مقدمة

علم التبريد هو العلم الذي يدرس درجات الحرارة المنخفضة، و يستخدم في ذلك غازات مسيلّة مثل النتروجين السائل أو الهليوم السائل. ويعتبر التبريد من أهم متطلبات الحياة, حيث لا يخلو أي بيتٍ حديث الآن من أجهزة التبريد سواء كانت ثلاجات لحفظ المواد الغذائية، أو أجهزة التكييف المنزلية. ويستخدم التبريد أيضًا في الصناعة بشكل كبير جدًّا .. فهناك عمليات صناعية كثيرة تعتمد أساسًا على التبريد، مثل: فصل الغازات بالتبريد، وحفظ المواد الغذائية؛ سواء بالتجميد، أو البسترة. ودائرة التبريد البسيطة الموجودة في معظم الثلاجات المنزلية تعتمد على وجود مائع التبريد (الفريون)؛ حيث يتم ضغطه وهو سائل من خلال الضاغط (Compressor) حتى يصل إلى المبخر (Evaporator) - وفيه يمتص الفريون الحرارة من المواد الغذائية المحفوظة، ونتيجة اكتسابه هذه الحرارة يتبخر، ثم يتم تبريد الفريون في المكثف (condenser) وتحويله من الصورة الغازية إلى الصورة السائلة مرة أخرى؛ حيث يذهب السائل إلى الضاغط مرة أخرى وتدور الدائرة.

تاريخ التبريد والتكييف

ترجع معرفة الإنسان وحاجته للتبريد في قديم الزمان حيث كان قدماء المصريين مثلا يتمتعون بشرب الماء البارد ودون أن يكون ببلادهم اى نوع من أنواع الثلج وذلك بوضع الماء في أواني فخارية وتركها فوق أسطح منازلهم وقت الغروب وطول الليل حيث يعمل نسيم الصحراء الجاف على تبخير الماء الذي ينفذ خلال مسام الأواني الفخارية فيبرد الماء الموجود داخلها .

وكذلك كان الرومان واليونانيون في قديم الزمان يسخرون عبيدهم في إحضار الثلج الطبيعي من قمم الجبال ثم يخزنوه في حفر ضخمة في الأرض مخروطية الشكل مبطنة بورق الشجر ومغطاة لاستعماله عند الحاجة فالاسكندر الأكبر مثلا كان يستخدم هذا الثلج الطبيعي في تبريد براميل النبيذ التي كان يقدمها لجنوده في أمسية كل معركة ينتصرون فيها.

أما الإمبراطور نيرون فإنة كان يحرص دائما على أن تقدم في ولائمة الكبيرة المأكولات المثلجة ، ولقد استخدم لذلك مئات من العبيد في تخزين الثلج الطبيعي في سراديب قصره .

ولقد استمر استعمال الناس للثلج الطبيعي كوسيلة فقط لتبريد المشروبات المختلفة التي كانوا يتلذذون بشربها مدة طويلة من الزمان لم يفكر احد منهم خلالها في استخدامه في غرض آخر كتبريد المأكولات المختلفة لحفظها طازجة لمدة طويلة إلى أن جاء عام 1626 حين فكر في ذلك رجل انجليزي يدعى (فرانسيس باكون ) حيث ذبح دجاجة وبعد أن افرغ أحشائها ملاها بالثلج الطبيعي ليرى ما إذا كان بهذه الطريقة يمكن حفظها طازجة لمدة طويلة ,ولكنة مع الأسف لم يعرف نتيجة تجربته حيث وافاه الأجل سريعا.

وبمرور الوقت وبازدياد حاجة الإنسان إلى الثلج الطبيعي وللصعوبات الكبيرة التي كان يعانيها في الحصول علية والاحتفاظ بة لمدة طويلة ابتدأ كثير من العلماء و الباحثين في إنتاج الثلج صناعيا ., وكان من أوائل هؤلاء العلماء العالم الكبير Michael Faraday (فارداي) وكذلك استخدم الدكتور William cullen (وليام كولن) في عام 1775 نظرية التفريغ لإنتاج الثلج صناعيا ولكن لم تتعدي هذه التجربة جدران معمله.

وفي عام 1834 صنع مهندس أمريكي يدعي (جاكوب بركنز) أول أله لإنتاج الثلج صناعيا لاقت نجاحا لا باس به في حفظ اللحوم المثلجة وفى صنا عة البيرة . وفى خلال الثلاثين عام التي تلت صناعة هذه الآلة اهتم كثير من المخترعين والعلماء بصناعة الآلات التي تنتج الثلج صناعيا ,فمثلا قام احد الأمريكيين ويدعى (توننج) من بلدة نيوهافن بصناعة آلة لعمل الثلج في عام 1855 ولقد أنتجت هذه الآلة كميات لا باس بها من الثلج الصناعي لمدينة كليفلاند بمقاطعة اوهايو . وخلال عام 1858 اخترع العالم (فرديناند كارية )آلة لصناعة الثلج بطريقة الامتصاص وحتى عام 1880 ظهر في الولايات المتحدة وحدها 3000 تسجيل للآلات التي تصنع الثلج صناعيا .

وفى عام 1885 أنتجت ألمانيا أول آلة لصناعة الثلج بطريقة الامتصاص التي اكتشفها أول الأمر العالم الكبير فاراداى
وبالرغم من النجاح الكبير الذي صادف العلماء والمخترعين في ذلك الوقت في ميدان صناعة آلات التبريد - مع الأسف لم يكن هذا النوع من الثلج يلقى إقبالا شديدا من الناس كما كان متوقعا ذلك لاعتقادهم بانة غير مضمون من الوجهة الصحية عند الاستعمال .

وكانت الكميات التي توزع منة قليلة جدا إذا قورنت بالكميات التي توزع من الثلج الطبيعي . ولكن حدث فجأة حادثين من شانهما أن ابتدأ الناس في الإقبال على استعمال الثلج الصناعي : الأولى هي نشوب الحرب المدنية في أمريكا التي نتج عنها صعوبة حصول الناس على حاجتهم من الثلج الطبيعي لتوقف خطوط الملاحة التي كانت تنقل هذا الثلج من الجهات الشمالية ,والحادثة الثانية حدثت بالضبط في شتاء 1890 حيث كان هذا الفصل دافئا غير عادته في الأعوام السابقة بدرجة لم يتكون معها ثلج طبيعي في الجهات الشمالية . ولقد تسببت هذه الحالة في انتشار من أنواع الحميات المختلفة بين الناس نتيجة لتناولهم أطعمة أفسدها الجو الحار , مما اضطر الأطباء لوصف الثلج الصناعي لتخفيف هذه الحميات , وللظروف القاهرة استعمل الناس هذا النوع من الثلج ولكنهم بعد ذلك وجدوه يفوق الثلج الطبيعي في كثير من النواحي وابتدءوا يفكرون في الطرق التي بها يحصلون علية بانتظام وبالطرق السهلة والأسعار المعقولة. ونتيجة لهذا بنيت في القرن التاسع عشر كثير من مصانع الثلج في أنحاء مختلفة وانتشر استعماله بين جميع الطبقات بعد أن كان مقصور على طبقة الأغنياء والأعيان

وبابتداء القرن العشرين وبظهور الكهرباء تقدمت صناعة التبريد وتكيف الهواء تقدما عظيما يشعر به أي إنسان في وقتنا هذا . حتى أنة لا يخلو تقريبا منزلا في هذا الوقت من ثلاجة كهربائية . وفى القريب قد لا نجد منزلا بغير جهاز تكيف هواء.

مركبات التبريد قبل الفريون

1- ثاني أكسيد الكبريت.

والرمز الكيمائي له so₂ ويمكن تحضيره بحرق مادة الكبريت في الهواء وهذا النوع من مواد التبريد قليل الاستعمال في الوقت الحاضر ويمكنك القول بأنه تم عدم استخدامه في الوقت الحاضر وذلك لظهور الفريون الذي تفوق عليه في كثير من النواحي.

الخواص: مادة ثاني أكسيد الكبريت ليس لها لون سريعة التطاير ولها رائحة نفاذه وتسبب تهيج للعيون والأنف والزور وتحدث اختناق إذا استنشقت بكثرة ولمده طويلة .ليس لها تأثير علي المعادن المستخدمة في دائرة التبريد إلا إذا تواجد بهذه الدوائر ماء أو هواء مشبع بالرطوبة والوزن النوعي لهذا الغاز بالنسبة للهواء العادي هو 26و2 مره

الضغط ودرجة الحرارة: لا يمكن الحصول علي هذه المادة في الصورة السائلة لها عند الضغط الجوي وعند درجه حرارة أعلي من 14 درجه فهرنهيت ودرجة الحرارة الحرجة له - 8 و314 درجه فهرنهيت......والضغط الحرج له - 5و1141 رطل علي البوصة المربعة

تأثير الرطوبة: إذا وجدت كميه قليله من الرطوبة داخل دائرة التبريد فإنها تكون في حال حامض الكبريتيك الذي يهاجم المعادن المختلفة الموجودة بالدائرة كما يسبب تكون رواسب سوداء بها يمكن أن تسبب سدد بالدائرة في حالة عدم تنظيفها إذا أردت الشحن من جديد كما هو الحال في كثير من مركبات التبريد ولا ينفع استعمال المجففات لهذه الحالة ولهذا يجب تفريغ شحنة مركب التبريد و تنظيف الدائرة مع أعادة تجفيفها قبل شحنها مرة أخري

الاشتعال: هذا الغاز لا يشتعل بالمرة ولا يسبب حدوث أي انفجار.

التسريب: يمكن اكتشاف تسرب هذه المادة بحاسة الشم ويمكن تحديد مكان التسرب باستعمال قطعة قطن مشبعه بمحلول الأمونيا بنسبة 26 % بالقرب من المكان المشكوك في وجود في وجود تسرب به حيث يظهر دخان إذا كان هناك أيي تسرب.

التزييت: يمتص هذا الغاز ما يقرب من 10% إلي 15% من زيت التزييت بالنسبة لوزنه وحيث انه أثقل من الزيت فان أي زيت زيادة في الدائرة يطفو علي سطح هذا الغاز ويجب ان يكون الزيت المستعمل خال تمام من الرطوبة والمواد الغريبة.

2-  الأمونيا Ammonia

والرمز الكيمائي لها NH₃ وتحضر بتقطير الفحم أو بعض المواد النيتروجينية وتستعمل عادة مادة التبريد الأمونيا في آلات ومصانع الثلج الكبيرة ولا تستعمل في الوقت الحاضر أبدا لأغراض تكيف الهواء كما كان يحدث قديما
خواصها : لها رائحة نفاذة تسبب تهيج شديد لأعضاء التنفس والعيون ولها قابليه شديدة للذوبان في الماء تحدث صدأ لمعدن النحاس إذا اختلطت بالأكسجين لهذا لا يستعمل هذا المعدن في دوائر التبريد التي تستعمل فيها مادة الأمونيا أنها اخف من الهواء في الوزن

الضغط ودرجة الحرارة: لا يمكن الحصول علي هذه المادة في الحالة السائلة لها عند الضغط الجوي وعند درجة حرارة اعلي من 28 درجه فهرنهيت

الاشتعال : هذا الغاز يشتعل اذا اختلط بالهواء

التسريب: يمكن اكتشاف تسرب هذه المادة بحاسة الشم ويحد مكان التسرب بإشعال أصابع مادة الكبريت بالقرب وأكرر بالقرب من المكان المشكوك وجود تسرب به فيظهر دخان ابيض في حالة وجود تنفيس

التزييت: تختلط الأمونيا تمام مع زيوت التزييت.

3- كلورور الميثيل Methyl chloride

الرمز الكيمائي له هو CH₃Ci ويحضر من الكحول الميثيلي وحامض الهيدروكلوريك هذه المادة مازلت تستعمل في بعض من دوائر التبريد وقليله جدا.

خواصه : ليس له لون ولا رائحة واستنشاق بخاره يسبب نعاس وحالة تسمم أما إذا استنشق بكثرة فانه يسبب حالة غيبوبة ولهذا لا يجب العمل في دوائر التبريد التي يستعمل فيها هذا الغاز إلا إذا كانت الأماكن الموجود بها هذه الدوائر جيدة التهوية ليس له تأثير ضار علي الحديد والصلب والنحاس الأحمر أو الأصفر ولكنه يهاجم بسرعة الألومونيوم أو سبائكه مكونا مركبات تشتعل أو تسبب حدوث انفجار إذا تعرضت للهواء ولهذا لا يجب استعمال هذه المادة إطلاقا في دوائر تبريد تكون بها أجزاء مصنوعة من مادة الألومونيوم أو أحد مركباته

ملحوظه: الانفجار الذي تسببه هذه المركبات هو عبارة عن حدوث موجة ضغط ضعيفة جدا مع صدور صوت
الضغط ودرجة الحرارة: لا يمكن الحصول علي هذه المادة في الحالة السائلة لها عند الضغط الجوي وعند درجة حرارة اعلي من 65و10 درجه فهرنهيت وعلي هذا يكون ضغط دوائر التبريد التي تستعمل هذه المادة موجبا دائما.

تأثير الرطوبة : باختلاط هذا الغاز مع الرطوبة يتكون حامض الهيدروفلوريك الذي يسبب تكون طبقه نحاسيه علي الأجزاء الساخنة من الضاغط وفي هذه الحالة يمكن رفع الرطوبة من الدائرة باستعمال مجفف

الاشتعال: هذا الغاز له قابليه ضعيفة للاشتعال عند درجات الحرارة العالية ويحدث انفجار فقط في حالة ما تكون نسبة هذه المادة حوالي من 8%الي 17% في مخلوط مكون منها والهواء كذلك يحدث انفجار أو اشتعال إذا تعرض التحليل الكيمائي لهذه المادة مع الألمونيوم للهواء

ملحوظه: في هذه الحالة الأخيرة يجب الاحتراس من خلط هذا المركب مع أي جزء من دائرة التبريد مكون من الألومونيوم

التسريب : يمكن اكتشاف تنفيس هذا الغاز بواسطة لمبة التجربة من نوع فريجيدير أو ما يعادلها حيث يتحول لون لهبها إلي اللون الأزرق المخضر في حالة تقريبها من مكان التسرب.

التزييت : تمتص هذه المادة بواسطة زيت التزييت عند درجات الحرارة والضغوط العادية لدوائر التبريد ولا تؤثر علي خواص زيت التزييت من ناحية جودته ونظرا لاختلاطها مع الزيت يستحسن استعمال زيت تزييت له درجة لزوجه مرتفعه نسبيا كما يجب أن يكون كذلك نقيا وجافا.