Soğutma
Maddelerin ya da ortamların sıcaklığının düşürülmesi ya da düşük sıcaklıklarda tutulması işlemine soğutma, bu amaçla kullanılan aygıtlara da soğutucu denir. İçecekleri serin tutmak için kullanılan buz kutularından evlerimizdeki buzdolaplarına; soğuk hava depolarından, mutlak sıfıra ( —273°C) yakın çok düşük sıcaklıkların elde edilebildiği aygıtlara kadar değişen çok çeşitli soğutucular vardır.
Soğutmanın en yaygın bilinen ve uygulanan biçimi, besinlerin buzdolaplarmda soğutularak bozulmadan korunmasıdır. Soğutma tekniğinden tıp ve eczacılık alanlarında, aşı, serum ve antibiyotik gibi maddelerin hazırlanması ve korunmasında; fotoğraf filmlerinin, derilerin ve kürklerin saklanmasında; çeşitli damıtma işlemlerinde, bira, şarap gibi içkilerin mayalanmasında ve daha başka birçok alanda da yararlanılır.
Soğutulmuş besinlerin uzun süre bozulmadan saklanabilmesinin nedeni, bunların içindeki, bozulmaya yol açan bakterilerin düşük sıcaklıklarda çok yavaş üremesi ya da hiç üreyememesidir. 10°C’nin üzerinde bakteriler hızla ürer ve besinin bozulmasına, çürümesine neden olur.
Yapay soğutma yöntemlerinin bilinmediği zamanlarda, insanlar dağlardan getirilen kar ve buzu ısıya karşı yalıtılmış özel bölmelerde saklar ve soğutma için gerektikçe onlardan yararlanırlardı. Besinleri soğukta saklamak için, buz kutusu denen ve üst bölümüne buz, alt bölümüne besinlerin konduğu, ısıya karşı yalıtılmış kutular kullanılırdı. Kutuya konan besinlerden ısı soğurarak (emerek) ısınan hava yükselerek buz bölmesine çıkarken, üstte buzun çevresinde soğuyan hava da ağır olduğu için aşağıya, besinlerin bulunduğu bölmeye inerdi. Böylece kutudaki buz bütünüyle eriyene kadar besinler soğuk bir ortamda korunmuş olurdu. Ama bu yöntemle 0°C’nin altındaki sıcaklıklara inilemezdi.
Soğutucuların çoğunda, bir sıvının buharlaşırken çevresinden ısı soğurması olgusundan yararlanılır. Örneğin, avucumuza bir miktar metil alkol döksek avucumuz hemen soğur; çünkü metil alkol hızla buharlaşırken avucumuzdan ısı emer. İşte soğutucularda da, uygun bir sıcaklıkta sıvı halden buhar (yani gaz) haline geçebilen ve sonra tekrar gaz halinden sıvı hale dönüşen benzer soğutucu maddelerden yararlanılır. Soğutma sistemlerinde en yaygın kullanılan soğutucu madde, -33°C’de buharlaşan amonyaktır. Günümüzde başka soğutucu maddeler de kullanılır. Kükürt dioksit, metil klorür, karbon dioksit ve metanın klor ve flüor gazlarıyla oluşturduğu bileşikler olan freonlar bunlardan bazılarıdır. Öte yandan, iyi karıştırıldıkları zaman ısı soğuran bazı maddeler de vardır. Örneğin su ile amonyum nitratın karıştırılmasıyla -15°C; buz ile sodyum klorürün (tuz) karıştırılmasıyla —21°C; sodyum nitrat ile seyreltik nitrik asit karıştırılarak -25°C ve buz ile kalsiyum klorür karıştırılarak —55°C sıcaklık elde edilebilir.
1748’de Glasgow Üniversitesi’nde William Cullen, kapalı bir kapta vakum oluşturup etil eteri buharlaştırarak ilk yapay soğutmayı gerçekleştirmişti. 1823’te ise Michael Faraday amonyağı basınç altında sıvılaştırmayı başarmış ve böylece soğutucu yapımı için büyük bir olanak yaratmıştı. Ama bu tür ilk soğutucuyu 1834’te Jacob Perkins yaptı. İlk modern soğutucular 19. yüzyılın ikinci yarısında ortaya çıktı; ama bunlar ancak 20. yüzyılın başlarında yaygın olarak kullanılmaya başlandı.
Soğutucular, uygulanan yönteme bağlı olarak başlıca iki gruba ayrılır: Sikıştırmalı soğutucular ve soğurmalı soğutucular.
Sıkıştırmalı Soğutucular
Buhar sıkıştırmalı soğutucular en basit soğutucu türleridir. Evlerde kullanılan buzdolapları
da genellikle bu tipten soğutuculardır. 1870’lerde Alman bilim adamı Cari von Linde’nin geliştirdiği bu sistem aynı zamanda en eski soğutma sistemidir.
Küçük bir sıkıştırmalı soğutucuda, örneğin evlerde kullanılan buzdolaplarında, besinlerin konduğu bölümün dışındaki bir bölüme yerleştirilmiş bir elektrik motoru ile onun çalıştırdığı bir kompresör vardır. Kompresör soğutucu madde olarak kullanılan gazı, örneğin amonyağı, tıpkı bir bisiklet pompası gibi emer ve sıkıştırır. Kompresör gazı sıkıştırırken, gene bisiklet pompasında olduğu gibi ısınır. Böylece ısınan gaz, kompresörden buzdolabının arkasındaki yoğunlaştıncıya gönderilir; yoğunlaştırıcı, sarmal biçimli ya da çok kıvrımlı bir borudan oluşur. Yoğunlaştırıcı açıkta olduğundan, içindeki gazın ısısı havaya geçer ve böylece borunun içindeki gaz soğur ve yoğunlaşarak tekrar sıvı hale dönüşür. Bazen yoğunlaştırıcının yanına konulan bir pervane, borunun kıvrımları arasından sürekli olarak hava üfleyerek soğumayı hızlandırır.
Yoğunlaştırıcıda sıvı hale gelen soğutucu madde küçük bir memeden buharlaşma borusuna püskürtülür. Buharlaşma borusu, buzdolabının buzluğunun çevresinde yer alan çok kıvrımlı, geniş bir borudur. Buharlaşma borusu daha geniş olduğundan, içindeki basınç da daha düşüktür; bu nedenle buraya püskürtülen sıvı soğutucu madde genleşir ve buharlaşarak tekrar gaz haline dönüşür. Ama buharlaşma sırasında da çevresinden ısı soğurarak buharlaşma borusunu ve buzluğu soğutur. Kompresör, buharlaşma borusundaki gazı emerek tekrar sıkıştırır ve gene yoğunlaştırıcıya gönderir; bu çevrim böylece sürer gider.
Soğutucularda sıcaklığın belirli bir düzeyde tutulabilmesi için genellikle bir termostattan yararlanılır. Termostat, istenen herhangi bir sıcaklıkta çalışacak biçimde ayarlanabilen bir anahtardır (şalter). Buzluğun içindeki sıcaklık termostatın ayarlandığı sıcaklığın üstüne çıkarsa anahtar kapanır ve motor çalışmaya başlar. Buzluktaki sıcaklık termostatın ayarlandığı sıcaklığın altına düşünce anahtar açılır ve motor durur. Böylece soğutucu içindeki sıcaklık istenen düzeyde kalır.
Soğurmalı Soğutucular
Soğurmalı soğutucuların yapısı sıkıştırmalı soğutucularınkinden çok farklıdır. Bu soğutucularda da amonyak kullanılır, ama gazı emen bir kompresör yoktur. Onun yerine, suyun amonyağı soğurma (emme) özelliğinden yararlanılır. 1 litre suda 1.000 litre amonyak gazı çözünebilir. Soğurmalı soğutucularda soğutucu madde olarak amonyağın sudaki çözeltisi kullanılır. Bu çözelti elektrikle ya da
bir yakıtla ısıtılır. Isınan çözeltiden çıkan amonyak gazı yoğunlaştıncıda sıvı hale gelir. Sıvı amonyak buharlaşma borusuna gider. Orada genleşerek buharlaşır ve buharlaşırken çevreden ısı söğurur. Daha sonra oradan çıkan amonyağı su tekrar soğurur ve bu çözeltinin ısıtma kazanına gitmesiyle başlangıç
noktasına dönülmüş olunur. Aynı olayın yinelenmesiyle yeterli sıcaklık düzeyi sağlanana kadar soğutma sürer.
Motoru, kompresörü, hareketli bir parçası olmadığı için soğurmalı soğutucular sessiz çalışır. Ayrıca, elektrik enerjisinin bulunmadığı yerlerde de bu tür soğutucular kullanılabilir. Soğurmalı sistemin bu üstünlüklerine karşılık, sıkıştırmalı sistemin üstünlüğü daha yüksek verimli olmasıdır.
Derin Dondurma
Besinleri birkaç gün taze olarak saklamak için serin bir ortam yeterlidir. Buzdolabının içindeki 1°C ile 7°C arasındaki sıcaklık buna uygundur. Ama daha uzun süre saklanacak besinleri dondurmak gerekir. — 12°C ile —23°C arasında dondurulmuş olan besinler altı ay ya da daha uzun bir süre bozulmadan saklanabilir. Bu tür çok düşük sıcaklıklarda saklamaya derin dondurma denir. (Bazen kullanılan “dipfriz” sözcüğü de dilimize, “derin dondurucu” anlamına gelen İngilizce deepfreeze sözcüğünden aktarılmıştır.) Besinlerin dondurulması sırasında dikkat edilmesi gereken nokta, dondurma işleminin hızla yapılmasıdır. Yavaş yavaş dondurulan bir besin maddesinin içinde oluşan büyük buz kristalleri, et, balık, meyve, sebze gibi maddelerin yapısını bozar. Hızlı dondurma sırasında ise buz kristalleri büyüyemez; oluşan küçük kristalleri de çözülme sırasında besin maddesi soğurur. Bu nedenle derin dondurma yapabilen soğutucularda hızlı soğutma için özel bir bölüm vardır.
Erimiş bir parça dondurmayı buzdolabının buzluğunda yeniden dondurarak hızlı ve yavaş dondurmanın farkını görebiliriz. Yeniden donan dondurma, içinde oluşan iri buz kristalleriyle, pürüzlü bir yapı kazanır. Bu, dondurmanın başlangıçtaki pürüzsüz, kaygan, kadifemsi yapısından tümüyle farklıdır.
Üretim aşamasında dondurularak pazarlanan besinler, taşıma ve pazarlama aşamasında ve tüketileceği zamana kadar donmuş olarak kalmalıdır. Çünkü, dondurulmuş bir besin maddesi bir kez çözüldüğünde çok çabuk bozulur. Ayrıca dondurularak pazarlanan besinlerin ambalajları buz kristallerinin süblimleşme'sini (yani katı halden doğrudan doğruya gaz haline geçmesini) önleyecek kadar kalın olmalıdır. Bu yapılmazsa dondurulmuş besinler suyunu kaybedip kuruyabilir.
Kuru Buz
Günümüzde soğutma amacıyla çok kullanılan kuru buz, amonyak üretimi sırasında bir yan ürün olarak elde edilen katı karbon dioksittir. Katı karbon dioksit sıvı hale geçmeden süblimleşir, böylece ardında herhangi bir atık bırakmaz; ayrıca sıcaklığı —78,5°C’dir, yani 0°C’nin çok altındadır. Bu özellikleri nedeniyle kuru buz soğutmada kullanılmaya çok uygun bir maddedir. Dondurulmuş besin
maddelerinin taşınması sırasında kuru buz kullanıldığı zaman, soğutmanın yanı sıra kuru buzun süblimleşmesiyle oluşan karbon dioksit gazı da besinlerin çevresini sararak onları havadaki bakterilerden korur. Kuru buzla korunan yumurtalar da gene aynı nedenle başka soğutucularda saklananlara oranla çok uzun bir süre taze kalır. Çiçekçiler de kuru buz kullanarak oluşturdukları karbon dioksit atmosferinde gül tomurcuklarının açmasını üç gün geciktirebilirler.
Dondurarak Kurutma
Besin maddelerinin korunmasında uygulanan bir başka yöntem de dondurarak kurutmadır. Bu işlem besinlerin vakum ortamında hızla dondurulması yoluyla gerçekleştirilir. Bu ortamda oluşan küçük buz kristalleri süblimleşir ve çıkan su buharı alındığı zaman, besin maddesinin suyu alınmış olur. Hızla soğutulduğu için iri buz kristalleriyle yapısı bozulmamış olan besin maddesi, tüketileceği zaman yeniden sulandırılır. Bu yöntem ilk kez, taze kahve çekirdeği tadı hiç bozulmadan kurutularak, içileceği zaman sıcak suda kolayca eriyebilen kahvenin yapımında kullanıldı. Daha sonra, derin dondurucuya gerek olmadan dolapta ambalajı içinde saklanabilen hazır yiyeceklerin üretiminde kullanıldı
Klimalar
Evlerin ya da taşıt araçlarının içini serinleten klima aygıtlarında da soğutuculardan yararlanılır. Dışarıdaki havadan aldığı ısıyla yapıların içini ısıtan ısı pompaları da soğutucularla aynı ilkelere dayalı olarak çalışır. Ama soğutucuların tersine, bu kez ısının alındığı yer açık hava, ısının verildiği yer ise kapalı bir bölmedir.
