Ψυγείο

Το ψυγείο είναι συσκευή που λειτουργεί με αντλία θερμότητας. Χρησιμοποιείται για αποθήκευση προϊόντων, κυρίως τροφίμων. Πολλά τρόφιμα διατηρούνται για περισσότερο χρονικό διάστημα σε ψυχρό και σκοτεινό περιβάλλον παρά έξω από αυτό. Ένα τυπικό οικιακό ψυγείο περιλαμβάνει δύο κύριους χώρους, τη συντήρηση και την κατάψυξη. Η συντήρηση έχει χαμηλή θερμοκρασία, αλλά δεν είναι αρκετή για να παγώσει το νερό. Προορίζεται για προϊόντα που θα καταναλωθούν εντός μιας εβδομάδας ή ενός μήνα. Η κατάψυξη έχει χαμηλότερη θερμοκρασία, ώστε να μετατραπεί το νερό σε πάγο, ενώ προορίζεται για αποθήκευση προϊόντων για μήνες. Άλλα ψυγεία έχουν μηχανισμό για την παραγωγή παγοκύβων ή ψύκτη, δηλαδή βρύση κρύου νερού. Επίσης τα τελευταία χρόνια στη Δυτική Ευρώπη, έχουν εφεύρει ψυγεία τα οποία λειτουργούν με ενσωματωμένες μπαταρίες, ώστε να περιοριστεί η επιβάρυνση στο περιβάλλον, μέσω της κατάχρησης της ηλεκτρικής ενέργειας.

 Πριν την εφεύρεση των ψυγείων ήταν γνωστό ότι τα τρόφιμα διατηρούνται για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα, όταν βρίσκονται σε ψυχρό περιβάλλον. Μέχρι τότε τα έβαζαν σε πάγο. Προσπάθειες για την κατασκευή ενός ψυγείου έγιναν κατά τα τέλη του 19ου αιώνα. Το ηλεκτρικό ψυγείο εφευρέθηκε το 1914 από τον Nathaniel Brackett Wales στο Ντιτρόιτ του Μίσιγκαν προσπαθώντας να φτιάξει ένα απλό ηλεκτρικό ψυγείο για οικιακή χρήση ή από την Φλόρενς Πάρπαρτ η οποία ήταν η πρώτη που χρησιμοποίησε ηλεκτρικό συμπιεστή για τη λειτουργία του ψυγείου. 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. Το πρώτο ηλεκτρικό ψυγείο επινοήθηκε από τη General Electric το 1927, κοστίζοντας τότε 520 δολάρια (πάνω από 7.000 δολάρια σε σημερινή αξία). Ονόμασαν αυτό το ψυγείο «Monitor-Top» και έβαλαν τις βάσεις για την αισθητική του ψυγείου μέχρι τη δεκαετία του 1940. Με τον καιρό τα ηλεκτρικά ψυγεία εξελίχθηκαν, έτσι σήμερα στην αγορά κυκλοφορούν ψυγεία με κατάψυξη και κάποια άλλα έχουν και περιφερειακούς μηχανισμούς. Τα πρώτα ηλεκτρικά ψυγεία λειτουργούσαν με φρεόν, το οποίο όμως μεταγενέστερα αποδείχθηκε ότι προκαλεί την τρύπα του όζοντος, οπότε απαγορεύθηκε η χρήση τους. 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 αέριο, 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 θερμότητας 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 10 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 ότι έξω από αυτό. Στην κατάψυξη η επιβράδυνση είναι πιο έντονη, διότι εκτός από τη μικρότερη θερμοκρασία το νερό παγώνει, ώστε τα κύτταρα να παγώνουν και αυτά. Παρόλα αυτά, η ψύξη δεν καταστρέφει τους μικροοργανισμούς, ενώ αυτοί ξαναζωντανεύουν μόλις το τρόφιμο επανέλθει σε θερμοκρασία δωματίου. Η κατάψυξη σταδιακά μαζεύει στα τοιχώματά της πάγο, ο οποίος μειώνει την απόδοσή της. Βασικό μειονέκτημα του ψυγείου είναι η υγρασία που επικρατεί στο εσωτερικό του. Κάποια τρόφιμα δεν μπορούν να διατηρηθούν σε περιβάλλον ψυγείου εξ αιτίας της υγρασίας. Ορισμένα μέρη από τα οποία το ψυγείο αποτελείται είναι τα εξής: Κοιλότητα κινητού καταψύκτη. Αγωγός - Συμπυκνωτής. Στενή βαλβίδα στον Αγωγό. Μεταλλικό Πλέγμα διασποράς θερμότητας. Τμήμα κατάψυξης: Το μοτέρ, μεταφέρει το ψυκτικό υγρό, μέσα από έναν αγωγό, στο τμήμα κατάψυξης. Όταν φτάσει σε αυτόν τον χώρο, πιέζεται για να περάσει μέσα από μία στενή δίοδο-βαλβίδα. Τότε, το ψυκτικό υγρό, μετατρέπεται σε ατμό ο οποίος διατρέχει τον κενό χώρο στον καταψύκτη. Μονωτικό Πλαίσιο: Κάθε ψυγείο, έχει και ένα ειδικό πλαίσιο, το οποίο, εμποδίζει τη θερμότητα του αέρα να μπει μέσα στα τρόφιμα και να τα προσβάλει. Το εξωτερικό του ψυγείου, είναι κατασκευασμένο από λεπτά, μεταλλικά φύλλα, ενώ το πιο μέσα μέρος, αποτελείται από σκληρό πλαστικό. Ανάμεσα στα δύο αυτά μέρη, υπάρχει ένα παχύ στρώμα μονωτικού, το οποίο λειτουργεί ως φράγμα, στην έξω θερμότητα.