sistemi più sofisticati utilizzano un raggio infrarosso proiettato sul contenitore di stoccaggio del ghiaccio. Quando la trave viene bloccata da un cumulo di ghiaccio, la macchina interrompe la produzione. Quando il livello scende, il raggio viene sbloccato e la produzione riprende. Questo è spesso indicato come a sensore completo .

Raccolta del ghiaccio

Una volta che il ghiaccio è completamente formato, deve essere rilasciato dallo stampo: il processo noto come raccolta .

• Elemento riscaldante: Un piccolo elemento riscaldante vicino allo stampo viene attivato brevemente (per circa 10-15 secondi). Questo riscalda leggermente la superficie dello stampo, quanto basta per sciogliere un minuscolo strato di ghiaccio e rilasciare i cubetti, ma non abbastanza per sciogliere i cubetti stessi.
• Braccio di espulsione: Un motorizzato braccio espulsore o il rastrello quindi spazza lo stampo, spingendo i cubetti allentati fuori e nel contenitore di stoccaggio sottostante. Il forte rumore metallico quello che senti è il rumore dei cubetti che cadono nel contenitore.

Il meccanismo di spegnimento

Per comodità, i produttori di ghiaccio automatici devono smettere di produrre ghiaccio quando il contenitore è pieno. Ciò è ottenuto da a braccio di intercettazione del filo (o cauzione). Questo braccio poggia sulla cima del mucchio di ghiaccio. Quando il contenitore del ghiaccio si riempie, i cubetti spingono il braccio verso l’alto e lo mantengono nella posizione “su”. Questo movimento fisico fa scattare un interruttore, che dice al produttore di ghiaccio di interrompere il suo ciclo. Una volta utilizzato il ghiaccio e la pila cade, il braccio ricade verso il basso, attivando la macchina per ricominciare a produrre ghiaccio.

Il ciclo continuo e silenzioso di congelamento, riscaldamento ed espulsione è una testimonianza di un'ingegneria intelligente, che ci fornisce una fornitura continua e su richiesta di acqua perfettamente congelata.

Oltre il frigorifero: produttori di ghiaccio speciali

Sebbene il produttore di ghiaccio per frigorifero sia il più comune, le unità specializzate utilizzano diverse tecniche per creare tipi specifici di ghiaccio per uso commerciale e domestico.

Ghiaccio in scaglie e pepite

• Ghiaccio in scaglie: Utilizzato principalmente nelle vetrine dei negozi di alimentari per i frutti di mare, il ghiaccio in scaglie viene prodotto raschiando uno strato di ghiaccio da un tamburo verticale refrigerato.
• Ghiaccio Nugget (o Ghiaccio Masticabile): Una scelta popolare nei ristoranti e negli ospedali, questo ghiaccio morbido e poroso viene prodotto comprimendo il ghiaccio in scaglie in piccoli pellet ariosi.

Cancella produttori di ghiaccio

Una lamentela comune con il ghiaccio del frigorifero è il suo aspetto torbido, causato da bolle d'aria intrappolate e minerali che si congelano al centro del cubo. Fabbricatori di ghiaccio trasparenti (spesso utilizzati dai baristi o per bevande di fascia alta) risolvono questo problema imitando il processo di congelamento naturale del lago: congelano l'acqua lentamente and direzionale .

Congelando prima l'acqua dallo strato inferiore o superiore e mantenendo l'acqua costantemente agitata, le bolle d'aria e le impurità vengono espulse e concentrate nell'ultimo pezzetto d'acqua da congelare, che di solito viene scartato. Il risultato è un ghiaccio denso e cristallino che si scioglie più lentamente e non diluisce le bevande così rapidamente.