Uma máquina de gelo com refrigeração a água congela a água transferindo seu calor para um refrigerante e, em seguida, liberando esse calor na água que flui através do condensador. Em uma máquina de gelo com refrigeração a água, a água do condensador substitui o ar ambiente como meio final que remove o calor do sistema de refrigeração.
O processo completo envolve três circuitos fluidos distintos. Compreender como eles interagem ajuda engenheiros e compradores a avaliar a configuração da máquina, os serviços auxiliares necessários, os requisitos de instalação e as condições operacionais.
O Que É uma Máquina de Gelo com Refrigeração a Água?
Uma máquina de gelo com refrigeração a água é uma fabricante de gelo cujo sistema de refrigeração utiliza água fluindo através de um condensador para remover o calor do refrigerante. A água do condensador não se transforma em gelo e deve permanecer separada da água potável utilizada na produção de gelo.
“Refrigeração a água” descreve ocondensador, não o evaporador nem a forma do gelo produzido. Máquinas por lotes e máquinas contínuas podem ambas utilizar condensadores com refrigeração a água. Máquinas industriais de gelo em tubos tube ice machines, por exemplo, podem usar essa configuração quando o local for capaz de fornecer fluxo adequado de água para o condensador e rejeição eficiente de calor.
Os Três Circuitos que Permitem o Funcionamento de uma Máquina de Gelo com Refrigeração a Água
A máquina transfere calor por meio de três circuitos coordenados. A água para produção de gelo cede calor, o refrigerante transporta esse calor e a água do condensador o remove do sistema de refrigeração. Os fluidos desempenham funções diferentes e normalmente não se misturam.
Circuito da Água para Produção de Gelo
Água potável ou aprovada para processos entra em um reservatório, distribuidor ou conjunto do evaporador. Dependendo do projeto da máquina, uma bomba pode circular essa água sobre uma placa, tambor, cilindro ou tubos verticais. Parte da água congela na superfície do evaporador, enquanto a água restante retorna ao reservatório ou é descartada por meio de purga controlada.
A qualidade da água afeta a formação de incrustações, a transparência do gelo, a sanificação e a frequência de limpeza. O tratamento deve ser adequado tanto à água de entrada quanto aos limites estabelecidos pelo fabricante da máquina; a remoção excessiva de minerais também pode alterar a formação do gelo ou a detecção de nível de água em alguns modelos.
Circuito do Refrigerante
O refrigerante absorve calor no evaporador e o libera no condensador. O compressor eleva a pressão e a temperatura do vapor do refrigerante. No condensador, esse vapor libera calor e se transforma em líquido. Um dispositivo de expansão reduz, então, a pressão do refrigerante antes de ele retornar ao evaporador.
O refrigerante permanece dentro de um circuito selado. Suas pressões de operação, método de controle, carga e regras de serviço aplicáveis dependem do refrigerante especificado e do projeto do sistema.
Circuito de água do condensador
A água do condensador flui através de um trocador de calor e absorve calor do refrigerante quente. Essa água pode retornar a uma torre de resfriamento ou a outro sistema de rejeição de calor com recirculação. Em vez disso, uma configuração de passagem única descarrega a água aquecida após uma única passagem, mas essa configuração pode consumir grande volume de água e pode estar sujeita a restrições locais.
O fluxo de água é frequentemente regulado para manter a condição exigida de condensação. Fluxo insuficiente, alta temperatura de entrada da água, incrustações ou válvula fechada podem elevar a pressão de condensação e reduzir a capacidade.
Como funciona, passo a passo, uma máquina de gelo refrigerada a água?
A sequência abaixo descreve principalmente o ciclo de congelamento e colheita utilizado por máquinas por lotes, como as de cubos, tubulares e algumas máquinas de gelo em placas. As máquinas contínuas de gelo em flocos utilizam o mesmo ciclo básico de refrigeração, mas formam e removem o gelo continuamente, em vez de fazê-lo por meio de uma etapa separada de colheita.
Etapa 1: Encher e circular a água para fabricação de gelo
A válvula de água enche o reservatório ou o evaporador até o nível operacional. Uma bomba ou sistema de distribuição, então, fornece água uniformemente à superfície de congelamento. Os controles verificam o nível de água exigido antes de prosseguir com o congelamento normal.
Uma má distribuição pode produzir gelo irregular, prolongar o ciclo ou deixar partes do evaporador secas. A causa pode ser baixa pressão de alimentação, passagens obstruídas, incrustações ou nível de água ajustado incorretamente.
Etapa 2: Comprimir o refrigerante
O compressor aspira vapor de refrigerante de baixa pressão do evaporador e o comprime em vapor de alta pressão e alta temperatura. Essa diferença de pressão permite que o refrigerante evapore a baixa temperatura e condense a temperatura mais elevada. O compressor adiciona energia ao circuito; portanto, o condensador deve rejeitar tanto o calor retirado da água quanto o calor associado à energia fornecida ao compressor.
Etapa 3: Remover calor com a água do condensador
O refrigerante quente entra no condensador refrigerado a água. O calor atravessa a parede do condensador e é transferido para a água em fluxo, fazendo com que o refrigerante condense em líquido de alta pressão. A temperatura e o fluxo da água do condensador devem permanecer dentro dos limites operacionais da máquina. O 10-ton tube ice machineutiliza um condensador refrigerado a água, embora seus requisitos exatos de água e utilidades dependam da configuração final.
Etapa 4: Injeção do refrigerante no evaporador
O refrigerante líquido passa por uma válvula de expansão ou outro dispositivo de medição. A queda de pressão reduz sua temperatura de saturação e produz uma mistura fria de líquido e vapor adequada para absorver calor no evaporador.
Uma válvula termostática de expansão regula o fluxo em resposta à superaquecimento na saída do evaporador. Sistemas inundados utilizam arranjos diferentes de alimentação de líquido e controle de nível, portanto a seleção do componente deve corresponder ao projeto de refrigeração.
Etapa 5: Congelamento da água até a espessura exigida
O refrigerante de baixa pressão absorve calor através da parede do evaporador e entra em ebulição. A água do lado oposto resfria até seu ponto de congelamento e forma gelo. A geometria do evaporador, a distribuição da água, a duração do congelamento e a ação de remoção determinam a forma final do gelo.
A etapa de congelamento pode ser encerrada por meio de uma sonda de espessura, temporizador, controle de pressão, controle de nível ou sequência programada. A relação técnica entre a superfície de congelamento e a formação de gelo é explicada mais detalhadamente neste guia sobre o evaporador da máquina de gelo.
Etapa 6: Remoção do gelo e reinício do ciclo
A máquina libera ou remove o gelo finalizado e, em seguida, restaura as condições normais de congelamento. Máquinas por lotes podem utilizar gás refrigerante quente ou água de remoção para aquecer o evaporador o suficiente para que o gelo se solte. Máquinas de tubos também podem cortar o gelo descarregado no comprimento especificado.
Máquinas contínuas de flocos operam de forma diferente: o gelo se forma e é removido mecanicamente enquanto a refrigeração continua. Máquinas por lotes utilizam controles para iniciar e encerrar a remoção, enquanto máquinas contínuas empregam controles operacionais e de segurança para regular o fornecimento de água, a refrigeração, a remoção do gelo e as condições de desligamento.
Principais componentes de uma máquina de gelo com refrigeração a água
A montagem exata varia conforme o tipo e a capacidade de gelo, mas os seguintes componentes executam as funções operacionais principais.
| Componente | Função |
| Evaporador | Transfere calor da água para produção de gelo ao refrigerante e forma o gelo |
| Compressor | Circula o refrigerante e eleva a pressão e a temperatura do vapor |
| Condensador refrigerado à água. | Transfere calor do refrigerante para a água do condensador |
| Dispositivo de expansão | Reduz a pressão do refrigerante e controla o fluxo para o evaporador |
| Receptor, quando instalado | Armazena refrigerante líquido de alta pressão e garante um suprimento estável de líquido |
| Bomba ou distribuidor de água | Fornece a água para produção de gelo sobre ou através do evaporador |
| Reservatório de água e controle de nível | Mantém o volume necessário de água para produção de gelo |
| Controle da água do condensador, quando instalado | Utiliza uma válvula, controle por bomba ou controle por sistema externo para manter o fluxo de água do condensador ou a condição de condensação exigida. |
| Sistema de colheita | Libera ou remove o gelo após atingir a condição exigida. |
| Controlador e sensores | Sequência de operações: enchimento, congelamento, colheita, proteção e reinicialização. |
Essas funções descrevem o sistema, e não uma lista universal de peças. Uma instalação industrial inundada, uma máquina compacta de cubos e uma máquina contínua de flocos podem utilizar controles de refrigerante e equipamentos de colheita diferentes.
Confirme a configuração do condensador e do local
Antes de selecionar uma máquina de gelo refrigerada a água, confirme as seguintes configurações e requisitos do local:
- Configuração do condensador:Determine se a máquina inclui um condensador refrigerado a água integrado ou exige equipamento separado de rejeição de calor.
- Requisitos da água do condensador:Verifique a vazão exigida, a temperatura máxima admissível na entrada, a pressão da água, os diâmetros das conexões, os limites de qualidade da água, a carga de rejeição de calor e a disposição da válvula de controle.
- Método de descarga de água:Confirme se a água aquecida retornará ao circuito da torre de resfriamento ou será descarregada por um sistema de passagem única. Sistemas com torre de resfriamento exigem capacidade adequada, altura manométrica da bomba, tratamento da água e proteção contra congelamento; já os sistemas de passagem única devem cumprir as regulamentações locais sobre uso e descarga de água.
- Condições nominais de operação:Não suponha que uma máquina de gelo refrigerada a água atingirá sua produção nominal em todas as condições do local. A produção também depende do tipo de gelo, da temperatura da água de entrada, da condição de condensação, do sistema de refrigerante e da base de classificação.
- Escopo da cotação:Compare propostas sob as mesmas condições operacionais e confirme se estão incluídas bombas auxiliares, torres de resfriamento, tubulações e equipamentos de tratamento de água.
Para uma análise de projeto, forneça ao fornecedor a capacidade diária exigida, o tipo de gelo, a tensão e frequência elétricas do local, as temperaturas ambiente e da água de entrada, as condições de alimentação e retorno da água do condensador, bem como a disposição disponível para rejeição de calor. O fornecedor deverá então confirmar a produção nominal, os requisitos de utilidades, os equipamentos incluídos e escopo da cotaçãopara a configuração proposta.
Fontes externas
- Fabricantes Automáticos Comerciais de Gelo — Departamento de Energia dos EUA
- Compra de Máquinas de Gelo Refrigeradas a Água com Alta Eficiência Energética — Departamento de Energia dos EUA
- Capítulo 38 do Manual ASHRAE: Compressores
- Capítulo 11 do Manual ASHRAE: Dispositivos de Controle de Refrigerante
