De onbezongen held van Chill: hoe uw ijsmachine werkt

Van een ijzige cocktail op een zomeravond tot een koelbox verpakt voor een picknick, ijs is een moderne noodzaak die we vaak als vanzelfsprekend beschouwen. Vóór het wijdverbreide gebruik van diepvriezers en geautomatiseerde ijsmachines was het verkrijgen van een constante aanvoer van ijs een moeizaam proces dat ijskelders en enorme logistieke inspanningen met zich meebracht. Venaag de dag, de bescheiden ijs maker , of het nu een op zichzelf staand apparaat is of een onderdeel in uw koelkast, verricht dit kleine wonder met efficiënte, fascinerende wetenschap.

De wetenschap van het invriezen: van water tot ijs

In wezen is een ijsmaker eenvoudigweg een machine die gebruik maakt van de fysieke eigenschappen van water: het verandert in een vaste stof (ijs) wanneer de temperatuur onder de normale temperatuur daalt. vriespunt .

De faseverandering

Water is gemaakt van $H_2O$-moleculen. In vloeibare toestand zijn deze moleculen voortdurend in beweging en glijden langs elkaar heen. Om vloeibaar water in vast ijs te veranderen, moeten we voldoende verwijderen thermische energie (warmte) om deze moleculen te vertragen. Zodra ze voldoende vertragen, sluiten de aantrekkingskrachten tussen de moleculen ze op in een rigide, zich herhalend patroon dat a wordt genoemd kristal rooster . Deze transformatie staat bekend als a fase verandering .

De koelcyclus

Het warmteafvoerproces is de taak van de koelsysteem , wat in principe identiek is aan wat uw hele koelkast of airconditioner koelt. Deze cyclus omvat vier belangrijke componenten en een speciale vloeistof genaamd a koelmiddel .

• Compressor: Dit is het hart van het systeem. Het brengt het gasvormige koelmiddel onder druk, waardoor de temperatuur dramatisch stijgt.
• Condensorspoelen: Het hete koelmiddel onder hoge druk stroomt door spoelen, meestal aan de achterkant of onderkant van het apparaat. Het geeft zijn warmte af aan de omgevingslucht (de keuken). Terwijl het afkoelt, verandert het koelmiddel weer in een vloeistof.
• Expansieventiel (of capillaire buis): Het vloeibare koelmiddel stroomt door een smalle klep, waardoor de druk snel afneemt. Deze plotselinge drukdaling zorgt ervoor dat het koelmiddel onmiddellijk veel kouder wordt.
• Verdamperspiralen: Dit is waar de magie gebeurt voor de ijsmaker. Het superkoude vloeibare koelmiddel stroomt door spoelen, die meestal in direct contact staan ​​met de ijsvormende lade. Dit koude oppervlak trekt snel warmte aan uit van het water, waardoor het water bevriest. Het koelmiddel, dat de warmte heeft geabsorbeerd, verandert weer in een gas en stroomt terug naar de compressor om de cyclus opnieuw te starten.

Anatomie van een automatische ijsmaker

In de meeste moderne koelkasten werkt de automatische ijsmaker volgens een eenvoudige, getimede cyclus, waarbij gewoonlijk elke één tot twee uur een partij ijs wordt geproduceerd.

De watervoorziening

Ten eerste heeft de ijsmaker water nodig. EEN magneetventiel regelt de waterstroom van de hoofdleiding van uw huis (meestal gefilterd) naar een klein, plastic of metaal ijs mold of lade. Deze klep wordt doorgaans geactiveerd door een timer of een sensor.

Bevriezen en voelen

Zodra de mal gevuld is, wordt de verdamperspiralen rondom de mal begint het water af te koelen. De timing van deze stap is cruciaal. Zodra het water volledig bevroren is, geeft een van de twee gebruikelijke methoden aan dat het ijs gereed is:

• Thermostaat/Timer: Een basissysteem maakt gebruik van een eenvoudige timer. Na een vooraf bepaalde tijd (bijvoorbeeld 60 minuten) gaat de machine ervan uit dat het ijs stevig is.
• Optische sensor (infraroodstraal): Meer geavanceerde systemen maken gebruik van een infraroodstraal die over de ijsopslagbak scheen. Wanneer de balk wordt geblokkeerd door een hoop ijs, stopt de machine met de productie. Wanneer het niveau daalt, wordt de straal gedeblokkeerd en wordt de productie hervat. Dit wordt vaak een volledige sensor .

Het ijs oogsten

Zodra het ijs volledig is gevormd, moet het uit de mal worden gehaald, het proces dat bekend staat als oogsten .

• Verwarmingselement: Een kleine verwarmingselement nabij de mal wordt kort geactiveerd (gedurende ongeveer 10-15 seconden). Hierdoor wordt het oppervlak van de mal enigszins verwarmd, net genoeg om een ​​klein laagje ijs te laten smelten en de blokjes los te laten, maar niet genoeg om de blokjes zelf te laten smelten.
• Uitwerparm: Een gemotoriseerde uitwerparm of hark veegt vervolgens over de mal en duwt de losgemaakte blokjes naar buiten en in de opslagbak eronder. De luide klap je hoort het geluid van de blokjes die in de bak vallen.

Het uitschakelmechanisme

Voor het gemak moeten automatische ijsmachines stoppen met het maken van ijs als de bak vol is. Dit wordt bereikt door een draadafsluitarm (of borgdraad). Deze arm rust bovenop de ijsstapel. Terwijl de ijsbak vol raakt, duwen de blokjes de arm omhoog en houden deze in de ‘omhoog’-positie. Deze fysieke beweging activeert een schakelaar, die de ijsmaker vertelt zijn cyclus te stoppen. Zodra het ijs is gebruikt en de stapel valt, valt de arm weer naar beneden, waardoor de machine weer begint met het maken van ijs.

De continue, stille cyclus van invriezen, verwarmen en uitwerpen is een bewijs van slimme techniek, die ons voorziet van een continue, on-demand aanvoer van perfect bevroren water.

Voorbij de koelkast: speciale ijsmachines

Hoewel de ijsmachine in de koelkast de meest voorkomende is, gebruiken gespecialiseerde eenheden verschillende technieken om specifieke soorten ijs te maken voor commercieel en thuisgebruik.

Schilfer- en Nuggetijs

• Schilferijs: Scherfijs wordt voornamelijk gebruikt in displays voor zeevruchten in supermarkten en wordt geproduceerd door een laag ijs van een gekoelde verticale trommel te schrapen.
• Nuggetijs (of kauwbaar ijs): Dit zachte, poreuze ijs is een populaire keuze in restaurants en ziekenhuizen en wordt gemaakt door scherfijs tot kleine, luchtige pellets te comprimeren.

Heldere ijsmachines

Een veel voorkomende klacht bij koelkastijs is het troebele uiterlijk ervan, veroorzaakt door opgesloten luchtbellen en mineralen die in het midden van de kubus bevriezen. Heldere ijsmachines (vaak gebruikt door barmannen of voor luxe drankjes) los dit op door het proces van het natuurlijke bevriezen van meren na te bootsen: ze bevriezen water langzaam and richting .

Door het water van de onderste of bovenste laag eerst te bevriezen en het water constant in beweging te houden, worden luchtbellen en onzuiverheden naar buiten geduwd en geconcentreerd in het laatste beetje water dat bevriest, wat meestal wordt weggegooid. Het resultaat is kristalhelder, dicht ijs dat langzamer smelt en drankjes niet zo snel verdunt.