جاروبرقی‌ها چگونه کار می‌کنند؟

جاروبرقی ها چگونه کار می کنند؟

وقتی به کمک نی نوشابه را می‌نوشید در واقع از ساده‌ترین مکانیزم مکش استفاده می‌کنید. مکش نوشابه به سمت بالا باعث افت فشار بین فضای زیر نی و بالای نی می‌شود و نوشابه به سمت بالا و دهان شما رانده می‌شود. این دقیقاً همان مکانیزمی است که در جاروبرقی‌ها عمل می‌کند، هرچند اجرای آن کمی پیچیده‌تر است. در این مقاله به اجزای داخلی جاروبرقی‌ها خواهیم پرداخت تا بفهمیم که هنگام تمیز کردن و مکش گرد و غبار چه اتفاقی می‌افتد. همانطور که خواهیم دید طراحی استاندارد جاروبرقی‌ها بسیار ساده است، اما برای نظافت کارآمدتر و موثرتر به یک سری اصول فیزیکی متکی هستند. جاروبرقی ممکن است مانند یک ماشین پیچیده به نظر برسد، اما در واقع فقط از ۶ جزء اصلی و اساسی تشکیل شده است.

• یک درگاه ورودی، که ممکن است شامل انواع لوازم جانبی برای تمیز کردن باشد.
• یک پورت اگزوز یا درگاه خروجی
• یک موتور الکتریکی
• یک فن
• یک کیسه متخلخل
• محفظه ای که شامل تمام اجزای جانبی جاروبرقی است.

وقتی جارو برقی را روشن می کنید، چه اتفاقی می‌افتد؟

جریان الکتریکی موتور را به کار می‌اندازد. موتور به فن متصل است که دارای تیغه‌های زاویه دار است (مانند پروانه هواپیما). با چرخش پره‌های فن، هوا به سمت جلو و به سمت درگاه اگزوز هدایت می‌شود. وقتی ذرات هوا به جلو رانده می شوند، تراکم ذرات (و همینطور فشار هوا) در مقابل فن افزایش می یابد و در پشت فن کاهش می‌یابد. افت فشار در پشت فن دقیقاً مانند افت فشاری است که هنگام نوشیدن مایعات از طریق نی اتفاق می‌افتد.

سطح فشار در ناحیه پشت فن به زیر فشار هوای محیط می‌رسد که باعث ایجاد مکش و خلا جزئی در داخل جارو برقی می‌شود. هوای محیط از طریق درگاه ورودی به داخل جاروبرقی وارد می‌شود، زیرا فشار هوا در داخل جاروبرقی کمتر از فشار خارج است. تا زمانی که فن در حال کار کردن است، جریان مداوم هوا از طریق درگاه ورودی و از درگاه اگزوز حرکت می‌کند. اما چگونه جریان هوا، گرد و خاک و آلاینده‌ها را جمع می‌کند؟ عاملی اصلی اصطحکاک است.

برس‌ها و کیسه‌های جاروبرقی

همانطور که دیدیم مکش ایجاد شده توسط فن چرخان جاروبرقی، جریان هوای در حال حرکت را از طریق درگاه ورودی و خارج از درگاه اگزوز ایجاد می‌کند. این جریان هوا دقیقاً مانند جریان آب عمل می‌کند. ذرات هوا در هنگام حرکت بر روی هرگونه گرد و غبار ساییده می‌شوند و اگر سبک باشد و مکش به اندازه کافی قوی باشد، نیروی اصطکاک مواد را به داخل جارو برقی منتقل می‌کند. این همان اصلی است که باعث می‌شود آلاینده‌ها و ذرات درون این جریان شناور شوند. جاوربرقی‌ها در دهانه ورودی دارای برس‌های چرخان  هستند که گرد و غبار و آلاینده‌ها را از روی سطح جمع می‌کنند تا توسط جریان هوا به داخل کشیده شوند.

هوای پر از خاک از داخل کیسه جاروبرقی عبور می‌کند و به درگاه اگزوز راه پیدا می‌کند. این کیسه ها از مواد بافته شده متخلخل (به طور معمول پارچه یا کاغذ) ساخته شده‌اند که به عنوان فیلتر هوا عمل می‌کنند. حفره‌های ریز کیسه به اندازه کافی بزرگ هستند که ذرات هوا را عبور دهند، اما برای عبور ذرات خاک و گرد و غبار بسیار کوچک هستند. بنابراین، هنگامی که جریان هوا به داخل کیسه می‌رود، تمام هوا از طریق کیسه خارج می‌شود، اما آلودگی و بقایای موجود در کیسه جمع می‌شوند.

کیسه جاروبرقی می‌تواند هرجایی از مسیر بین لوله ورودی و درگاه اگزوز قرار بگیرد به شرط این‌که جریان هوا از آن عبور کند. در جاروبرقی‌های ایستاده، کیسه به طور معمول آخرین ایستگاه در مسیر است و بلافاصله پس از فیلتر شدن، هوا به سمت خارج حرکت می‌کند. در جاروبرقی‌های کنیستر، کیسه ممکن است قبل از فن قرار بگیرد، بنابراین هوا به محض ورود به جاروبرقی فیلتر می‌شود.

عوامل تعیین کننده قدرت مکش

دیدیم که جاروبرقی‌ها با عبور جریان هوا از طریق فیلتر هوا (کیسه)، ذرات گرد و غبار  و خاک را جمع می‌کنند. قدرت مکش جاروبرقی به عوامل مختلفی بستگی دارد. مکش بسته به موارد زیر می‌تواند قوی‌تر یا ضعیف‌تر باشد.

قدرت فن: برای تولید مکش قوی، موتور باید با سرعت خوب بچرخد.

انسداد مجرای عبور هوا: وقتی مقدار زیادی گرد و غبار در کیسه خلا جمع می‌شود، هوا هنگام خروج با مقاومت بیشتری روبرو می‌شود. هر ذره هوا به دلیل افزایش کشش، کندتر حرکت می‌کند. به همین دلیل است زمانی که کیسه را تازه تعویض کرده‌اید جاروبرقی بهتر کار می‌کند.

اندازه دهانه درگاه ورودی: از آنجا که سرعت فن جاروبرقی ثابت است، میزان هوای عبوری از جاروبرقی هم در واحد زمان ثابت است. مهم نیست اندازه درگاه ورودی چقدر باشد، هر ثانیه همان تعداد ذره هوا باید به داخل جاروبرقی منتقل شود. اگر درگاه ورودی کوچکتر باشد، ذرات جداگانه هوا باید سریع‌تر حرکت کنند تا در این مدت زمان بتوانند عبور کنند. در نقطه‌ای که سرعت هوا افزایش پیدا می‌کند، فشار به دلیل اصل برنولی کاهش پیدا می‌کند. افت فشار، به نیروی مکش بیشتر در درگاه ورودی تبدیل می‌شود. پس استفاده از نازل‌های باریک‌تر از آنجا که نیروی مکش قوق‌تری ایجاد می‌کنند می‌توانند ذرات آلودگی سنگین‌تری را نسبت به نازل‌های با دهانه ورودی بزرگ‌تر جمع کنند.

در ابتدایی‌ترین سطح، این تمام آن‌چیزی است که در جارو اتفاق می‌افتد. از زمان اختراع جاروبرقی‌های الکتریکی در یک قرن پیش، بسیاری از مخترعان این ایده را گسترش داده‌اند و اصلاح کرده‌اند تا انواع مختلفی از سیستم‌های جاروبرقی ایجاد کنند. انواع جاروبرقی‌های ایستاده و کنیستر همواره جزء محبوب‌ترین انواع جاروبرقی‌های بوده‌اند. اما روش‌های دیگری هم برای پیکربندی این سیستم‌های مکنده وجود دارد.

سیستم‌های جاروبرقی مرکزی و جاروبرقی‌های آب و خاک

جاروبرقی‌های اولیه مربوط به اواسط دهه ۱۸۰۰، برای ایجاد مکش از دمنده‌های دستی استفاده می‌کردند. این دستگاه‌ها در شکل و اندازه‌های مختلفی بودند و در نظافت‌های روزانه نقش بسیار کمی داشتند. اولین جاروبرقی‌های الکتریکی در اوایل دهه ۱۹۰۰ به نمایش در آمدند و بلافاصله مورد توجه و اقبال عمومی واقع شدند. اگرچه برای چندین دهه فقط به عنوان یک کالای لوکس فروخته می شدند.

یکی از محبوب‌ترین طرح‌های جاروبرقی آن دوران، امروزه باز هم در حال محبوب شدن است. این طراحی شامل یک سیستم جاروبرقی مرکزی است که کل فضای خانه شما را مجهز به جاروبرقی می‌کند. یک فن موتوری در زیرزمین یا خارج از خانه باعث ایجاد مکش از طریق یکسری لوله های بهم پیوسته در دیوارها می شود. برای استفاده از جاروبرقی، فن را روشن کرده و به هر یک از خروجی های مختلف در سراسر خانه یک شلنگ متصل می‌کنید. خاک به درون لوله ها مکیده شده و در یک قوطی بزرگ جمع می‌شود.، که سالانه چندین با تخلیه می‌شود.

جاروبرقی‌های آب و خاک

برای کارهای نظافتی سنگین، بسیاری از مردم از جاروبرقی‌های آب و خاک استفاده می‌کنند، مدل‌هایی که می‌توانند مایعات و همچنین مواد جامد را جمع کنند. مواد مایع فیلترهای پارچه ای یا کاغذی را خیس می‌کند، بنابراین این جاروبرقی‌ها به نوع دیگری از سیستم جمع آوری نیاز دارند. طراحی جاروبرقی‌های آب و خاک ساده است. جریان هوا از طریق دستگاه جاروبرقی وارد می‌شود.

زمانی که به منطقه وسیع روی سطل می‌رسد، جریان هوا آهسته‌تر می‌شود، درست به همان دلیلی که هنگام عبور از یک نازل باریک‌تر، جریان هوا سرعت می‌گیرد. این افت سرعت به طور مشخصی اصطحکاک هوا را کم‌تر می‌کند، بنابراین قطرات مایع و ذرات سنگین گرد و غبار می‌توانند از جریان هوا جدا شوند و به مخزن زباله‌ها بروند. بعد از اینکه کار با جارو برقی را تمام کردید، هر آنچه را که در این سطل جمع شده است به راحتی بیرون بریزید.

در مرحله بعدی، ما به دو نوآوری دیگر در طراحی جاروبرقی‌ها نگاه خواهیم کرد: جاروبرقی سیکلونیک و جاروبرقی‌های رباتیک.

یکی از طراحی‌های جاروبرقی به اصطلاح “جاروبرقی سیکلون” است. این دستگاه که در دهه ۱۹۸۰ توسط جیمز دایسون طراحی شد، داری کیسه و سیستم فیلتر سنتی نیست. درعوض، جریان هوا را از طریق یک یا چند سیلندر، در امتداد یک مسیر مارپیچی با سرعت بالا می‌فرستد. این حرکت چیزی شبیه خشک کن لباس یا چرخ و فلک است. همانطور که جریان هوا به صورت مارپیچ به بالا هدایت می‌شود، تمام ذرات خاک یک نیروی گریز از مرکز قدرتمند را تجربه می‌کنند و به بیرون و دور از جریان هوا پرتاب می‌شوند. به این ترتیب خاک بدون استفاده از هر نوع فیلتر از هوا خارج می شود و در پایین سیلندر جمع می‌شود. سیستم سیکلون به طور قابل توجهی در جارو برقی‌های سنتی بهبود یافته است – هیچ کیسه‌ای برای جایگزینی وجود ندارد و با جمع شدن زباله قدرت مکش کاهش نمی‌یابد.

جاروبرقی‌های رباتیک

هرچقدر هم که جاروبرقی قدرتمند باشد، کسی باید آنجا باشد که دستگاه را در سراسر خانه حرکت دهد. پس جاروبرقی‌های رباتیک را انتخاب کنید، این گجت‌های کوچک به لطف ترکیبی از موتور، سنسورها و سیستم ناوبری، به تنهایی کار نظافت را انجام می‌دهند. مطمئناً در آینده، شاهد پیشرفت‌های بیشتری در طراحی جاروبرقی خواهیم بود، با مکانیسم‌های جدید مکش و سیستم‌های جمع آوری متفاوت. اما ایده اصلی یعنی استفاده از جریان هوا برای جمع آوری خاک و گرد و غبار، به احتمال زیاد برای مدتی باقی خواهد ماند.