O herói desconhecido do frio: como funciona o seu fabricante de gelo

Desde um coquetel gelado em uma noite de verão até um refrigerador embalado para um piquenique, gelo é uma necessidade moderna que muitas vezes tomamos como certa. Antes do uso generalizado de freezers e fabricantes de gelo automatizados, obter um suprimento constante de gelo era um processo trabalhoso que envolvia casas de gelo e enormes esforços logísticos. Hoje, o humilde gelo maker , seja um eletrodoméstico independente ou um recurso dentro da sua geladeira, realiza esse pequeno milagre com uma ciência eficiente e fascinante.

A ciência do congelamento: da água ao gelo

Em sua essência, um fabricante de gelo é simplesmente uma máquina que explora as propriedades físicas da água: ela se transforma em um sólido – gelo – queo sua temperatura cai abaixo de sua temperatura. ponto de congelamento .

A mudança de fase

A água é feita de moléculas $H_2O$. No estado líquido, essas moléculas estão em constante movimento, deslizando umas pelas foraras. Para transformar água líquida em gelo sólido, devemos remover quantidade suficiente energia térmica (calor) para desacelerar essas moléculas. Uma vez que desaceleram o suficiente, as forças de atração entre as moléculas as prendem em um padrão rígido e repetitivo chamado estrutura de cristal . Essa transformação é conhecida como mudança de fase .

O Ciclo de Refrigeração

O processo de remoção de calor é tarefa do sistema de refrigeração , que é idêntico em princípio ao que resfria toda a sua geladeira ou ar condicionado. Este ciclo envolve quatro componentes principais e um fluido especial chamado refrigerante .

• Compressor: Este é o coração do sistema. Pressuriza o refrigerante gasoso, o que aumenta drasticamente a sua temperatura.
• Bobinas do condensador: O refrigerante quente e de alta pressão flui através de bobinas, geralmente na parte traseira ou inferior do aparelho. Liberta o seu calor para o ar circundante (a cozinha). À medida que esfria, o refrigerante volta a ser líquido.
• Válvula de Expansão (ou Tubo Capilar): O refrigerante líquido passa através de uma válvula estreita, que reduz rapidamente a sua pressão. Esta queda repentina de pressão faz com que o refrigerante fique instantaneamente muito mais frio.
• Bobinas do evaporador: É aqui que a mágica acontece para o fabricante de gelo. O refrigerante líquido superfrio flui através de bobinas, que geralmente estão em contato direto com a bandeja de formação de gelo. Esta superfície fria atrai rapidamente calor out da água, fazendo com que a água congele. O refrigerante, tendo absorvido o calor, volta a ser gás e flui de volta ao compressor para reiniciar o ciclo.

Anatomia de um fabricante de gelo automático

Na maioria dos refrigeradores modernos, a máquina automática de fazer gelo funciona em um ciclo simples e cronometrado, geralmente produzindo um lote de gelo a cada uma ou duas horas.

O abastecimento de água

Primeiro, a máquina de fazer gelo precisa de água. Um válvula solenóide controla o fluxo de água da linha principal da sua casa (geralmente filtrada) para um pequeno recipiente de plástico ou metal gelo mold ou bandeja. Esta válvula normalmente é acionada por um temporizador ou sensor.

Congelamento e detecção

Uma vez preenchido o molde, o bobinas do evaporador ao redor do molde começam a esfriar a água. O momento desta etapa é crucial. Depois que a água estiver completamente congelada, um dos dois métodos comuns sinaliza que o gelo está pronto:

• Termostato/Temporizador: Um sistema básico usa um temporizador simples. Após um período de tempo predeterminado (por exemplo, 60 minutos), a máquina assume que o gelo está sólido.
• Sensor óptico (feixe infravermelho): Sistemas mais sofisticados usam um feixe infravermelho que atravessa o compartimento de armazenamento de gelo. Quando o feixe é bloqueado por uma pilha de gelo, a máquina interrompe a produção. Quando o nível cai, o feixe é desbloqueado e a produção é retomada. Isto é muitas vezes referido como um sensor completo .

Colhendo o Gelo

Uma vez que o gelo esteja totalmente formado, ele deve ser liberado do molde – processo conhecido como colheita .

• Elemento de aquecimento: Um pequeno elemento de aquecimento próximo ao molde é ativado brevemente (por cerca de 10-15 segundos). Isto aquece ligeiramente a superfície do molde, apenas o suficiente para derreter uma pequena camada de gelo e libertar os cubos, mas não o suficiente para derreter os próprios cubos.
• Braço Ejetor: Um motorizado braço ejetor ou ancinho, em seguida, varre o molde, empurrando os cubos soltos para fora e para dentro da caixa de armazenamento abaixo. O alto barulho o que você ouve é o som dos cubos caindo na lixeira.

O mecanismo de desligamento

Por conveniência, os fabricantes de gelo automáticos precisam parar de fazer gelo quando a lixeira estiver cheia. Isto é conseguido por um braço de corte de fio (ou fio de fiança). Este braço fica no topo da pilha de gelo. À medida que o recipiente de gelo enche, os cubos empurram o braço para cima e mantêm-no na posição “para cima”. Esse movimento físico aciona um interruptor, que informa ao fabricante de gelo para interromper seu ciclo. Depois que o gelo é usado e a pilha cai, o braço cai novamente, acionando a máquina para começar a fazer gelo novamente.

O ciclo contínuo e silencioso de congelamento, aquecimento e ejeção é uma prova de engenharia inteligente, proporcionando-nos um fornecimento contínuo e sob demanda de água perfeitamente congelada.

Além da geladeira: fabricantes de gelo especiais

Embora a máquina de fazer gelo na geladeira seja a mais comum, unidades especializadas usam diferentes técnicas para criar tipos específicos de gelo para uso comercial e doméstico.

Flocos e pepitas de gelo

• Floco de gelo: Usado principalmente em expositores de frutos do mar em supermercados, o gelo em flocos é produzido raspando uma camada de gelo de um tambor vertical resfriado.
• Pepita de gelo (ou gelo mastigável): Uma escolha popular em restaurantes e hospitais, esse gelo macio e poroso é feito comprimindo flocos de gelo em pellets pequenos e arejados.

Fabricantes de gelo transparente

Uma reclamação comum do gelo da geladeira é sua aparência turva, causada por bolhas de ar presas e minerais congelados no centro do cubo. Máquinas de gelo transparentes (frequentemente usados por bartenders ou para bebidas sofisticadas) resolvem isso imitando o processo de congelamento natural do lago: eles congelam a água lentamente and direcionalmente .

Ao congelar primeiro a água da camada inferior ou superior e mantê-la constantemente agitada, as bolhas de ar e as impurezas são expelidas e concentradas no último pedaço de água para congelar, que geralmente é descartado. O resultado é um gelo denso e cristalino que derrete mais lentamente e não dilui as bebidas tão rapidamente.