Soğutma Nedir, Soğutma Teknikleri Nelerdir, Kullanım Alanları
Soğutma, yapay araçlar aracılığıyla bir cismin sıcaklığının düşürülmesi.
İlk insanlar, besinlerin soğuk havalarda daha iyi korunduğunu anlamışlar, sıcaklığın yıl boyu hemen hemen sabit kaldığı mağaralarına soğuk mevsimde testereyle kesilmiş buz parçalarını depolamayı tasarlamışlardı. Rönesans’tan çok önceleri buzların yerleştirileceği “buz kuyuları” yapmış, daha sonraları, dövülmüş buza tuz ya da potasyum nitrat karıştırılarak buz sıcaklığının düşürülebileceği görülmüştü.
Fransız mühendisi Ferdinand Carre’nin bulduğu soğutucuysa 1857’de Londra Evrensel Fuarı’nda sergilendi. Bu makine, belli bir enerji karşılaştığında sürekli buz üretimini sağlıyordu (gerçekten de termodinamiğin ikinci ilkesi, enerji harcama koşuluyla bir cismin sıcaklığını ortam sıcaklığından daha düşük değere indirmenin olanaklı olduğunu açıklamaktadır). Yapay araçlarla soğuk üretimi işte bu tarihten başlayarak büyük bir hızla gelişti.
Bir cismi soğutmak için, ondan ısı almak gerekir. En sık kullanılan soğutma teknikleri, cismin hal değişiminden kaynaklanan gizli ısının soğurulmasına dayanır: Katı halden sıvı hale geçiş (ergime); katı halden gaz haline geçiş (süblimleşme); sıvı halden gaz haline geçiş (buharlaşma). Bu değişim sabit sıcaklıkta gerçekleşir ve daha üst bir sıcaklıkta bulunan bir cismin soğutulmasını sağlar. Söz gelimi, bir kilogram buzun ergimesi 80 kilokalori soğurur. Dolayısıyla, ilkece, 8 derece sıcaklıktaki 10 litre suyun 0 dereceye kadar soğutulmasına olanak tanır. Soğutucu karışımların kullanımı, her bir bileşenin ergime sıcaklığından daha düşük bir sıcaklığa erişilmesini sağlar. Söz gelimi, bir kilogram deniz tuzu ve iki kilogram buzdan oluşan bir karışım -21 dereceye inilmesini sağlar. Kalsiyum klorür ve buz karışımıyla -45 derece ulaşabilir. Bir katının süblimleşmesi sırasında da ısı soğurulur. Örneğin karbon dioksit karı (katı karbonik anhidrit) atmosfer basıncında -78,5 derecede süblimleşir. Suyu, bir kuru hava akımı içine fışkırtarak soğutma olanağı da vardır. Nitekim, su buharıyla yüklenen hava akımı suyun ısısının bir bölümünü soğurur (buharlaşmış her su kilogramı için 539 kkal). Böylelikle su, nemli havanın sıcaklığına kadar soğutulur. Bu ilke sanayide, soğutma kulelerine uygulanır ve su tüketimi böylece büyük ölçüde azaltılmış olur.
Soğutucularla Soğutma olayı, kaynama notası oldukça düşük (amonyak için -33,3 derece, freon 12 için -29,8 derece, R22 için -40,8 derece) olan sıvıların buharlaşma ısısının soğurulması ilkesine dayanır. Bu soğutma yöntemi en çok -150 derece ile 0 derece arasındaki sıcaklıklarda uygulanır. Sıkıştırmalı makinelerde, gaz kondansatöre geçmeden sıkıştırılır; böylece uygun bir sıcaklıkta sıvılaşma sağlanır. Bu durumda soğutma için gerekli olan enerji, sıkıştırıcı tarafından sağlanır. Soğurmalı makinelerde, gazlar, buharlaşmadan sonra, bir çözücüde çözündürülür; gazın yeniden elde edilmesi için çözücünün ısıtılması yeterlidir. En çok kullanılan karışım, suda çözünmüş amonyaktır. Soğurmalı makinelerde döner parça yoktur. Soğutma için gereken ısı enerjisi herhangi bir ısı kaynağından sağlanabilir: Elektrik, gaz ya da Güneş ışınları.
Çok Düşük Sıcaklıkların Üretimi
Çok düşük sıcaklıkların elde edilmesi için, sıcaklıkları oldukça az olan, söz gelimi azot (-196 derece) gibi akışkanlardan yararlanmak gerekir. Sıvı hidrojenle 14 K’e (-259 derece), helyumla da 1 K’e (-272 derece) erişilebilir. Ayrıca adiyabatik mıknatıslık giderimi ve nükleer mıknatıslık giderimi yöntemleriyle aşağı yukarı mutlak sıfıra (10^-6 K) erişilmektedir. Soğutma yöntemlerinin kullanım alanları çok geniştir: Besin maddelerinin korunması; kan ve dokuların saklanması; havalandırma aygıtları; sanayi uygulamaları (çözücü özütlenmesi, damıtma ve ayrımlı sıvılaştırma); uzay uygulamaları (sıvı prepergol üretimi); çeşitli bilimsel araştırmalar; vb.