Una máquina de hielo refrigerada por agua congela el agua transfiriendo su calor a un refrigerante y luego liberando ese calor al agua que circula a través del condensador. En una máquina de hielo refrigerada por agua, el agua del condensador sustituye al aire ambiente como medio final que transporta el calor lejos del sistema de refrigeración.
El proceso completo implica tres circuitos fluidos independientes. Comprender cómo interactúan permite a ingenieros y compradores evaluar la configuración de la máquina, los servicios auxiliares requeridos, los requisitos de instalación y las condiciones de operación.
¿Qué es una máquina de hielo refrigerada por agua?
Una máquina de hielo refrigerada por agua es una fabricadora de hielo cuyo sistema de refrigeración utiliza agua que circula a través de un condensador para extraer calor del refrigerante. El agua del condensador no se convierte en hielo y debe mantenerse separada del agua potable utilizada para la producción de hielo.
«Refrigerada por agua» describe elcondensador, no el evaporador ni la forma del hielo producido. Tanto las máquinas por lotes como las continuas pueden utilizar condensadores refrigerados por agua. Por ejemplo, las máquinas industriales de hielo tubular tube ice machines, pueden emplear esta configuración cuando el sitio puede suministrar un caudal adecuado de agua para el condensador y una disipación eficiente del calor.
Los tres circuitos que hacen funcionar una máquina de hielo refrigerada por agua
La máquina transfiere calor mediante tres circuitos coordinados: el agua para la fabricación de hielo cede calor, el refrigerante lo transporta y el agua del condensador lo elimina del sistema de refrigeración. Los fluidos desempeñan funciones distintas y normalmente no se mezclan.
Circuito del agua para la fabricación de hielo
El agua potable o aprobada para procesos ingresa a un depósito, distribuidor o conjunto del evaporador. Dependiendo del diseño de la máquina, una bomba puede circularla sobre una placa, tambor, cilindro o tubos verticales. Parte del agua se congela sobre la superficie del evaporador, mientras que el agua restante regresa al depósito o sale mediante una purga controlada.
La calidad del agua afecta la formación de incrustaciones, la claridad del hielo, la sanidad y la frecuencia de limpieza. El tratamiento debe adaptarse tanto al agua de entrada como a los límites establecidos por el fabricante de la máquina; una eliminación excesiva de minerales también puede alterar la formación del hielo o la detección del agua en algunos modelos.
Circuito del refrigerante
El refrigerante absorbe calor en el evaporador y lo cede en el condensador. El compresor eleva la presión y la temperatura del vapor de refrigerante. En el condensador, dicho vapor libera calor y se convierte en líquido. Un dispositivo de expansión reduce luego la presión del refrigerante antes de que reingrese al evaporador.
El refrigerante permanece dentro de un circuito sellado. Sus presiones de funcionamiento, método de control, carga y normas de servicio aplicables dependen del refrigerante especificado y del diseño del sistema.
Circuito de agua del condensador
El agua del condensador fluye a través de un intercambiador de calor y absorbe el calor del refrigerante caliente. Este agua puede retornar a una torre de enfriamiento u otro sistema recirculante de rechazo térmico. En cambio, una configuración de paso único descarga el agua calentada tras un solo recorrido, pero esta disposición puede consumir una cantidad considerable de agua y estar sujeta a restricciones locales.
El caudal de agua se regula frecuentemente para mantener las condiciones requeridas de condensación. Un caudal insuficiente, una temperatura elevada del agua de entrada, incrustaciones o una válvula cerrada pueden elevar la presión de condensación y reducir la capacidad.
¿Cómo funciona paso a paso una máquina de hielo refrigerada por agua?
La secuencia que se describe a continuación describe principalmente el ciclo de congelación y recolección utilizado por máquinas por lotes, como las máquinas de hielo en cubos, en tubos y algunas máquinas de hielo en placas. Las máquinas continuas de hielo en escamas emplean el mismo ciclo básico de refrigeración, pero forman y eliminan el hielo de forma continua, en lugar de hacerlo mediante una etapa de recolección separada.
Paso 1: Llenado y circulación del agua para la fabricación de hielo
La válvula de agua llena el depósito o el evaporador hasta el nivel de operación. Una bomba o sistema de distribución suministra entonces el agua uniformemente a la superficie de congelación. Los controles verifican el nivel de agua requerido antes de continuar con la congelación normal.
Una mala distribución puede provocar hielo irregular, alargar el ciclo o dejar partes del evaporador secas. La causa puede ser una presión de suministro baja, pasajes obstruidos, incrustaciones o un nivel de agua ajustado incorrectamente.
Paso 2: Compresión del refrigerante
El compresor aspira vapor de refrigerante a baja presión desde el evaporador y lo comprime convirtiéndolo en un vapor a alta presión y alta temperatura. Esta diferencia de presión permite que el refrigerante se evapore a baja temperatura y se condense a mayor temperatura. El compresor aporta energía al circuito, por lo que el condensador debe disipar tanto el calor extraído del agua como el calor asociado a la energía de entrada del compresor.
Paso 3: Eliminación del calor mediante el agua del condensador
El refrigerante caliente entra en el condensador refrigerado por agua. El calor atraviesa la pared del condensador hacia el agua en flujo, provocando la condensación del refrigerante en un líquido a alta presión. La temperatura y el caudal del agua del condensador deben mantenerse dentro de los límites de funcionamiento de la máquina. El máquina de hielo en tubos de 10 toneladasutiliza un condensador refrigerado por agua, aunque sus requisitos exactos de agua y servicios auxiliares dependen de la configuración final.
Paso 4: Introducir el refrigerante en el evaporador
El refrigerante líquido pasa a través de una válvula de expansión u otro dispositivo de medición. La caída de presión reduce su temperatura de saturación y produce una mezcla fría de líquido y vapor, adecuada para absorber calor en el evaporador.
Una válvula termostática de expansión regula el flujo en respuesta al sobrecalentamiento a la salida del evaporador. Los sistemas inundados utilizan distintas disposiciones de alimentación de líquido y control de nivel, por lo que la selección del componente debe coincidir con el diseño de refrigeración.
Paso 5: Congelar el agua hasta el espesor requerido
El refrigerante de baja presión absorbe calor a través de la pared del evaporador y hierve. El agua del lado opuesto se enfría hasta su punto de congelación y forma hielo. La geometría del evaporador, la distribución del agua, la duración del congelamiento y la acción de recolección determinan la forma final del hielo.
La etapa de congelamiento puede finalizar mediante una sonda de espesor, un temporizador, un control de presión, un control de nivel o una secuencia programada. La relación técnica entre la superficie de congelación y la formación de hielo se explica con mayor detalle en esta guía sobre el evaporador de la máquina de hielo.
Paso 6: Recolectar el hielo y reiniciar el ciclo
La máquina libera o retira el hielo terminado y luego restablece las condiciones normales de congelación. Las máquinas por lotes pueden utilizar gas refrigerante caliente o agua de recolección para calentar suficientemente el evaporador y permitir la desprendimiento del hielo. Las máquinas de tubos también pueden cortar el hielo descargado a la longitud especificada.
Las máquinas continuas de escamas operan de forma distinta: el hielo se forma y se retira mecánicamente mientras continúa la refrigeración. Las máquinas por lotes emplean controles para iniciar y finalizar la recolección, mientras que las máquinas continuas utilizan controles operativos y de seguridad para regular el suministro de agua, la refrigeración, la extracción del hielo y las condiciones de apagado.
Componentes principales de una máquina de hielo refrigerada por agua
La configuración exacta varía según el tipo y la capacidad de hielo, pero los siguientes componentes realizan las funciones operativas fundamentales.
| Componente | Función |
| Evaporador | Transfiere calor desde el agua para fabricación de hielo al refrigerante y forma el hielo |
| Compresor | Circula el refrigerante y eleva la presión y la temperatura del vapor |
| Condensador refrigerado por agua. | Transfiere calor desde el refrigerante al agua del condensador |
| Dispositivo de expansión | Reduce la presión del refrigerante y controla su flujo hacia el evaporador |
| Receptor, cuando está instalado | Almacena refrigerante líquido a alta presión y garantiza un suministro estable de líquido |
| Bomba de agua o distribuidor | Suministra el agua para fabricación de hielo sobre o a través del evaporador |
| Depósito de agua y control de nivel | Mantiene el volumen requerido de agua para fabricación de hielo |
| Control del agua del condensador, cuando está instalado | Utiliza una válvula, un control de bomba o un sistema de control externo para mantener el caudal requerido de agua para el condensador o la condición de condensación. |
| Sistema de recolección | Libera o retira el hielo una vez que alcanza la condición requerida. |
| Controlador y sensores | Secuencia de operaciones: llenado, congelación, recolección, protección y reinicio. |
Estas funciones describen el sistema, no una lista universal de piezas. Una planta industrial inundada, una máquina compacta de cubos y una máquina continua de escamas pueden utilizar distintos controles de refrigerante y equipos de recolección.
Confirme la configuración del condensador y del emplazamiento
Antes de seleccionar una máquina de hielo refrigerada por agua, confirme los siguientes requisitos de configuración y emplazamiento:
- Configuración del condensador:Determine si la máquina incluye un condensador integrado refrigerado por agua o requiere equipos independientes de rechazo de calor.
- Requisitos del agua para el condensador:Verifique el caudal requerido, la temperatura máxima admisible a la entrada, la presión del agua, los tamaños de las conexiones, los límites de calidad del agua, la carga de rechazo de calor y la disposición de la válvula de control.
- Método de descarga del agua:Confirme si el agua calentada retornará a un circuito de torre de enfriamiento o se descargará mediante un sistema de paso único. Los sistemas de torre de enfriamiento requieren capacidad adecuada, altura manométrica de la bomba, tratamiento del agua y protección contra heladas; mientras que los sistemas de paso único deben cumplir con las normativas locales sobre uso y descarga de agua.
- Condiciones nominales de funcionamiento:No asuma que una máquina refrigerada por agua alcanzará su producción nominal bajo todas las condiciones del emplazamiento. La producción también depende del tipo de hielo, la temperatura del agua de entrada, la condición de condensación, el sistema de refrigerante y la base de calificación.
- Alcance de la cotización:Compare las propuestas bajo las mismas condiciones de funcionamiento y confirme si incluyen bombas auxiliares, torres de enfriamiento, tuberías y equipos de tratamiento del agua.
Para una revisión del proyecto, proporcione al proveedor la capacidad diaria requerida, el tipo de hielo, el voltaje y la frecuencia del sitio, las temperaturas ambiente y del agua de entrada, las condiciones de suministro y retorno del agua para el condensador, y la disposición disponible para el rechazo de calor. El proveedor deberá entonces confirmar la producción nominal, los requisitos de servicios públicos, los equipos incluidos y el alcance de la cotizaciónpara la configuración propuesta.
Fuentes externas
- Máquinas automáticas comerciales de hielo — Departamento de Energía de Estados Unidos
- Adquisición de máquinas de hielo refrigeradas por agua con alta eficiencia energética — Departamento de Energía de Estados Unidos
- Capítulo 38 del Manual ASHRAE: Compresores
- Capítulo 11 del Manual ASHRAE: Dispositivos de control de refrigerante
