Chłodnictwo
Chłodnictwo – dział techniki zajmujący się odprowadzaniem ciepła ze środowiska chłodzonego w celu uzyskania i utrzymania temperatur niższych od temperatury otoczenia. Ma największe zastosowanie w utrwalaniu żywności.
Najwcześniej poznanymi substancjami chłodniczymi były lód i śnieg. Już pięć tysięcy lat temu stosowano je w Chinach do chłodzenia napojów. Również Chińczycy przywozili z gór bloki lodu, które przechowywali aż do lata. Wikingowie pod koniec zimy zakopywali (na terenie domostw) żywność razem z lodem, natomiast Rzymianie transportowali z gór śnieg, który umieszczali w izolowanych słomą dołach tworząc w ten sposób prymitywne lodówki. Metoda ta była stosowana jeszcze w XVIII wieku w Anglii. W Egipcie oraz Indiach używano porowatych glinianych naczyń, w których efekt chłodzenia uzyskiwano dzięki odparowaniu części zawartości. Ten efekt wykorzystywali również Persowie, którzy zwiększali intensywność parowania przez nadmuch powietrza. Zimna woda płynęła w kanałach pod podłogą chłodząc wnętrze pałacu.
Odkrycie mikroorganizmów (pleśni, bakterii), a następnie wpływu temperatury na prędkość ich namnażania spowodowało wzrost zainteresowania chłodzeniem, jako sposobem konserwowania żywności. Jednak technika chłodnicza zaczęła rozwijać się gwałtownie dopiero w XIX wieku w trakcie rewolucji przemysłowej. Obecnie efekt chłodzenia uzyskujemy dzięki specjalnie budowanym urządzeniom chłodniczym.
Zastosowanie chłodnictwa
[edytuj | edytuj kod]Niektóre obszary zastosowań techniki chłodniczej
Temperatura [°C] | Obszar zastosowań |
−10 do 25 |
|
−50 do −10 |
|
−180 do −50 |
|
−270 do −180 |
|
ok. −273 |
|
W przemyśle spożywczym
[edytuj | edytuj kod]Najważniejszym obszarem zastosowań chłodnictwa jest utrwalanie, przechowywanie i transport łatwo psujących się artykułów spożywczych. Przeciwieństwie do innych metod utrwalania technika chłodnicza pozwala zachować produkty w pierwotnym stanie świeżości, bez zmiany smaku, koloru, czy zawartości witamin[1]. Wadą jest wysoki koszt eksploatacji i utrzymania łańcucha chłodniczego oraz wysoki koszt czynników chłodniczych[2]. Obniżenie temperatury produktów spowalnia tempo przemian fizycznych, biochemicznych i mikrobiologicznych. Aktywność endogennych enzymów zmniejsza się, wzrost większości bakterii i pleśni zostaje zahamowany. Następuje zmniejszone parowanie i mniejszy ubytek masy produktu. Spowalniają się procesy utleniania tłuszczów[2].
W zależności od stosowanej temperatury trwałość produktów ulega przedłużeniu. Przy wyższych wynosi ona rzędu kilku dni, przy –30 °C dochodzi ona do pół roku, bądź dłużej.
Stosowane techniki to mrożenie owiewowe, kriogeniczne, fluidyzacyjne, bądź rzadko stosowaną impingement[1].
Sposoby uzyskiwania obniżonych temperatur
[edytuj | edytuj kod]- topnienie – przejście ze stanu stałego w ciekły
- Ciepło potrzebne do przeprowadzenia tego procesu pobierane jest z otoczenia (środowiska chłodzonego). Przykładem jest lód wodny, który był wykorzystywany od tysięcy lat w lodówkach już przez ludzi pierwotnych;
- sublimacja – przejście ze stanu stałego w gazowy
- Temperatura i ciepło sublimacji zależą od ciśnienia. W technice najczęściej wykorzystywany jest zestalony dwutlenek węgla – suchy lód;
- parowanie – przejście ze stanu ciekłego w gazowy (parę)
- Często realizowane jako wrzenie, czyli intensywne parowanie w całej objętości. Temperatura i ciepło parowania zależą od ciśnienia. Wraz ze spadkiem ciśnienia obniża się temperatura parowania. Zjawisko to wykorzystywane jest w urządzeniach chłodniczych sprężarkowych, strumienicowych i absorpcyjnych;
- efekt Joule’a-Thomsona (nie mylić ze zjawiskiem Thomsona i ciepłem Joule’a)
- Ekspansja gazu za pomocą dławienia izentalpowego. W przemianie tej nie wykonuje się pracy zewnętrznej, a ciśnienie obniża się bardzo szybko, tak że podczas procesu nie ma wymiany ciepła z otoczeniem. To zjawisko wykorzystywane jest w używanych powszechnie sprężarkowych urządzeniach chłodniczych;
- rozprężanie gazów
- Ekspansja sprężonego gazu połączona z wykonaniem pracy zewnętrznej powoduje obniżenie temperatury. Zjawisko to jest wykorzystywane w powietrznych urządzeniach chłodniczych oraz w urządzeniach do skraplania gazów;
- efekt Peltiera
- Powstawanie różnicy temperatur pod wpływem przepływu prądu elektrycznego przez złącze złożone z dwóch różnych materiałów;
- efekt Ranque’a – Hilscha
- Zjawisko polegające na ziębieniu wirowym uzyskiwanym w tzw. rurze wirowej. Stosowane do zasilania laboratoryjnych komór chłodniczych, przyrządów hipotermicznych, klimatyzatorów indywidualnych (np. skafandry chroniące przed wpływem wysokich temperatur oraz ciśnień);
- zjawisko desorpcji
- w czasie desorpcji (np. uwalniania gazu przez ciecz) z otoczenia pobierane jest ciepło. Proces ten może być realizowany zarówno w małych urządzeniach (domowe chłodziarki absorpcyjne, pompy ciepła), jak i w dużych urządzeniach chłodniczych o wydajności sięgającej 1000 kW. Bywa używany w urządzeniach laboratoryjnych do otrzymywania temperatur w zakresie pomiędzy temperaturami ciekłego wodoru i ciekłego helu (bez skraplania helu);
- efekt magnetokaloryczny
- Rozmagnesowanie ciał paramagnetycznych wcześniej poddanych działaniu silnego pola magnetycznego, co jest połączone ze spadkiem temperatury.
- termoakustyka
- w wyniku działania fali akustycznej na specjalnie skonstruowanym wymienniku regeneracyjnym wytwarzany jest gradient temperatury
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ a b Barbara Koelblen , Mrożenie owoców i warzyw – mrożenie kriogeniczne oraz metody fluidyzacyjne [online], www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl [dostęp 2017-01-04] .
- ↑ a b Mieczysław Dłużewski , Anna Dłużewska , Technologia żywności: podręcznik dla technikum, Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne, 4 stycznia 2017, ISBN 978-83-02-07976-4 [dostęp 2017-01-04] (pol.).