Evrenimizde ısı ancak yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa doğru tek yöne ilerleyebilir. Ancak buzdolapları, klimalar ve su pınarları adeta evrenin bu temel yasasına meydan okurcasına suyu ve havayı soğutabilir. Su pınarından her su alışımda, bu makinanın suyu nasıl soğuttuğunu merak ederdim. Siz de benim gibi bunu merak ediyorsanız işte cevabı:
Soğutucu
Soğutucuların çalışma prensibi aslında son derece basittir. Soğutulmak istenen nesne, ondan daha soğuk bir nesne ile yan yana getirilir. Böylece daha sıcak olan nesneden daha soğuk olan nesneye doğru ısı transfer olur ve böylece soğutulmak istenen nesnenin ısısı düşer.
Benzer şekilde su pınarının içindeki su, kendisinden daha soğuk bir sıvı ile yan yana geldiğinde, suyun ısısı daha soğuk olan sıvıya transfer olur ve böylece su, başlangıçtaki ısısının bir miktarını kaybeder yani soğur. Gördüğünüz gibi bu basit mekanizmada, ısının yolculuğu evrensel yasalara uygun olarak gerçekleşmektedir. Daha sıcak olandan daha soğuk olana doğru…
Soğutma işinin gerçekleştirilmesinde esas maharet soğutma gazına aittir. Dondurulup kaynatılan bu büyülüyü sıvıya; soğutma akışkanı da denir. En yaygın olarak kullanılanı ise R22’dir. Bildiğiniz gibi su 100 derecede kaynar. R22’nin kaynama derecesi ise -40,8’dir. Buharlaşması da yoğuşması da düşük sıcaklıklarda gerçekleşir ve bütün bu süreçler son derece kolay ve hızlı bir şekilde gerçekleşir. Şimdi bu ilişkileri daha iyi anlamak için suyun bileşenlerinin suyu soğutmak için nasıl kullandığına etraflıca bakalım.
Süreç Nasıl İşler?
Su, soğutucu rezervuara (hazneye) dolar. Bu rezervuar aslında mini bir buzdolabıdır. Rezervuar, soğutucu akışkanın aktığı bobinlerle çevrilidir.
Soğutucu dört ana bileşene sahiptir: kompresör (sıkıştırma aygıtı), yoğunlaşma aygıtı, genleşme valfi ve buharlaşma aygıtı. İlk önce, düşük basınçlı ve düşük sıcaklıkta soğutucu gaz, kompresöre pompalanır. Kompresör, gazı sıkıştırır böylece basınç yükselir. Kompresörün yaptığı, pistonu gazın üzerine iterek, aynı sayıda molekülün daha önce işgal ettiği hacmi sıkıştırarak küçültmektir. Bu da moleküllerin birbiri ile daha şiddetli bir şekilde çarpışmalarına neden olur. Çarpışmalar gazın basıncını ve sıcaklığını yükseltir. Bisiklet pompasını hızlı bir şekilde pompaladığımızda pompanın ısınma nedeni de budur.
Yüksek basınçlı, yüksek ısıdaki gaz daha sonra kondansatöre yani yoğuşma aygıtına iletilir. Kondansetör gazı yoğunlaştırmak için ısısını düşürür. Bunun sağlanabilmesi için gazın içinden geçeceği uzun ve dolambaçlı bobinler kullanılır. Gaz yoğunlaşarak sıvı hale gelir ve bobinler içinde akmaya başlar. Maksimum yoğunlaşmaya ulaşabilmek için tüplerin alanı optimize edilmiştir. Fanın üflemesi ile boruların ısısı biraz daha düşürülür. Tıpkı dilimiz yanmasın diye sıcak bir içeceği içmeden önce üflediğimizde ortaya çıkan etki gibi fanlar da boruların soğumasını sağlar. Çıkan ısı çevreye yayılır. Bu yüzden buzdolabının arkası her zaman bariz şekilde sıcak olur.
Başlangıçta gaz halinde olan madde kondensatörden sonra orta basınç ve ısıda bir sıvı haline gelir. Genleşme spreye benzeyen bir yapıdadır. Kutunun içindeki sıvıya basınç uygulanır ve sıvı kabın ağzından daha düşük basınçlı alana doğru fışkırırcasına yayılmaya başlar. Sıkıştırılmış sıvı böyle bir bölgeye girdiğinde, hemen genişler. Basınçtaki düşüşe neden olan bu genişleme, aynı anda sıcaklıkta bir düşüşe neden olur. (Deodorantların teni soğutma nedeni de budur.) Soğutucu akışkan, valften çıktıktan sonra soğuk, düşük / orta basınçlı bir sıvı haline gelir.
Gelelim son aşamaya yani buharlaşma aşamasına. Buna evaporator yani buharlaşma aygıtı da denir. Klimalarda da bulunan buharlaşma aygıtı, soğutacağı ortamın havasını emer. Bu havanın ısısı soğutucu akışkanın kaynama derecesinden yüksektir. Soğuk soğutucu akışkan buharlaştırıcının borularına girdiğinde klimanın emdiği ılık havaya maruz kalır. Isı tek yöne doğru harekete geçer. Daha sıcaktan daha soğuğa doğru yani havadan akışkan sıvıya doğru böylece akışkan ısınırken hava soğumuş olur. Hava sirkülasyonu ile soğuyan hava ortama salınır.
Bunun yanı sıra su pınarlarının buharlaştırma işi için mutlaka bir mekanik ünite kullanmaları gerekmez. Su pınarlarında genellikle hazneyi çevreleyen bobinler bu işi görür. Soğuk bobinlerdeki ısı, ılık suya aktarılarak suyun soğuması sağlanır.