El hielo en suspensión es un refrigerante de cambio de fase compuesto por millones de "microcristales" de hielo (normalmente de 0,1 a 1 mm de diámetro) formados y suspendidos dentro de una solución de agua y un depresor del punto de congelación . Algunos compuestos utilizados en este campo son la sal , el etilenglicol , el propilenglicol , los alcoholes como el isobutilo y el etanol , y los 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/m3 , 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 un mayor contacto superficial y un enfriamiento más rápido que otras formas tradicionales de hielo (escamas, bloques, cáscaras, etc.).
Sus propiedades de fluidez, su alta capacidad de enfriamiento y su flexibilidad en la aplicación hacen que el sistema de hielo en suspensión sea un sustituto de los generadores de hielo y 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, productos agrícolas, aves y otros productos perecederos.
El hielo en suspensión puede aumentar hasta en un 200% la eficiencia de enfriamiento de los sistemas de enfriamiento o congelación de salmuera existentes sin realizar cambios importantes en el sistema (es decir, intercambiador de calor , tuberías, válvulas) y reducir la cantidad de consumo de energía utilizado para el bombeo.
El hielo líquido también se utiliza para enfriar productos por contacto directo en aplicaciones de procesamiento de alimentos en contenedores de envío resistentes al agua . Ofrece las siguientes ventajas:
El hielo líquido se genera mediante un tipo de tecnología de fabricación de hielo única. Los generadores de hielo convencionales producen fragmentos de hielo seco con bordes afilados, no los pequeños cristales esféricos que se encuentran en el hielo líquido. En los sistemas de enfriadores de salmuera tradicionales, los cristales que se forman dentro de la solución bloquearían o dañarían el sistema.
La primera patente del mundo para un generador de hielo líquido fue presentada por Sunwell Technologies Inc. de Canadá en 1976. Sunwell Technologies Inc. introdujo el hielo líquido bajo el nombre comercial de deepchill ice, a fines de la década de 1970. El hielo líquido se crea mediante un proceso de formación de cristales de hielo esféricos dentro de un líquido. El generador de hielo líquido es un intercambiador de calor de carcasa y tubo vertical de superficie raspada . Consiste en tubos concéntricos con refrigerante fluyendo entre ellos y la solución depresora del punto de congelación/agua en el tubo interior. La superficie interior del tubo interior se limpia utilizando un mecanismo que en el diseño original de Sunwell consta de un eje central, cuchillas de plástico accionadas por 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 lechada. Otros generadores de hielo líquido adaptaron la primera idea de limpiar la superficie utilizando un sinfín diseñado originalmente para crear hielo en escamas. Los limpiadores también pueden ser cepillos o intercambiadores de calor de lecho fluidizado para la cristalización del hielo. En estos intercambiadores de calor, las partículas de acero circulan con el fluido, eliminando mecánicamente los cristales de la superficie. En la salida, las partículas de acero y el hielo en suspensión se separan.
Un refrigerante primario inmiscible se evapora para sobresaturar el agua y formar cristales pequeños y lisos. Con el enfriamiento por contacto directo, no existe un límite físico entre la salmuera y el refrigerante, lo que aumenta la velocidad 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 suspensión fuera del generador y hacia el medio ambiente.
El agua pura se sobreenfría en un enfriador a -2 °C y se libera a través de una boquilla en un tanque de almacenamiento. Al liberarse, sufre una transición de fase , formando pequeñas partículas de hielo con una fracción de hielo del 2,5 %. En el tanque de almacenamiento, se separa por la diferencia de densidad entre el hielo y el agua. El agua fría se sobreenfría y se libera nuevamente, lo que aumenta la fracción de hielo en el tanque de almacenamiento. Sin embargo, un pequeño cristal en el agua sobreenfriada o una celda de nucleación en la superficie actuará como una semilla para los cristales de hielo y bloqueará el generador.