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LABORATORIO CIENTÍFICO INFANTIL
Cómo prescindir del freón. Laboratorio de ciencias para niños
Directorio / Laboratorio de ciencias para niños ¿Sabes qué es el freón? Estamos seguros de que después de leer esta pregunta, lo primero que recordarás son los frigoríficos. Y si profundizas en tu memoria, recuerda lo de los agujeros de ozono. La conexión entre ellos es directa: cuanto más freón escape de las unidades defectuosas, mayor será la amenaza para la capa de ozono del planeta. Pero, desafortunadamente, aún no es posible eliminar por completo el uso del freón. Después de todo, hay más de mil millones de refrigeradores en la tierra ... Sin embargo, están buscando apresuradamente un reemplazo para la sustancia nefasta: un gas que podría actuar como refrigerante. Mientras tanto, se conocen desde hace mucho tiempo máquinas de refrigeración que utilizan la sustancia más inofensiva y barata: el aire. ¿Por qué se olvidan?
Resulta que no todo es tan simple. Recuerda que cuando un gas se comprime, se calienta y cuando se expande, se enfría. Estos dos hechos son suficientes para comprender cómo funciona una máquina de refrigeración según el método propuesto por Joule. La figura muestra uno de muchos de estos diseños. Mire: dos cilindros están "plantados" en una manivela. El izquierdo, compresor, comprime aire, el derecho, expansión, funciona con aire comprimido (no mostramos detalles como válvulas y carretes). Entonces, una porción de aire se comprime en el cilindro izquierdo. Al mismo tiempo, hubo un aumento en su energía interna: la temperatura y la presión aumentaron. Pero para que se enfríe, es decir, que la temperatura sea más baja que la del ambiente, se debe tomar energía interna del aire. Haz esto en dos pasos. Primero, se envía aire al intercambiador de calor. (En este diseño, este es un tubo soplado por un ventilador). Aquí el aire se enfría a una temperatura cercana a la temperatura ambiente. Tenga en cuenta que su presión no cambia. A continuación, una porción de aire ingresa al cilindro de expansión, donde realiza un trabajo físico y se enfría a una temperatura inferior a la del ambiente. El aire frío es empujado hacia el compartimiento del refrigerador durante la siguiente carrera del pistón. Está claro que debido al trabajo realizado durante la expansión del aire, se devuelve parte de la energía gastada en su compresión y la máquina en su conjunto se vuelve más económica. Parece que todo está bien. Sin embargo, las máquinas de refrigeración por aire que funcionan según este principio se utilizan de forma más ventajosa para obtener temperaturas inferiores a -90 °C. En los frigoríficos domésticos no se necesitan estas temperaturas. Mientras tanto, como muestra la práctica, cuando se recibe un frío moderado, el cilindro de expansión devuelve solo una parte insignificante de la energía gastada en comprimir el aire. Entonces, ¿tal vez dejar de usarlo por completo? Si lo desea, la máquina de refrigeración se simplifica enormemente, convirtiéndose en un dispositivo que no contiene partes móviles. Aquí está una de las opciones: el llamado tubo de vórtice, diseñado en 1931 por J. Rank. Se configura de manera bastante simple. El aire se bombea desde la izquierda (ver diagrama), y los "milagros" comienzan en el vórtice resultante. Su parte exterior, calentándose, se mueve hacia la derecha y, al encontrarse con un inserto cónico, sale. Pero no salen todos. Aproximadamente un tercio del aire regresa (el flujo va en dos capas) y, enfriándose cada vez más, ingresa al ramal izquierdo para el aire frío. ¡La caída de temperatura puede alcanzar unos 85 grados!
Parece que se ha encontrado una salida, pero, lamentablemente, el consumo de energía de los tubos de vórtice es inaceptablemente alto. Por lo tanto, se usan solo donde el bajo peso y la confiabilidad son más importantes, y el aire comprimido es abundante, como, por ejemplo, en la aviación. Tubos pulsantes más perfectos. Así es como funciona el dispositivo, propuesto en 1962 por el especialista en bajas temperaturas Gifford. Imagina una tubería con dos grifos. En su extremo sordo hay un intercambiador de calor. En nuestro caso (ver fig.) se trata de un serpentín a través del cual fluye agua. Si abre la válvula superior por un momento, una porción de aire entrará en la tubería y comenzará a expandirse a una velocidad supersónica. Este fenómeno, conocido como "onda de choque", solía ser de interés solo para los creadores de tecnología espacial y de cohetes, pero, como puede ver, de repente encontró una aplicación más prosaica. Entonces, la onda de choque, que se propaga en la tubería, comprime el aire frente a ella. Por compresión, se calienta y cede el exceso de calor al agua. Si abre el segundo grifo, el aire enfriado comenzará a expandirse y su temperatura disminuirá significativamente. Este es el diagrama de flujo del proceso.
En los dispositivos más simples, como la tubería descrita, surgieron muchos efectos secundarios que hicieron que el trabajo fuera antieconómico. Pero parece que se ha encontrado una solución. La empresa de Moscú "Novid-Ecoholod" como resultado de más de diez años de investigación realizada bajo la dirección de Ph.D. B. G. Kuznetsova, llevó la pipa pulsante a una perfección muy alta. En la versión moderna, esta es una tubería de sección transversal variable, cuyas dimensiones y proporciones corresponden completamente al mejor flujo del proceso de enfriamiento. La capacidad de encontrarlos correctamente es el principal secreto de la empresa. Igualmente importante es el carrete giratorio, uno de los componentes del sistema que mejor gestiona los procesos. Los enfriadores de aire fabricados por Novid-Ecoholod son capaces de entregar un chorro de aire frío con una temperatura de -60 °C e inferior. Con su ayuda, es especialmente conveniente congelar rápidamente productos en un transportador en movimiento. La velocidad en este caso no es solo conveniencia. También hay una nueva cualidad aquí. Los biólogos han notado durante mucho tiempo que el enfriamiento muy rápido no destruye los tejidos vivos. Los lagartos pequeños, por ejemplo, después de eso pueden volver a la vida incluso unos años más tarde, y los crustáceos muy pequeños que se han sometido a tal procedimiento en condiciones naturales logran despertar después de ... ¡un sueño de mil años! ¡Así que no sorprende que los alimentos ultracongelados se vean frescos en la mesa! La firma "Novid-Ecoholod" recibe sin mucha dificultad incluso menos 120 ° C de sus refrigeradores. El resultado es curioso. Los cadáveres de carne, por ejemplo, se pueden almacenar fácilmente en un vagón no equipado hasta por siete días, y si el vagón está provisto del aislamiento térmico más simple, entonces los diez. Hay otras ventajas también. Todos deben haber visto cómo decenas de metros de tuberías de metal helado se extienden a lo largo de las paredes de la cámara de refrigeración de un almacén o tienda común, a través de las cuales circula el freón. Este no es el caso con un enfriador de aire. Y sí, es de tamaño pequeño. Puede entregarlo e instalarlo en casi cualquier lugar. El chorro de aire frío de la máquina se puede dirigir a cualquier lugar. Por ejemplo, la figura muestra un almacén hinchable para verduras perecederas, repartido en pleno campo. Los beneficios de una instalación de este tipo resultan especialmente evidentes, dado que con una cosecha abundante, hasta el 80% de los productos suelen morir en el campo. Dada la gran demanda de este tipo de equipos, la empresa ya ha construido varias instalaciones para la congelación rápida de pescado en barcos pesqueros. Por cierto, debido a la falta de tales instalaciones en nuestro país, ¡ahora se pierde hasta el 50% del pescado capturado!
Ahora unas palabras sobre la eficiencia de los enfriadores de aire en relación con la industria alimentaria. Es útil para un futuro propietario de una tienda o agricultor comprender la diferencia entre las cifras de desfile, que generalmente se dan en las características de los refrigeradores de freón, y lo que se obtiene en la práctica. El caso es que se suelen probar con tuberías limpias que aún no han tenido tiempo de cubrirse con una costra de hielo. En estas condiciones, durante las primeras horas de funcionamiento, los refrigeradores de freón "demuestran" su excepcional eficiencia. Sin embargo, las tuberías se cubren de escarcha y hielo. Durante un mes de funcionamiento de la cámara frigorífica llena de productos, el grosor del "abrigo de piel" aumenta tanto que el consumo de energía aumenta entre 1,5 y 2 veces. No hay tales tuberías en los enfriadores de aire y no hay problemas similares. Por lo tanto, para el almacenamiento a largo plazo, los enfriadores de aire no tienen rival en términos de economía. Autor: A. Vargin
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