تاریخچه تبرید

تاریخچه تبرید

اغلب غذاها و مواد خوراکی در دمای محیط به علت رشد سریع باکتریها فاسد می گردند. آدمی از زمانهای بسیار دور به این موضوع پی برده و بدین جهت سعی برآن داشت که از روشهای مختلف برای سرد نگه داشتن موادغذایی استفاده نماید. به عنوان مثال مواد غذایی خود را در چاهها ویا غارهای سرد ذخیره می نمودند. در این جهت ازیخ طبیعی ویا برف فشرده شده سود می بردند آنها را در فصول سرد جمع آوری و در فصول گرم سال مورد استفاده قرار می دادند .

مصریان قدیم نیز از روش سرد کردن آب استفاده می کردند.بدین شکل که آنها مواد غذایی خودرا در داخل ظروف سفالی پر از آب قرار می دادند. آب موجود درآن به تدریج از میان دیواره های متخلخل ظرف به سمت خارج نفوذ کرده و در سطح آن تبخیر که خود نیز باعث سرد شدن کوزه و محتویات داخل آن می گشت . بیشتر کپکها ،مخمرها وباکتریها احتیاج به محیطی گرم برای رویش و تکثیر دارند.با سرد نگه داشتن مواد غذایی در دماهای پائین می توان رویش وتکثیر آنهارا به تأخیر انداخت . د رحال حاضر با یک سیستم تبرید مناسب می توان این کاهش دما را به وجود آورد . از دیگر استفاده های یک سیستم تبرید می توان از بکارگیری آن در تهویه مطبوع ،سرد سازی میعات کنترل رطوبت ، ودر بعضی از فرآیندها ی تولید نام برد .
صنعت تبرید در طول قرن هجدهم اهمیت تجاری یافت . در ابتدا تولید برودت با استفاده از یخ صورت می گرفت . یخ در طول فصل زمستان از دریاچه ها و منابع دیگر بریده و در اطاقهای عایق شده یا جعبه های یخ برای استفاده در رستورانها و منازل ، در طول قرن نوزدهم رایج گردید. قابل ذکر است که یخ مصنوعی به طور آزمایشی در سال 1820 ساخته شد . ولیکن تا سال 1832 تولید یخ مصنوعی صورت نگرفت .
در همان دوران یک دانشمند انگلیسی دمای مقداری گاز آمونیاک تحت فشار را پائین برد وآن را تبدیل به مایع کرد. سپس با آزاد سازی فشار ظرف محتوی مایع آمونیاک ، مایع به سرعت به جوش آمده وبه گاز تبدیل گردید.
هنگامی که مایع درحال جوشیدن بود گرمای محیط اطراف خود را جذب می نمود . با مشاهده و کشف این موضوع ، اهمیتی شگرف در توسعه تجهیزات تبرید مدرن به وجود آمد . یک مهندس آمریکایی به نام جاکوب پرکینز(Jacob Perkins) مخترع دستگاهی بود که پیشرو سیستمهای تراکمی مدرن امروزی می باشد . درسال 1855برای اولین بار یک مهندس آلمانی مکانیزم تبرید جذبی را به وجود آورد. البته اصول سیستم فوق درسال 1824 توسط میشل فارادی (Michel faraday) کشف شده بود. یخچال خانگی که به صورت مکانیکی عمل می نمود اولین بار در حدود سال 1910 به وجود آمد . در سال 1913 توسط جی. ام . لارسن (J.M.Larrsen) ماشین خانگی که به صورت دستی عمل می نمود ابداع گردید. در سال 1918 نیز اولین یخچال اتوماتیک توسط کارخانه کلوینائور Kelvinator به بازار آمریکایی ارائه گردید. در آن سال 67 دستگاه تولید و به فروش رسید . از آنجایی که کار این نوع یخچالها از جعبه های یخ بهتر و راحتر بود ، تقاضا برای اینگونه دستگاهها هر روزه بیشتر گردیده است ، به طوریکه درحال حاضر نیز هرساله دهها میلیون یخچال تولید می شود. اولین دستگاههای یخچال اتوماتیک از نوع بسته در سال 1928 توسط جنرال الکتریک General Electric تولید گردید . البته در سال 1927دستگاه اتوماتیک خانگی از نوع جذبی توسط Electroluxارائه گردیده بود و در همانسال نیز دستگاههای تبرید اتوماتیک جهت استفاده در تهویه مطبوع ارائه شد. صنایع مدرن انجماد مواد غذایی نیز از حدود سال 1923 توسعه یافته است . تهویه مطبوع اتومبیلها نیز از اواخر سال 1930 آغاز و به صورت سریع رشد نمود در سال 1935 توسط Frederick Mckinley jones سیستم تبرید اتوماتیك برای كامیونهای كانتینردار ارائه گردید.
عملاً ازسال 1940 تمامی دستگاههای خانگی از نوع بسته بودند. دستگاههای تجاری نیز بصورت مناسب ساخته و مورد استفاده قرار گرفتند . دستگاههای فوق قابلیت تبرید سیستمهای بزرگ تجاری نگهداری موادغذایی ، تهویه مطبوع ، سالنهای بزرگ تجاری و نگهداری مواد غذایی ، تهویه مطبوع سالنهای بزرگ ، و تولید دماهای پائین که در برخی از سیستمهای تجاری مورد استفاده واقع می شد را داشتند .
این رشته از صنعت همراه با پیشرفت علم وتکنولوژی متحول شده و نتیجه تمامی تلاشهای فوق آن چیزی است که آنرا به عنوان سیستمهای تبرید مدرن می شناسیم و از آن در قسمتهای مختلف بهره می جوییم .

- در کتابهای چین از چگونگی نگهداری یخ مطالبی بدست آمده ، روسها ویونانیها برف را در انبارها نگهداری می کردند .
- تاریخ پیدایش تجارت برودت از سالهای 1810 تا 1850 .
- در 1880 کارخانه یخ مصنوعی ساخته شد.
- اولین ماشین تبرید درسال 1834 درانگلستان ساخته شد.
- در سال 1851 یک آمریکایی ماشین یخسازی ساخت که هوا بجای مبرد استفاده شده بود.
- در اوائل سال 1890 تبرید مصنوعی رواج یافت وسیستم تبرید تراکمی وسیستم جذبی در کشورهای مختلف مورد استفاده قرار گرفت .
- در سال 1903 انجمن ماشین آلات ودر سال 1904 انجمن مهندسین ومتخصصین بوجود آمد.
- 1905 ثبت کمپرسور دو زمانه .
- 1915 اولین کمپرسور مدرن ساخته شد.
- 1940 به بعد دستگاههای تبرید صنعتی وخانگی به میزان قابل توجهی تولید گردید.

موارد استفاده از تبرید

الف)مواد غذایی
-1نگهداری مواد غذایی در سردخانه وعرضه به بازاردر فصول مختلف
2- منجمد کردن مواد غذایی مثل گوشت
3- پاستوریزه کردن و نگهداری شیر وتهیه وتوزیع بستنی
4- خشک کردن مواد غذایی

ب) صنایع شیمیایی
1- جداکردن گازها
2- تقطیر گازها
3- رطوبت گیری از هوا
4- جامد سازی ماده از محلول
5- نگهداری مایع در فشار کم
6- دفع حرارت در تحولات شیمیایی
7- خنک کاری موتور وسایل نقلیه
8- ...

ج) مصارف خاص
1- سرد کردن فلزات تا حدود F 125 – به منظور عملیات سخت کردن آنها است.
2-درحرفه داروسازی برای تهیه داروهای مختلف بخصوص برای نگهداری خون با گروهای مختلف.
3- در سالنهای اسکی روی یخ که با عبور ماده سرمازا از داخل لوله ها ئیکه در کف سالن جاسازی شده اند آب موجود در کف سالن منجمد می گردد.
4- در ساختمانها ی بتنی ،بخصوص در ایجاد سدها نیز از اعمال سرد کردن بتن قبل از بتن ریزی یعنی کم کردن حجم آن ودر نتیجه فشردگی بیشتر ذرات در همدیگر و استحکام ومقاومت سد درمقابل فشار ولرزش و...
5- شیرین کردن آب دریا که از ضروریات زندگی است .انجماد آب شور دریا وجدا شدن نمک از یخ وآب کردن مجدد یخ وتبدیل آن به آب شیرین.
6- تهیه یخ توسط دستگاههای یخ ساز

د)استفاده در تهویه ساختمانها
1- درتابستان برای تولید سرمایش درمنازل از کولر آبی بهره می گیرند.
2- تهویه صنعتی نیز بعنوان ک امر حیاتی درکارخانجات و آزمایشگاهها مورد نیاز می باشدکه درآنجا نیز قسمت عمده عملیات بخصوص در فصول گرم با دستگاههای تبرید خواهد بود.

روشهای مختلف تولید تبرید

1- افزایش درجه حرارت مبرد
یکی از روشهای جذب حرارت از ماده تماس دادن آن با یک ماده سرد دیگر است که در اینجا مبرد نامیده می شود.
مانند : سرد کردن چای داغ ،سیستم خنک کاری وسایل نقلیه

2- انبساط مایع یا کاهش فشار مایع
انبساط مایعات باعث تقلیل درجه حرارت آنها می شود مخصوصا اگر انبساط با تغییر حالت مایع به بخار همراه باشد نقصان درجه حرارت قابل توجهی حاصل می گردد.
مانند: افزایش دمای جوش در سیستم خنک کاری خودرو به دلیل افزایش فشار

3- افزایش حجم گاز یا کاهش فشارگاز
اگر از مخزن بسته ای گازی را در محیطی با فشار کمتر رها کنیم کاهش درجه حرارت در مخزن تحت فشار حاصل می شود چنانچه هوا را با فشار محیط به داخل مخزنی که تحت خلا می باشد وارد کنیم عکس عمل قبلی اتفاق می افتد به این معنی که درجه حرارت هوا در داخل مخزن پس از توازن فشار بیشتر از درجه حرارت هوای محیط می گردد.
مانند : عملکرد موتور دیزل

4- انبساط یک گاز در جریان ثابت
در یک جریان ثابت وقتی یک گاز منبسط شود کاهش درجه حرارت بوجود می آید مقدار افت درجه حرارت ممکن است جزئی ویا قابل توجه باشد که بستگی به وضعیت محل انبساط خواهد داشت

5- تغییر فاز

الف) تصعید
تغییر حالت از جامد به بخاررا تصعید میگویند ومقدار حرارت جذب شده را ”حرارت نهان تصعید“گویند.
در تصعید جسم از حالت جامد بدون گذشتن از مرحله مایع مستقیما به حالت بخار در می آید معمولا عمل تصعید نسبت به عمل ذوب و تبخیر در فشار پایین تری انجام میگیرد.
مانند :برودت یخ خشک می باشد ودر اثر گرم شدن در فشار اتمسفر مستقیما از جامد به بخار تبدیل می شود یخ خشک در F 109- تصعید و در نتیجه حرارت محیط خود را جذب می نماید ویک مبرد خوب برای درجات حرارت پایین می باشد.
بهترین راه برای خشک کردن مواد غذایی منجمد شده می باشد.

ب) ذوب
تغییر حالت از جامد به مایع را ذوب ومقدار حرارت جذب شده بوسیله مبرد را ”حرارت نهان ذوب“ گویند .
مانند : یخ

ج) تبخیر
تغییر فاز از حالت مایع به بخار را تبخیر ومقدار حرارت جذب شده را ”حرارت نهان تبخیر ”گویند . ایجاد برودت بوسیله این تغییر حالت معمولترین روش در تبرید بوده واساس کار سیکلهای تبرید تراکمی را تشکیل می دهد.

6- عملیات الکتریکی

الف)میدان مغناطیسی
تبرید مغناطیسی عملی است که برای رسیدن به درجه حرارت صفر مطلق بسیار مفید بوده وبه کار میرود.
اگر جسمی باخواص مغناطیسی، درجریان مغناطیسی قرار گیرد درجه حرارت جسم افزایش می یابد واگر اطراف این جسم را هلیوم احاطه کرده باشد حرارت سریعا بوسیله هلیوم دفع شده ودر درجه حرارت یک درجه کلوین می جوشد.
از آن پس جسم در درجه حرارت k 001/0 صفر مطلق غوطه ور می گردد.

ب) ترموکوپل
اتصال دو فلز غیر همجنس در دو نقطه که اگر این دو نقطه را در درجات حرارت مختلف قرار دهیم جریان الکتریکی ضعیفی بر قرار می شود البته عکس قضیه هم صادق است ،یعنی اگر در یک مدار ترموکوپل ،اختلاف ولتاژایجاد شود ،در یکی از نقاط اتصال افزایش درجه حرارت ودر نقطه دیگر کاهش درجه حرارت حاصل می گردد.

از این روش در آزمایشگاهها ووسایل تبرید غیر تجارتی استفاده می شود.

7- با استفاده از نازلهای مماسی هوا