El hielo en suspensión es un refrigerante que cambia de fase formado por millones de "microcristales" de hielo (normalmente de 0,1 a 1 mm de diámetro) formados y suspendidos en una solución de agua y un depresor del punto de congelación . Algunos compuestos utilizados en el campo son la sal , el etilenglicol , el propilenglicol , alcoholes como el isobutilo y el etanol , y azúcares como la sacarosa y la glucosa . El hielo en suspensión tiene una mayor absorción de calor en comparación con los refrigerantes monofásicos como la salmuera , porque también se utiliza la entalpía de fusión ( calor latente ) del hielo.
El pequeño tamaño de las partículas de hielo da como resultado una mayor área de transferencia de calor que otros tipos de hielo para un peso determinado. Se puede empaquetar dentro de un contenedor con una densidad de hasta 700 kg/m 3 , el factor de empaquetamiento de hielo más alto entre todos los hielos industriales utilizables.
Los cristales esféricos tienen buenas propiedades de flujo, lo que los hace fáciles de distribuir a través de bombas y tuberías convencionales y sobre el producto en aplicaciones de enfriamiento por contacto directo, lo que les permite fluir hacia las grietas y proporcionar una mayor superficie de contacto y un enfriamiento más rápido que otras formas tradicionales de hielo (escamas, bloque, cáscara, etc.).
Sus propiedades de flujo, alta capacidad de enfriamiento y flexibilidad en la aplicación hacen que un sistema de hielo en suspensión sea un sustituto de los generadores de hielo y los sistemas de refrigeración convencionales , y ofrece mejoras en la eficiencia energética : 70%, en comparación con alrededor del 45% en los sistemas estándar, menor consumo de freón por tonelada de hielo y menores costos operativos.
El hielo en suspensión se utiliza comúnmente en una amplia gama de procesos de aire acondicionado , envasado y enfriamiento industrial, supermercados y enfriamiento y almacenamiento de pescado, frutas y hortalizas, aves y otros productos perecederos.
El hielo en suspensión puede aumentar hasta en un 200% la eficiencia de enfriamiento de los sistemas de salmuera de enfriamiento o congelación existentes sin ningún cambio importante en el sistema (es decir, intercambiador de calor , tuberías, válvulas) y reducir la cantidad de consumo de energía utilizada para el bombeo.
El hielo en suspensión también se utiliza en el enfriamiento por contacto directo de productos en aplicaciones de procesamiento de alimentos en contenedores de envío resistentes al agua . Proporciona las siguientes ventajas:
El hielo en suspensión se genera utilizando un tipo único de tecnología de fabricación de hielo. Los generadores de hielo convencionales producen fragmentos de hielo seco de bordes afilados, no los pequeños cristales esféricos que se encuentran en el hielo en suspensión. En los sistemas tradicionales de enfriamiento de salmuera, los cristales que se forman dentro de la solución bloquearían o dañarían el sistema.
La primera patente del mundo para un generador de hielo en suspensión fue presentada por Sunwell Technologies Inc. de Canadá en 1976. Sunwell Technologies Inc. introdujo el hielo en suspensión bajo el nombre comercial deepchill ice, a finales de los años 1970. El hielo en suspensión se crea mediante un proceso de formación de cristales de hielo esféricos dentro de un líquido. El generador de hielo en suspensión es un intercambiador de calor de carcasa y tubos vertical de superficie raspada . Consiste en tubos concéntricos con refrigerante que fluye entre ellos y la solución depresora del punto de congelación/agua en el tubo interior. La superficie interior del tubo interior se limpia mediante un mecanismo que, en el diseño original de Sunwell, consta de un eje central, láminas de plástico con resorte , cojinetes y sellos . Los pequeños cristales de hielo formados en la solución cerca de la superficie del tubo se limpian de la superficie y se mezclan con agua no congelada, formando la suspensión. Otros generadores de hielo en suspensión adaptaron la primera idea de limpiar la superficie utilizando una barrena diseñada originalmente para crear hielo en escamas. Los limpiadores también pueden ser cepillos o intercambiadores de calor de lecho fluidizado para la cristalización de hielo. En estos intercambiadores de calor, las partículas de acero circulan con el fluido, eliminando mecánicamente los cristales de la superficie. En la salida se separan las partículas de acero y el hielo en suspensión.
Un refrigerante primario inmiscible se evapora para sobresaturar el agua y formar cristales pequeños y suaves. Con el enfriamiento por contacto directo, no existe un límite físico entre la salmuera y el refrigerante, lo que aumenta la tasa de transferencia de calor. Sin embargo, la principal desventaja de este sistema es que una pequeña cantidad de refrigerante permanece en la salmuera, atrapada en los cristales. Este refrigerante se bombea con la lechada fuera del generador y al medio ambiente.
El agua pura se sobreenfría en un enfriador a -2°C y se libera a través de una boquilla a un tanque de almacenamiento. Al liberarse, sufre una transición de fase , formando pequeñas partículas de hielo con un 2,5% de fracción de hielo. En el tanque de almacenamiento, está separado por la diferencia de densidad entre el hielo y el agua. El agua fría se sobreenfría y se libera nuevamente, aumentando la fracción de hielo en el tanque de almacenamiento. Sin embargo, un pequeño cristal en el agua sobreenfriada o una célula de nucleación en la superficie actuará como semilla de cristales de hielo y bloqueará el generador.