1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 1 από 14

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ειδική Διαθεματική Προσέγγιση Σχολικό Έτος 2013 – 2014 Τμήματα : ΒΜ1 - ΒΜ2 Ψύξη

1. Η Ιστορική εξέλιξη της ψύξης

Το ψυγείο είναι μία από τις συσκευές που συνέβαλαν στην ανάπτυξη του πολιτισμού. Τα στοιχεία δείχνουν ότι το 1000 π. Χ. οι Κινέζοι έκοβαν και αποθήκευαν πάγο. Τον 5ο αιώνα π. Χ. οι Αιγύπτιοι έφτιαχναν πάγο τις κρύες νύχτες σε πήλινα σκεύη γεμάτα νερό. Το 18ο αιώνα μ. Χ. στην Αγγλία οι υπηρέτες τύλιγαν πάγο μέσα σε πανιά με αλάτι και έθαβαν τα κομμάτια πάγου για να διατηρηθούν μέχρι το καλοκαίρι. Αλλά ήδη από τις αρχές του 17ου αιώνα είχαν ξεκινήσει έρευνες για τη τεχνητή ψύξη. Παλιά τα ψυγεία ήταν ξύλινα. Οι άνθρωποι διατηρούσαν τα τρόφιμά τους σε πάγο. Τα ξύλινα ψυγεία είχαν ένα δοχείο από λαμαρίνα όπου τοποθετούσαν τον πάγο σε μορφή παγοκολόνας που προμηθευόταν από τον παγοπώλη. Ο παγοπώλης μετέφερε τον πάγο στην αρχή με μία χειράμαξα στην οποία έστρωνε λινάτσες και εκεί πάνω τοποθετούσε τις παγοκολόνες ενώ από πάνω τις κάλυπτε πάλι με λινάτσες. Αργότερα όταν η τεχνολογία αναπτύχθηκε άρχισε να κάνει τη μεταφορά με κάρο και κατόπιν με την τρίκυκλη μηχανή του. Το 1931 ο Αμερικανός χημικός Τόμας Μίτζλι ανακάλυψε το φρέον (ψυκτικά υγρά), και από εκείνη τη στιγμή γεννήθηκε και το πρώτο ηλεκτρικό ψυγείο. Σταδιακά τα ψυγεία του πάγου αντικαταστάθηκαν από τα ηλεκτρικά. Τα πρώτα ηλεκτρικά ψυγεία λειτούργησαν με φρέον, το οποίο αποδείχθηκε ότι προκαλεί την τρύπα του όζοντος, οπότε απαγορεύθηκε η χρήση τους.

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 2 από 14 Πριν την εφεύρεση των ψυγείων ήταν γνωστό ότι τα τρόφιμα διατηρούνται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, όταν βρίσκονται σε ψυχρό περιβάλλον. Προσπάθειες για την κατασκευή ενός ψυγείου έγιναν κατά τα τέλη του 19ου αιώνα.] Το ηλεκτρικό ψυγείο εφευρέθηκε το 1914 από τον Nathaniel B. Wales στο Ντιτρόιτ του Μίσιγκαν προσπαθώντας να φτιάξει ένα απλό ηλεκτρικό ψυγείο για οικιακή χρήση.] Τα πρώτα ψυγεία λειτουργούσαν με πάγο, ενώ η ψυκτική τους ικανότητα διαρκούσε μέχρι να λιώσει ο πάγος, συνήθως μία μέρα. Μετά την κατασκευή της αντλίας θερμότητας, η οποία λειτουργεί με ηλεκτρικό ρεύμα, εμφανίστηκαν στην αγορά τα ηλεκτρικά ψυγεία. Με τον καιρό τα ηλεκτρικά ψυγεία εξελίχθηκαν, έτσι στην αγορά κυκλοφορούν ψυγεία με κατάψυξη και κάποια άλλα έχουν και περιφερειακούς μηχανισμούς. Τα πρώτα ηλεκτρικά ψυγεία λειτουργούσαν με φρεόν, το οποίο αποδείχθηκε ότι προκαλεί την τρύπα του όζοντος, οπότε απαγορεύθηκε η χρήση τους

• Μία εφαρμογή που χρησιμοποιήθηκε στην αρχαιότητα ήταν το θερμαινόμενο δάπεδο για την έμμεση θέρμανση του αέρα κατοικιών από τα καυσαέρια της εστίας.

• Στις Αραβικές χώρες, στην Περσία και στην Ινδία εφαρμόστηκαν ειδικές οικοδομικές τεχνικές για τον δροσισμό και το αερισμό των εσωτερικών χώρων. Αυτό το πέτυχαν μέσω της φυσικής κίνησης του αέρα και της εξάτμισης του νερού. Δηλαδή η διαμόρφωση κατακόρυφων καμινάδων ή ανεμόπυργων με στενή διατομή σε συνδυασμό με κατάλληλα ανοίγματα, προκαλούσε την έντονη κυκλοφορία ρευμάτων σε συγκεκριμένη κατεύθυνση και την εξαγωγή θερμών μαζών αέρα από τους χώρους κατοίκησης.

• Οι Ρωμαίοι και άλλοι λαοί μετέφεραν χιόνι και πάγο από ψηλά βουνά σε πεδινές περιοχές. Χρησιμοποιούσαν επίσης τις λεγόμενες χιονοαποθήκες, δηλαδή κοιλότητες σκαμμένες στο έδαφος και μονωμένες στα πλάγια με σανίδες και άχυρο, όπου το χιόνι διατηρούνταν σε στερεή κατάσταση για μεγάλο χρονικό διάστημα.

• Άλλες πρώτες μορφές ψύξης περιελάμβαναν την παρασκευή φυσικού πάγου μέσω της ψύξης μάζας νερού κατά τη διάρκεια μιας κρύας νύχτας με ξαστεριά.

• Στις αρχές του 19ου αιώνα ήταν γνωστές οι αρχές τεχνητής παραγωγής πάγου. Τότε ο Carnot με το σχεδιασμό του αναστρέψιμου κύκλου θερμικής μηχανής και ο λόρδος Kelvin και ο Clausius με τις διατυπώσεις του 2ου Θερμοδυναμικού Αξιώματος έθεσαν τις θεωρητικές βάσεις για τη λειτουργία ψυκτικών μηχανών.

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 3 από 14

• Το 1843 ο Αμερικανός Jacob Perkins κατασκεύασε την πρώτη μηχανή παραγωγής πάγου που χρησιμοποίησε συμπιεστή.

• Το 1851 ο Γάλλος Ferdinand Karre σχεδίασε την πρώτη μηχανή παραγωγής πάγου με σύστημα απορρόφησης ατμού αμμωνίας.

• Το 1872 ο David Boyle ανέπτυξε την πρώτη μηχανή παραγωγής πάγου με μηχανική συμπίεση αμμωνίας.

• Στα 1920 παρουσιάστηκαν τα πρώτα οικιακά ψυγεία στις ΗΠΑ. Μετά τα μέσα του 20ου αιώνα εδραιώθηκαν στην παγκόσμια αγορά οι σύγχρονες οικιακές ψυκτικές μηχανές, τα ηλεκτρικά ψυγεία και οι καταψύκτες τροφίμων.

2. Η αναγκαιότητα της ψύξης

Η συντήρηση ενός τροφίμου σε θερμοκρασία χαμηλότερη των 15οC και ψηλότερη του σημείου έναρξης της κατάψυξης καλείται συντήρηση με ψύξη. Η αύξηση του χρόνου ζωής του τροφίμου μέσω της ψύξης οφείλεται στην επιβράδυνση του ρυθμού ανάπτυξης και δράσης των μικροοργανισμών όσο μειώνεται η θερμοκρασία καθώς και στην επιβράδυνση των μεταβολικών δραστηριοτήτων των φυτικών και ζωϊκών ιστών, των ενζυμικών δράσεων και των χημικών δράσεων που οδηγούν σε αλλοιώσεις, όπως οξειδώσεις κ.λ.π. Ο χρόνος συντήρησης υπό ψύξη είναι περιορισμένος και εξαρτάται από το τρόφιμο και από τη θερμοκρασία του ψυκτικού θαλάμου. Για να επιλεγεί η ευνοϊκότερη θερμοκρασία συντήρησης και να υπολογισθεί ο μέγιστος χρόνος συντήρησης πρέπει να είναι γνωστές οι μεταβολές που συμβαίνουν στο τρόφιμο κατά τη διάρκεια της αποθήκευσης υπό ψύξη.

Η μείωση της θερμοκρασίας των τροφίμων μέχρι την επιθυμητή θερμοκρασία αποθήκευσης δεν γίνεται μέσα στους ψυκτικούς θαλάμους για να αποφεύγονται οι διακυμάνσεις θερμοκρασίας των ήδη υπαρχόντων στο θάλαμο ψυγμένων τροφίμων, αλλά σε σταθμούς πρόψυξης ή σε ψυχόμενους προθαλάμους. Ψύξη (πρόψυξη) τροφίμων

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 4 από 14

Η ψύξη (ή πρόψυξη) των τροφίμων γίνεται το ταχύτερο δυνατό μετά τη συγκομιδή ή την παραγωγή τους, ώστε να περιορισθεί στο ελάχιστο η υποβάθμισή τους. Η υποβάθμιση οφείλεται κυρίως στη μικροβιακή ανάπτυξη, η οποία οδηγεί σε γρήγορη αποσύνθεση, ιδιαίτερα τα ζωϊκά τρόφιμα και στη συνέχιση του κανονικού ρυθμού αναπνοής των φυτικών τροφίμων.

Τα τρόφιμα τα οποία ψύχονται μπορεί να είναι εξ ολοκλήρου υγρά, να αποτελούνται από μία συνεχή υγρή φάση στην οποία αιωρούνται στερεά σωματίδια, ή να είναι στερεά στα οποία το υγρό είναι ακινητοποιημένο από τη δομή του υλικού. Το υγρό, στη συντριπτική πλειοψηφία των τροφίμων που ψύχονται ή καταψύχονται στη βιομηχανική πρακτική, είναι το νερό.

Η ψύξη υγρών τροφίμων, μη συσκευασμένων, γίνεται σε εναλλάκτες θερμότητας αυλωτούς, με πλάκες ή αποξεόμενης επιφάνειας. Σπανίως χρησιμοποιούνται ασυνεχή συστήματα, όπως αναδευόμενα δοχεία. Ο υπολογισμός των συντελεστών μεταφοράς θερμότητας, της επιφάνειας εναλλαγής και της θερμοκρασίας εξόδου του τροφίμου γίνεται όπως στη θέρμανση των τροφίμων. Ο χρόνος παραμονής του κάθε τροφίμου στα συστήματα πρόψυξης εξαρτάται από το ίδιο το σύστημα και τις παραμέτρους λειτουργίας και επιδιώκεται συνήθως να είναι μικρός για βελτίωση της ποιότητας και της ασφάλειας του τροφίμου.

3. Οι εφαρμογές της ψύξης Σε πολλές δραστηριότητες της καθημερινής ζωής είναι απαραίτητη η αφαίρεση θερμότητας από ορισμένους χώρους έτσι ώστε αυτοί να αποκτούν χαμηλές θερμοκρασίες, π.χ. ψυκτικοί θάλαμοι, οικιακά και εμπορικά ψυγεία, κ.λ.π. Για τον κλιματισμό χώρων κατά τη διάρκεια του θέρους είναι απαραίτητη η ύπαρξη ψυχρού μέσου, για την αφαίρεση θερμότητας από τους χώρους που μας ενδιαφέρουν, ενώ το ίδιο θερμαίνεται. Οι εφαρμογές της ψύξης διακρίνονται :

1) Ψύξη στη βιομηχανία 2) Ψύξη στις μεταφορές ( φορτηγά, πλοία, τρένα ) 3) Ψύξη στην κατοικία – εμπόριο

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 5 από 14

Οι εφαρμογές της ψύξης ανά κατηγορία είναι οι εξής :

Εφαρμογές Ψύξης

Συνθήκες άνεσης Κατοικία Βιομηχανία Μεταφορές Κλιματισμός : Νοσοκομείων Κατοικιών Καταστημάτων Γραφείων Σχολείων Οχημάτων Αεροσκαφών Πλοίων

Ψυγεία Καταψύκτες Κλιματισμός

Υφαντουργία Νηματουργία Τυπογραφεία Ελαστικά Τρόφιμα Σούπερ Μάρκετ Ζαχαροπλαστεία Παγοδρόμια Οπλισμένο σκυρόδεμα ή Χωματουργικά έργα Και τέλος στη Χημική βιομηχανία

Κινητήρες Ψύξη μεταφερόμενων Εμπορευμάτων

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 6 από 14

5. Η λειτουργία του Ψυκτικού κύκλου με απορρόφηση ατμών

Ο Κύκλος Ψύξης χρησιμοποιεί ένα υγρό που ονομάζεται ψυκτικό υγρό για να μεταφέρει θερμότητα από ένα μέρος σε ένα άλλο. Το κλειδί για το πως λειτουργεί το σύστημα είναι η ιδιότητα που έχει το ψυκτικό υγρό να βράζει σε πολύ μικρότερη θερμοκρασία από ότι το νερό. Για παράδειγμα το ψυκτικό υγρό που συνήθως χρησιμοποιείται, βράζει στους 5 - 10ºC ενώ το νερό βράζει στους 100ºC, ενώ σε πολύ χαμηλή θερμοκρασία δεν παγώνει αλλά βρίσκεται σε υγρή μορφή, παράδειγμα στους – 40C , το ψυκτικό μέσο βρίσκεται σε υγρή μορφή. Ας δούμε πως βράζοντας και συμπυκνώνοντας, το ψυκτικό υγρό, μπορεί να μεταφερθεί θερμότητα: η διαδικασία είναι ίδια είτε πρόκειται για ψυγείο είτε για air condition . Θα ξεκινήσουμε με τη λειτουργία ψύξης: υγρό ψυκτικό το οποίο εισέρχεται στην σπείρα εισόδου που λειτουργεί ως εξατμιστής, όπως δηλώνει και το όνομά του, εξατμίζει το υγρό. Στον εξατμιστή το υγρό έχει θερμοκρασία από 4,5ºC ως -10ºC και χωρίς να αλλάξει η θερμοκρασία του, απορροφά θερμότητα και αλλάζει από υγρό σε αέριο. (Κατάσταση 1) Η θερμότητα που εξατμίζει το ψυκτικό υγρό προέρχεται από τον θερμό αέρα του δωματίου την οποία παραλαμβάνει ένα κύκλωμα αέρα ή νερού. Στη συνέχεια το ψυκτικό υγρό περνά από την σπείρα του εξατμιστή. Καθώς περνά από την ψυχρή σπείρα δίνει κάποια από την θερμότητά του και μειώνεται η θερμοκρασία του. Το αέριο ψυκτικό μετακινείται στο συμπιεστή ο οποίος είναι ουσιαστικά μια αντλία που ανυψώνει την πίεση ώστε να κυκλοφορεί το ψυκτικό διαμέσου του συστήματος.

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 7 από 14

Η αύξηση της πίεσης από το συμπιεστή προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας του ψυκτικού. Καθώς φεύγει από το συμπιεστή το ψυκτικό είναι ένα ζεστό αέριο θερμοκρασίας 40ºC-50ºC, (Κατάσταση 2) που στη συνέχεια ρέει στον συμπυκνωτή. Καθώς συμπυκνώνεται, δίνει θερμότητα σε ένα άλλο κύκλωμα νερού ή αέρα. Το κύκλωμα νερού ή αέρα είναι ικανό να πάρει θερμότητα από τις σπείρες του εναλλάκτη επειδή είναι ακόμη πιο ψυχρό από τις σπείρες των 45ºC. Καθώς το ψυκτικό υγρό φεύγει από το συμπυκνωτή είναι πλέον υγρό αφού έχει ψυχθεί αλλά εξακολουθεί να είναι υπό υψηλή πίεση. (Κατάσταση 3) Η βαλβίδα εκτόνωσης επιτρέπει στο ψυκτικό υγρό να περάσει σε χώρο χαμηλότερης πίεσης και θερμοκρασίας. (Κατάσταση 4) Ο κύκλος ολοκληρώνεται όταν το ψυχρό ψυκτικό υγρό επανέρχεται στον εξατμιστή για να πάρει θερμότητα από το δωμάτιο όντας υγρό. Το χειμώνα μια βαλβίδα αλλάζει τη σπείρα εισόδου, η οποία πλέον λειτουργεί ως συμπυκνωτής ενώ η σπείρα εξόδου να λειτουργεί ως εξατμιστής.

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 8 από 14

Αρχή λειτουργίας

Το ψυγείο αντλεί τη θερμότητα από το εσωτερικό του και την εναποθέτει στο εξωτερικό περιβάλλον ως μια αντλία θερμότητας. Αυτό επιτυγχάνεται με την κυκλοφορία ενός ρευστού εντός και εκτός του ψυγείου. Το ρευστό είναι υγρό, εισάγεται στο ψυγείο υπό πολύ χαμηλή πίεση. Η χαμηλή πίεση μετατρέπει το υγρό σε αέριο, επιπλέον μειώνει τη θερμοκρασία του αερίου (σύμφωνα με την καταστατική εξίσωση των αερίων), ώστε να γίνει πιο κρύο από τη θερμοκρασία των προϊόντων που υπάρχουν μέσα στο ψυγείο. Το αέριο κυκλοφορεί μέσα στο ψυγείο. Επειδή είναι ψυχρότερο η θερμότητα ρέει αυθόρμητα στο άεριο, μειώνοντας τη θερμική ενέργεια των προϊόντων. Αργότερα το αέριο εξέρχεται από το ψυγείο υπό υψηλότερη πίεση, στην ίδια πίεση που βρισκόταν αρχικά, και διοχετεύεται στη σχάρα που βρίσκεται πίσω από το ψυγείο. Το αέριο ξαναγίνεται υγρό, αλλά αυτό το υγρό περιέχει τη θερμική ενέργεια που απορρόφησε, άρα έχει υψηλότερη θερμοκρασία από το περιβάλλον. Η θερμότητα ρέει αυθόρμητα από το υγρό διαμέσου της σχάρας στο περιβάλλον, ώστε η θερμική ενέργεια του αερίου να μειωθεί όπως και η θερμοκρασία του. Με αυτόν τον τρόπο ολοκληρώθηκε ένας κύκλος κυκλοφορίας του υγρού. Αυτός ο κύκλος είναι συνεχής, δηλαδή ένα μέρος του ρευστού είναι μέσα στο ψυγείο, ένα άλλο μέρος στη σχάρα, ένα άλλο μέρος εξέρχεται και ένα άλλο εισέρχεται ταυτόχρονα. Το τελικό αποτέλεσμα αυτού του κύκλου είναι η μεταφορά της θερμοκρασίας από το εσωτερικό του ψυγείου στο εξωτερικό περιβάλλον.

Το ψυγείο έχει ειδικά θερμομονωτικά τοιχώματα, για να μη ρέει η θερμότητα από το εξωτερικό περιβάλλον μέσα στο ψυγείο. Ωστόσο, δεν υπάρχει τέλεια θερμομόνωση, πάντα υπάρχει διαρροή θερμότητας στο εσωτερικό του ψυγείου, ώστε αυτό χρειάζεται να λειτουργεί συνέχεια.

Η χαμηλή θερμοκρασία επιβραδύνει τις ταχύτητες των χημικών αντιδράσεων, άρα και το σάπισμα ή μούχλιασμα των τροφίμων. Η καταστροφή των τροφίμων με αυτόν τον τρόπο οφείλεται σε βιολογικές διαδικασίες, οι οποίες γίνονται με χημικές αντιδράσεις. Έτσι, μειώνοντας την ταχύτητά τους, μειώνεται η ταχύτητα καταστροφής των τροφίμων. Η ταχύτητα μιας χημικής αντίδρασης μειώνεται κατά μέσον όρο στο μισό για κάθε δέκα βαθμούς λιγότερης θερμοκρασίας. Έτσι, αν η θερμοκρασία της συντήρησης είναι 20 βαθμούς χαμηλότερη από το εξωτερικό περιβάλλον, τότε ένα τρόφιμο θα σαπίσει 22=4 φορές πιο αργά μέσα στο ψυγείο από

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 9 από 14 ότι έξω από αυτό. Στην κατάψυξη η επιβράδυνση είναι πιο έντονη, γιατί εκτός από τη μικρότερη θερμοκρασία το νερό παγώνει, ώστε τα κύτταρα να παγώνουν και αυτά. Παρόλ' αυτά, η ψύξη δεν καταστρέφει τους μικροοργανισμούς, ενώ αυτοί ξαναζωντανεύουν μόλις το τρόφιμο επανέλθει σε θερμοκρασία δωματίου.

Η κατάψυξη μαζεύει στα τοιχώματα της πάγο,ο οποίος μειώνει την απόδοση της.

Βασικό μειονέκτημα του ψυγείου είναι η υγρασία που επικρατεί στο εσωτερικό του. Κάποια τρόφιμα δε μπορούν να διατηρηθούν σε περιβάλλον ψυγείου εξ αιτίας της υγρασίας.

Βασικός Ψυκτικός Κύκλος Ο Βασικός ψυκτικός κύκλος αποτελείται από τα εξής τέσσερα (4 ) βασικά εξαρτήματα : 1. Συμπιεστής 2. Συμπυκνωτής 3. Εκτονωτικό Μέσο 4. Εξατμιστής Στη συνέχεια της παρουσίασης μας θα σας παρουσιάσουμε απλά και σύντομα το ρόλο και λειτουργία του καθενός από τα παραπάνω τέσσερα βασικά εξαρτήματα του ψυκτικού κύκλου.

1. Συμπιεστής Ο Συμπιεστής είναι το βασικότερο και ακριβότερο εξάρτημα και αποτελεί την «καρδιά» του βασικού ψυκτικού κύκλου.

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 10 από 14

Πρόκειται για μια μηχανή που έχει κινούμενα μέρη και έχει ως σκοπό να αναρροφά αρχικά το ψυκτικό μέσο που περιέχει τη θερμότητα του αέρα του ψυκτικού θαλάμου από τον εξατμιστή σε χαμηλή πίεση και ακολούθως να το συμπιέζει ( να του ανεβάζει την πίεση ) έτσι, ώστε να αποβάλλεται η θερμότητα του ψυκτικού μέσου προς τον αέρα του περιβάλλοντος με την απαραίτητη βοήθεια ενός ψυκτικού μέσου που αποτελεί το εργαζόμενο μέσο. Άρα, σκοπός του Συμπιεστή είναι με τη βοήθεια των κινούμενων μερών να συμπιέζει το ψυκτικό μέσο, δηλαδή να ανεβάζει την πίεση του ψυκτικού μέσου, η οποία θα προκαλέσει και την αύξηση της θερμοκρασίας του ψυκτικού. . Δηλαδή, συμπιεστής είναι μια μηχανή που προκαλεί τη συμπίεση του ψυκτικού μέσου, δηλαδή αύξηση της πιέσεως. Η συμπίεση αυτή πετυχαίνεται με διαφόρους τρόπους, όπως π.χ. με έμβολο, οπότε μιλάμε για παλινδρομικό συμπιεστή, είτε με κοχλία οπότε μιλάμε για κοχλιωτό είτε με σπείρα οπότε μιλάμε για σπειροειδές συμπιεστή.

Για να δούμε όμως, παράδειγμα, πως λειτουργεί ένας παλινδρομικός συμπιεστής, που αποτελεί το συνηθέστερο τύπο συμπιεστή ; Η αρχή λειτουργίας του παλινδρομικού συμπιεστή είναι η εξής :

Στερεώνουμε ένα τύλιγμα με χάλκινο σύρμα, το οποίο ονομάζεται πηνίο. Στο πηνίο τροφοδοτούμε εναλλασσόμενο ρεύμα 220 V από την παροχή του σπιτιού μας, δημιουργείται ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, έχει την τάση να περιστρέφει ότι υπάρχει μέσα, τοποθετούμε στερεώνοντας ένα άξονα, τον στραφαλοφόρο άξονα, δημιουργούμε έκκεντρο πάνω στον άξονα, στερεώνουμε ένα άλλον άξονα, τον διωστήρα ( μπιέλα) κάθετα προς τον στροφαλοφόρο άξονα, πάνω στον διωστήρα «δένουμε» ένα έμβολο ( πιστόνι), το οποίο καπακώνουμε με έναν κύλινδρο, όπου στο «κεφάλι» του (κεφαλή) υπάρχουν δυο «πόρτες» ( βαλβίδες) , η μία αναρρόφησης ( βρίσκεται στερεωμένη μέσα στον κύλινδρο ) και η άλλη κατάθλιψης ( βρίσκεται στερεωμένη έξω από τον κύλινδρο ) . Η λειτουργία : Δίνουμε ρεύμα με το σούκο, δημιουργείται στο πηνίο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, περιστρέφεται αναγκαστικά ο στροφαλοφόρος άξονας, κινείται δεξιά – αριστερά ο διωστήρας, άρα και το έμβολο πάει πάνω – κάτω. Καθώς το έμβολο κατεβαίνει «ρουφάει»

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 11 από 14

λόγω υποπίεσης τη βαλβίδα αναρρόφησης που συνδέεται με τον σωλήνα του εξατμιστή , άρα και το ψυκτικό μέσο που έρχεται από τον εξατμιστή με χαμηλή πίεση και σε αέρια κατάσταση. Όταν τελειώσει το «κατέβασμα» και αρχίσει το έμβολο να ανεβαίνει αρχίζει να πιέζει το ψυκτικό που έχει μαζέψει. Η βαλβίδα αναρρόφησης «χτυπάει» πάνω στη κεφαλή από μέσα και κλείνει, ενώ η βαλβίδα κατάθλιψης που είναι απ΄ έξω λόγω πίεσης ανοίγει και «πετάει» το ψυκτικό μέσο με υψηλή πίεση το οποίο οδηγείται στον συμπυκνωτή. Με αυτή τη λειτουργία ο συμπιεστής αναρροφά ψυκτικό ατμό σε χαμηλή πίεση από τον εξατμιστή και καταθλίβει ατμό ψυκτικό υψηλής πιέσεως στον συμπυκνωτή.

2. Συμπυκνωτής Στον συμπυκνωτή φτάνει ο ατμός με υψηλή πίεση από τον συμπιεστή, ο οποίος περιέχει όλη τη θερμότητα που πήρε από τον ψυκτικό θάλαμο. Σκοπός του είναι να συμπυκνώνει τον ατμό του ψυκτικού μέσου, να τον μετατρέπει σε υγρό, οπότε κατά τη συμπύκνωση αυτή θα αποβάλλεται ολόκληρη η ενέργεια που έχει πάρει το ψυκτικό μέσο στον εξατμιστή και στο συμπιεστή. Η συμπύκνωση ή αλλαγή φάσης του ατμού πραγματοποιείται με μετάδοση θερμότητας από τη συσκευή του συμπυκνωτή προς τον ατμοσφαιρικό αέρα του περιβάλλοντος χώρου. Άρα, σκοπός του Συμπυκνωτή ( 2ο ) : Αποβάλλει τη θερμότητα του ψυκτικού μέσου που πήρε από τον εξατμιστή προς το περιβάλλον. Πως πετυχαίνεται όμως αυτή η αποβολή θερμότητας στον συμπυκνωτή; Τι είναι ο συμπυκνωτής ; Ο συμπυκνωτής είναι ένας χάλκινος σωλήνας με διάμετρο 1/4΄΄ , ή 3/8 ΄΄ και μήκος περίπου στα 12 μέτρα. Αυτός ο χάλκινος σωλήνας που ονομάζεται συμπυκνωτής είναι τοποθετημένος στο πίσω μέρος του ψυγείου και για χωρέσει παίρνει μορφή τελικού «S». Στον συμπυκνωτή φτάνει όπως αναφέραμε ατμό ψυκτικό μέσο από τον συμπιεστή σε θερμοκρασία περίπου 15 – 20 C υψηλότερη από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Λόγω τώρα του 2ου θερμοδυναμικού αξιώματος ότι η θερμότητα μεταφέρεται από σώματα υψηλότερης θερμοκρασίας σε σώματα χαμηλότερης θερμοκρασίας, θα έχουμε μεταφορά

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 12 από 14

θερμότητας από τον συμπυκνωτή προς το περιβάλλον. Επόμένως με αυτό τον τρόπο στον συμπυκνωτή που στην ουσία είναι ένας εναλλάκτης θερμότητας έχουμε μεταφορά θερμότητας – αποβολή θερμότητας από τον συμπυκνωτή προς το περιβάλλον. Για να γίνει αυτό κατανοητό, αν αγγίξουμε με το χέρι μας το σωλήνα του συμπυκνωτή, αυτός αρχικά καίει και καθώς ακολουθούμε τη διαδρομή του ( δηλαδή του ψυκτικού μέσου ) αισθανόμαστε στο χέρι μας ότι καθώς προχωράμε αυτός κρυώνει. Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διαδρομή του στο συμπυκνωτή, το ψυκτικό μέσο αποβάλλει τη θερμότητα στο περιβάλλον χώρο του ψυγείου. Στη συνέχεια το ψυκτικό μέσο με αποβαλλόμενη πλέον τη θερμότητα οδηγείται στο εκτονωτικό μέσο.

3. Εκτονωτικό Μέσο Το ψυκτικό μέσο, όπως είπαμε μετά τον συμπυκνωτή οδηγείται στο εκτονωτικό μέσο, που έχει ως σκοπό να κατεβάσει τη πίεση του ψυκτικού μέσου. . Έτσι το ψυκτικό μέσο εξερχόμενο με χαμηλή πίεση, οδηγείται στον εξατμιστή. Αυτό γιατί γίνεται; Διότι όπως θα δούμε παρακάτω για να έχει τη δυνατότητα το ψυκτικό μέσο να απορροφήσει τη θερμότητα από τα προϊόντα που έχουμε μέσα στο ψυγείο, π.χ. γάλα, θα πρέπει το ψυκτικό να έχει χαμηλότερη θερμοκρασία από τη θερμοκρασία συντήρησης του γάλακτος που είναι 4C. Δηλαδή, το ψυκτικό μέσο για να μπορέσει να απορροφήσει τη θερμότητα από το γάλα, θα πρέπει να έχει χαμηλότερη θερμοκρασία από τη θερμοκρασία των 4C, και συγκεκριμένα περίπου -15C. Αυτό, όμως πως πετυχαίνετε; Με ποιο τρόπο μπορούμε να κατεβάσουμε τη θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου στα επίπεδα που αναφέραμε; Για να το πετύχουμε αυτό πρέπει να κατεβάσουμε τη πίεση του ψυκτικού μέσου, γιατί εάν κατεβεί η πίεση λόγω του σταθερού όγκου της εγκατάστασης ( Καταστατική Εξίσωση, Ισόογκη μεταβολή) θα κατεβεί και η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου. Τώρα, αυτό πως πετυχαίνετε; Οδηγούμε το ψυκτικό μέσο υψηλής πίεσης που έρχεται από τον συμπυκνωτή σε ένα σωλήνα μεγάλου μήκους περίπου 3m και πολύ μικρής διαμέτρου, περίπου 0.8 – 0,9 mm. Καθώς το ψυκτικό περνάει από αυτή τη πολύ

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 13 από 14

στενή δίοδο, στραγγαλίζεται , εκτονώνεται αναγκαστικά, με αποτέλεσμα να πέσει η πίεση και άρα και η θερμοκρασία του, στα επίπεδα των -20 C. Επομένως, σκοπός του Εκτονωτικού μέσου ( 3ο ) : Κατεβάζει την πίεση με αποτέλεσμα να κατέβει και η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου.

4. Εξατμιστής Το τέταρτο και τελευταίο εξάρτημα του ψυκτικού κύκλου είναι ο εξατμιστής. Ο εξατμιστής ή στοιχείο ατμοποίησης έχει ως σκοπό να ψύξει τον αέρα που κυκλοφορεί στον ψυκτικό θάλαμο. Ουσιαστικά αποτελεί έναν εναλλάκτη θερμότητας, στον οποίο γίνεται η εναλλαγή θερμότητας μεταξύ του αέρα του θαλάμου και του ψυκτικού μέσου που κυκλοφορεί στον εξατμιστή. Ο αέρας που περνά πάνω από τον εξατμιστή χάνει τόσο την αισθητή όσο και την λανθάνουσα θερμότητα. Αφού ο αέρας χάσει την αισθητή και λανθάνουσα θερμότητα ακολούθως επιστρέφει και διανέμεται στον ψυκτικό θάλαμο, έχοντας όμως χαμηλότερη θερμοκρασία και υγρασία, ώστε να απορροφήσει την θερμότητα και την υγρασία των προϊόντων. Πως πετυχαίνεται όμως αυτό; Το ψυκτικό μέσο μετά την έξοδό του από το εκτονωτικό μέσο με χαμηλή πλέον πίεση και θερμοκρασία οδηγείται στον εξατμιστή. ¨Όταν λέμε για εξατμιστή εννοούμε για χαλκοσωλήνα ή σωλήνα αλουμινίου μεγάλου μήκους σε σχήμα «S» πάνω σε πλάκα η οποία βρίσκεται μέσα στο ψυγείο και έρχεται σε άμεση επαφή με τα προϊόντα του ψυγείου , π.χ. με το γάλα. Σ΄ αυτό τον σωλήνα διαρρέεται το ψυκτικό μέσο σε θερμοκρασία – 20C. Άρα έχουμε από τη μία ψυκτικό χαμηλής θερμοκρασίας -20C, και από την άλλη το γάλα σε θερμοκρασία 5C. Βάση πάλι του 2ου θερμοδυναμικού αξιώματος θα έχουμε μεταφορά θερμότητας από το γάλα – υψηλότερης θερμοκρασίας - προς τον εξατμιστή - χαμηλότερης θερμοκρασίας. Δηλαδή ο εξατμιστής είναι ένας απλός εναλλάκτης θερμότητας που απορροφάει τη θερμότητα. Με την απορρόφηση όμως θερμότητας από

1ο ΕΠΑΛ Καρδίτσας Ε.Θ.Δ. Τμήμα ΒΜ1 – ΒΜ2 Σχ. Έτος 2013 – 2014 Σελίδα 14 από 14

το γάλα, πέφτει η θερμοκρασία του γάλακτος στα επιθυμητά όρια συντήρησης των 4C, η οποία διατηρείται σταθερή με τη βοήθεια ενός βοηθητικού αυτοματισμού που ονομάζεται θερμοστάτης. Τώρα, η θερμότητα απορρόφησης του γάλακτος στον εξατμιστή μεταφέρεται μέσω του συμπιεστή στο συμπυκνωτή , όπου εκεί τελικά την αποβάλλει στο περιβάλλοντα χώρο του ψυγείου μας. Άρα, σκοπός του Εξατμιστή ( 4ο ) : Απορροφάει την θερμότητα και την υγρασία των προϊόντων μέσα από τον ψυκτικό θάλαμο, διατηρώντας τη θερμοκρασία των προϊόντων μας στα επιθυμητά όρια συντήρησης π.χ. 4C. Συνοπτικά : Το ψυγείο αποτελείται από τέσσερα βασικά εξαρτήματα : 1) Τον συμπιεστή, 2) Τον συμπυκνωτή, 3) Το εκτονωτικό μέσο 4) Τον εξατμιστή. Ο συμπιεστής ανεβάζει την πίεση με αποτέλεσμα να ανέβει και η θερμοκρασία του ψυκτικού μέσου, οδηγείται στον συμπυκνωτή ο οποίος αποβάλλει τη θερμότητα στο περιβάλλον, στη συνέχεια το ψυκτικό μέσο οδηγείται στο εκτονωτικό μέσο το οποίο κατεβάζει την πίεση με αποτέλεσμα να πέσει και η θερμοκρασία του ψυκτικού και τέλος οδηγείται στον εξατμιστή, ο οποίος απορροφάει τη θερμότητα από τα προϊόντα του ψυγείου μας.