Oportunidades de ahorro energético en las máquinas para hacer hielo

Las máquinas de hielo se usan para producir una gran cantidad de tipos de hielo para servir alimentos, preservar alimentos, hoteles e industrias del cuidado de la salud. Las máquinas de hielo se clasifican en en diferentes configuraciones: Mecanismo de hacer hielo en un solo pack, unidad de condensación están en un solo pack, unidad con un cubo de almacenaje integrado, etc.

Proceso de producir hielo:

El progreso que gobierna la fabricación de hielo es de dos tipos:

• Proceso por lotes. Implica congelación alterna y periodos de recogida de hielo para hacer hielo. El agua fluye sobre el evaporador donde se congela hasta que el cubo está totalmente formado. Los cubos de hielo se colectan y almacenan. El hielo puede tener forma de cubo, o variaciones de formas sólidas.
• Procesos continuos. El proceso continuo se utiliza para hacer trocitos (nuggets) o copos, usualmente en un evaporador en forma de barril. Para hacer copos de hielo hay dos opciones: a) formado en el interior de un evaporador estacionario y se rasca en una barrena rotatoria, o b) formado en el exterior del evaporador rotatorio y raspado por un rascador estacionario. Las máquinas para hacer Nugget comprimen los copos de hielo para formar los nuggets.

Descripción del equipo

Una máquina de hielo típica consiste en un sistema de refrigeración, un sistema de alimentación de agua, carcasa y aislamiento. En las máquinas de cubos de hielo, el hielo se forma haciendo pasar una película de agua sobre el evaporador, permitiendo que parte del agua se congele mientras que parte del agua cae al desagüe y recircula con una bomba. La capa de hielo gradualmente crece. Debido a que no todo el agua se congela, sólidos y gases se disueltos en el agua no son capturados por la capa de hielo y son transportadas por el líquido, que es drenado por el desagüe cuando el lote de cubos está completo. El consumo de agua potable aproximado es 15 - 40 galones / 100 lb de hielo producido, comparado con 12 galones / 100 lb contenidos en el hielo producido.

Una máquina de hielo consiste en dos subsistemas principales: el sistema de refrigeración y el sistema de suministro/circulación/purgado de vapor para producir la refrigeración necesaria en la producción de hielo. Las máquinas de hielo usan condensadores refrigerados por agua o refrigerados por aire. Alrededor del 80 % de las máquinas de hielo tienen condensadores refrigerados por aire. Aunque los condensadores refrigerados por agua incrementan ligeramente la eficiencia, resultan en un consumo de agua mucho mayor ya que el agua del condensador normalmente drena después de usarse para enfriar el condensador.

Los componentes del sistema de refrigeración incluyen:

• Compresor - Típicamente recíprocos convencionales con capacidades entre 1/3 y 3 hp, dependiendo de la capacidad de la máquina.
• Condensador - Intercambiador de calor de tubos concéntricos refrigerados por agua o tubos de aletas refrigerados con aire. Los condensadores de agua fría están diseñados de forma que la temperatura de condensación está - 6 ºC y - 4 ºC por encima de la temperatura ambiente. Los condensadores de agua fría están controlados para mantener una temperatura de condensación preseleccionada constante variando los caudales de agua.
• Dispositivos de expansión - Válvulas de expansión termostáticas y tubos capilares.
• Evaporador - Típicamente el diseño consiste en tubos de cobre fijados a superficies de hacer hielo de acero inoxidable o cobre.
• Intercambiadores de calor de la línea de succión/línea de líquido.
• Tuberías de refrigerantes.
• Líneas de bypass de gas caliente - Esto dirige el refrigerante desde el compresor al evaporador para obtener el hielo.
• Válvula de solenoide de gas caliente. Controla el flujo de refrigerante al condensador durante la producción de hielo y al evaporador durante la producción de hielo.
• El refrigerante R-404A es el refrigerante principal usado en todas las máquinas de hielo hoy en día. R-134a y R-22 todavía se usan en unos pocos modelos seleccionados.
• Puede tener un acumulador de succión.

Consumo energético

El rendimiento de la máquina de hielo (capacidad, consumo de energía, y consumo de agua) se presenta usualmente en condiciones de temperatura ambiente de 32 ºC y temperatura del agua de 21 ºC y una presión del agua de alimentación.

El consumo energético por de las máquinas de hielo disminuye con la capacidad unitaria de producción de las máquinas. Es decir, las máquinas pequeñas tienen mayor consumo. A partir de 250 kg de producción por día se estabiliza el consumo.

El consumo de las máquinas de hielo varía según los siguientes factores:

• Enfriamiento del condensador por agua o aire.
• Kg de hielo producido por unidad de tiempo.
• Forma del hielo: cubitos, copos o nugget.

En general podemos movernos entre 3,4 kWh/100 lb y 7 kWh/100 lb.

Los medios para decrecer el consumo energético de las máquinas de hielo son los siguientes:

• Compresores más eficientes: Las capacidades nominales de los compresores en las máquinas pequeñas son 1/2 o menos, incrementándose a 3/4 hp para máquinas con rangos de capacidad de 350- 500 lb/día, incrementándose a 2 hp las máquinas con capacidades superiores a 1000 lb/día. Conforme se incrementa la capacidad del compresor se incrementa la eficiencia. Las eficiencias de los compresores más pequeños se encuentra en un rango del 45-50 % a más de 60 % en los tamaños grandes.
• Pérdidas de calor ambiental reducida: Las máquinas de hielo más grandes tienden a tener compartimentos fríos que tienen menos área de superficie expuesta al ambiente por unidad de producción de hielo y usualmente tienen compartimentos fríos mejor aislados.
• Consumo de agua reducido: Las máquinas de hielo más pequeñas tienden a tener un consumo de agua mayor debido a que los fabricantes tienden a usar cárter sobredimensionado en el deseo de maximizar el uso de componentes comunes.

La variación de eficiencia energética en un rango de capacidades pequeño depende de la selección de componentes del fabricante y de las estrategias de fabricación. Los fabricantes intentan maximizar el uso de componentes comunes en toda la línea de producción, lo cual incluye armarios, tamaño de evaporador, y cárter de agua y la compensación del nivel de eficiencia del compresor y costes. Las máquinas más eficientes tienden a tener evaporadores más grandes para un nivel de producción dado, resultando en temperaturas de operación más altas y un COP de operación resultante más alto.

Bibliografía: Energy Saving Potential and R&D Opportunities for Commercial Refrigeration. U.S. Department of Energy. Energy Efficiency and Renewable Energy. Building Technologies Program. 2009

Palabras clave: Nugget machines