Summary
A continuación, se presenta un protocolo para demostrar la generación de hielo cuando el agua se introduce en un baño de agua fría de salmuera, como refrigerante secundario, en un rango de temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua. Se puede usar como una forma alternativa de producir hielo para la industria.
Abstract
Se demuestra un método para el estudio de la calor y transferencia de masa y de los fenómenos de congelación en un entorno de salmuera subenfriado. Nuestro experimento mostró que, en las condiciones adecuadas, el hielo se puede producir cuando el agua se introduce en un baño de salmuera fría. Para hacer que forma el hielo, además de tener la mezcla de salmuera y agua, la tasa de transferencia de calor debe pasar por alto que el de la transferencia de masa. Cuando se introduce agua en forma de pequeñas gotas a la superficie de la salmuera, el modo de transferencia de calor y masa es por difusión. La flotabilidad se detiene el agua se mezcle con la salmuera por debajo, pero a medida que el hielo se espesa, se ralentiza la velocidad de transferencia de calor, hacer hielo más difíciles de cultivar como resultado. Cuando se introduce agua en el interior de la salmuera en forma de un flujo, una serie de factores se encuentran para influir en la cantidad de hielo puede formar. la temperatura y la concentración de salmuera, que son las fuerzas impulsoras de la transferencia de calor y masa, respectivamente, pueden afectar a la ratificación de conversión de agua-hieloo; más bajas temperaturas del baño y las concentraciones de salmuera animan más hielo a la forma. La reología de flujo, que puede afectar directamente tanto el calor y coeficientes de transferencia de masa, es también un factor clave. Además, la reología de flujo cambia el área de contacto de la corriente con el fluido a granel.
Introduction
Lechadas de hielo se utilizan ampliamente en la industria, y una aplicación particularmente exitosa es la tecnología de rascado de hielo 1, 2. En comparación con la espuma convencional y cerdo sólido, el cerdo de hielo puede viajar a través de topologías complejas a larga distancia, debido al efecto de lubricación de la fase líquida y la elevación de su punto de congelación como algunos de los cristales de hielo se derriten 3, 4, 5 . Incluso si el cerdo se queda atascado, uno puede simplemente esperar a que las lechadas de hielo se derrita y reanudar el proceso de limpieza posterior. Este método de limpieza de tuberías es barato y fácil de usar.
La fracción de hielo juega un papel clave en el rendimiento del cerdo hielo. Para medir la fracción de hielo, se puede usar una cafetera de émbolo (prensa francesa) para determinar si la suspensión de hielo es lo suficientemente gruesa 6,"> 7. Una fracción de hielo de alta cafetera, típicamente 80%, se requiere en la realización de pigging hielo. La investigación reciente en la detección fracción de hielo en línea mostró que ambas ondas electromagnéticas y ultrasónicos son adecuados para el trabajo 8, 9, 10, 11.
El cerdo de hielo se hace generalmente por una máquina de hielo de superficie raspada de una solución de NaCl al 5% en peso (salmuera). También es la forma principal de hacer lechadas de hielo en la industria. Este tipo de máquina de hielo se congela el agua o salmuera sobre una superficie metálica fría, típicamente una superficie lisa de acero 316 y luego cizalla cíclicamente las partículas de hielo fuera. Las interfaces-líquido-metal son muy complejos y se ven afectados por una amplia gama de factores que son esenciales para la fabricación de hielo 12. La interfaz entre no metal y el agua pueden ser muy diferentes, y un ejemplo especialmente interesante es caolinita. el Kaolunión entre el agua Inite es especial porque no hay una estructura de hielo favorable adyacente a la superficie del sólido, sino más bien una capa de fluido sustrato anfótero que anima a los enlace de hidrógeno similares al hielo que se forman en la parte superior de la misma 13, 14. Otra forma de producir el cerdo de hielo requiere aplastar a los bloques de hielo prefabricados, mientras que se añadió salmuera de alta concentración de forma simultánea. Para este método, el sistema de refrigeración puede funcionar a una temperatura de evaporación mucho más alta porque no depresor del punto de congelación (FPD) se añade antes de la formación de hielo; por lo tanto, se considera más eficaz debido a la relación de compresión baja y energía reducido para un destino determinado de enfriamiento 15, 16, 17.
Hay otros dos métodos de producción de hielo: la producción de hielo de agua-enfriada y poniendo el refrigerante y el agua en contacto directo
La formación de hielo requiere calor y transferencia de masa debido al calor latente de fusión generado en el proceso. Fue descubierto por primera vez por Osborn Reynolds en 1874 que el transporte de calor y masa en los gases están fuertemente acoplados y se puede expresar en fórmulas matemáticas similares 20. Este trabajo formó el trabajo pionero sobre el tema del momento, el calor y transferencia de masa en los fluidos y fue reimpreso varias veces 21, 22. A continuación, este tema fue estudiado por unnúmero de otros, de ambos enfoques analíticos y empíricos, para los gases, líquidos y de metal fundido 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. Aparte de la transferencia de calor y masa, el fluido necesita puntos de nucleación de hielo donde el crecimiento dendrítico puede desarrollar. Una visión moderna en el crecimiento de cristales de hielo utiliza Ley Constructal, desarrollado por Adrian Bejan, para explicar por qué el hielo crece de este modo 34, 35, 36.
La formación de hielo en salmuera es muy diferente de la de agua pura debido a la existencia de sal. Ante todo, sal cambia la termodinámica del fluido y deprime su punto de congelación. En segundo lugar, la sal no puede disolverse en la matriz de hielo (excepto para hydrohalite, que sólo puede formar cuando la temperatura alcanza el punto eutéctico), y se rechazó el líquido mayor cuando el hielo comienza a crecer. El rechazo de la sal fue descubierta en tanto el hielo marino y el hielo estudiado en el laboratorio 37, 38. Desde la salmuera de alta concentración rechazado está a una temperatura muy por debajo del punto de congelación del agua de mar, a medida que desciende, el hielo crece en la interfaz entre la salmuera que fluye y el fluido de mayor reposo. Estas estalactitas de hielo, también llamado brinicles, fueron descubiertos por primera vez en el estrecho de McMurdo, en la Antártida y se estudiaron experimentalmente 39, 40, 41, 42. En 2011, la BBC filmó la formación de brinicles en su serie Frozen Planet"xref"> 43, 44.
En nuestro laboratorio, se descubrió que mediante la inversión de los fluidos que fluyen y quiescentes cuando se introduce agua a un baño de salmuera fría, el agua puede transformarse en hielo bajo las condiciones correctas 45. Se encontró que la ubicación donde se introduce el agua, la reología de flujo y temperatura de la salmuera y la concentración son factores clave que influyen en la cantidad de hielo se puede producir. El objetivo general de este estudio es investigar si una máquina de hielo puede ser desarrollado a través de este mecanismo para generar lechadas de hielo, teniendo en cuenta que la temperatura del evaporador elevado y la alta tasa de transferencia de calor líquido-líquido pueden mejorar la eficiencia de uso de energía. Este artículo comparte aspectos clave del experimento.
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Protocol
Precaución: Hay dos productos químicos tóxicos, metanol y etilenglicol, que se utilizan en estos experimentos. El metanol puede ser metabolizado en el cuerpo humano para generar formaldehído y luego en ácido fórmico o sal de formiato. Estas sustancias son venenosas para el sistema nervioso central y pueden incluso provocar la muerte. El etilenglicol se puede oxidar al ácido, que entonces se puede convertir en ácido oxálico glicólico. Esto puede causar insuficiencia renal y la muerte. No beber estos productos químicos. Consulte a un médico inmediatamente si se produce un accidente.
1. El Sistema de refrigeración
NOTA: Es muy difícil mantener la salmuera a -18 ° C o menos cuando la temperatura ambiente es más o menos a temperatura ambiente. Es importante que los tanques de almacenamiento de glicol de etileno y salmuera son bien aisladas y de un tamaño razonable para evitar el exceso de consumo de electricidad y para garantizar un rendimiento óptimo del sistema. Se recomienda que el tamaño del tanque no exceda de 30 L.
- Preparar el líquido de enfriamiento secundario
- Verter 1 litro de etilenglicol en el tanque de enfriamiento secundario, Tanque A (base: 400 mm x 200 mm, Altura: 350 mm). Añadir aproximadamente 0,6 a 0,65 L (600-650 g) de agua al tanque A.
- Repita el paso 1.1.1 varias veces hasta que haya suficiente líquido en el tanque A (25 L).
- Se agita el fluido de manera que el fluido es homogéneo.
- Encender las dos bombas en el tanque de la A a la creación de capacidad máxima (2.500 l / h). Asegúrese de que todas las burbujas atrapadas en los intercambiadores de calor y los tubos son liberados.
- Apagar la bomba para observar si todas las burbujas se liberan. Si no es así, repita el paso 1.1.4.
- Preparación de la salmuera
NOTA: En este ejemplo, se prepara 22% en peso de salmuera. Si se necesitan otras concentraciones, la masa de sal agregada también debería ser modificada en consecuencia. Los valores de concentración y densidad de la salmuera de referencia se pueden encontrar en la página D-257 de la 64ª edición (1983) de THCRC Handbook correo de Química y Física 46.- Añadir 4 kg de agua en un vaso de precipitados de plástico de 5 L.
- Medida 1 kg de sal de NaCl en una balanza electrónica y se vierte esta sal en el vaso con el agua.
- Se agita la mezcla hasta que la solución es transparente (es decir, no hay partículas de sal o burbujas de agua visible en la solución).
- Tomar una muestra, ~ 10 ml, de la solución usando una jeringa de 10 ml.
- Inyectar el líquido en el medidor de densidad de tubo en U.
- Compruebe si hay burbujas de aire en el tubo. Si los hay, inyectar más fluido para empujar hacia fuera.
- Presione "Configuración rápida" y seleccione "Densidad de temperatura." Tipo de 20 ° C y pulse "OK". El medidor de densidad ahora medir la densidad del fluido a esta temperatura.
- Pulse Iniciar y esperar el resultado.
- Compare la lectura de la densidad con 1164,00 kg / m3.
- Añadir más sal si la lectura está por debajo del COMPARACIÓNDensidad n. Añadir agua si es de otra manera.
- Repita los pasos 1.2.3-1.2.10 hasta que la densidad del fluido es correcto (1164.00 kg / m 3).
- Verter esta solución en un recipiente más grande, Container A.
- Siga los pasos para hacer 1.2.1-1.2.12 35-40 l de salmuera y poner Container A en un congelador a -40 ° C. Mantenga la salmuera allí durante 48-72 horas, hasta que su temperatura alcanza -19,18 ° C (punto de este 22% en peso de salmuera congeladora).
2. Preparación del hielo para el agua de lavado y Inyectar
- Preparar el hielo para la inyección de agua
- Verter 1 L de agua en un recipiente pequeño (200 × 200 × 50 mm).
- Repita el paso 2.1.1 con otro recipiente y coloque los dos contenedores en el congelador a -40 ° C.
- Mantener en el congelador durante 10 horas o más para asegurarse de que toda el agua se congela.
- Preparar capa de hielo de agua de lavado
- Llenar un 5-L vaso de precipitados con 5 L de agua.
- Llenar un 2-L vaso de precipitados con 2 L de agua.
- Coloque ambos vasos en el congelador a -40 ° C durante 8-10 h, de modo que hay una cáscara gruesa envoltura de hielo en torno al agua no congelada.
- Utilizar un chorro de agua a alta velocidad a una velocidad de 3-5 m / s de la llave para abrir un agujero de 3 cm de diámetro en la parte superior de la capa de hielo.
- Escurrir el agua dentro de la capa de hielo.
- Ponga los dos vasos de precipitados de nuevo en el congelador.
- Si la masa de la capa de hielo no llega a 3 kg y 1 kg para los dos vasos de precipitados, respectivamente, repita los pasos 2.2.1-2.2.5, pero mantener los vasos en el congelador ya en el paso 2.2.3. Los dos vasos de precipitados ahora deben ser capaces de contener 2 L y 1 L de agua, respectivamente.
3. El agua Introducción La posición y el experimento de control de reología
- Introducir agua en la superficie salmuera
- Decantar 2 L de 22% en peso de salmuera fría del recipiente A en elcubo de aluminio de la máquina para hacer helados y el interruptor de la unidad de refrigeración.
- Medir la temperatura de la salmuera con un termómetro / termopar (ya sea tipo K o de tipo T son adecuados). Continuar el experimento si la salmuera es de -15 ° C o menos.
- Llenar la jeringa de vidrio de 100 ml con agua del grifo a temperatura ambiente. Adjuntar un diámetro de 2 mm interno, de espesor 1 mm, y 1-m tubo largo de silicona a la punta de la jeringa.
- Coloque la jeringa en una posición específica de tal manera que hay una cabeza entre el agua en la jeringa y la salida del tubo de silicona. La presión hidrostática se apriete el agua fuera del tubo.
- Sumergir una cierta longitud del tubo de silicona, por lo general de 70 cm, en la salmuera.
- Ajustar la posición relativa entre la jeringa y la salida de tubo de modo que la presión hidrostática es suficientemente grande para permitir que el agua para salir de la jeringa. Si el tubo está bloqueado, aumentar la cabeza mediante la elevación de la jeringa a una posición vertical superior, until la presión hidrostática puede superar la tensión de corte dentro del tubo.
- Mantenga el tubo de salida de aproximadamente 1 cm o menos por encima de la superficie de la salmuera.
- Ajustar la longitud del tubo sumergido y de la altura de la jeringa para controlar la salida del agua deja la temperatura y la velocidad de flujo con el fin de determinar la cantidad de hielo puede ser producida o la cantidad de mezcla se produce en la superficie salmuera. El fenómeno de congelación ahora debe observarse en la superficie salmuera. Véase la referencia 45 para más instrucciones.
- Introducir agua a través de la salmuera
- Repita los pasos 3.1.1-3.1.6.
- Mantenga la salida del tubo dentro de la salmuera, de preferencia en la parte inferior del recipiente.
- Ajuste de la longitud del tubo sumergido y de la altura de la jeringa.
- Ajustar el ángulo de la salida del tubo para controlar la reología de la corriente.
- Repita los pasos 3.2.3-3.2.4 para encontrar la mejor reología de flujo acoplado y la velocidad que puede producir la mayor parte del hielo fluir.
- hacer hielo
- Si hay burbujas en los tubos, encender las dos bombas en el interior del tanque de A a liberar las burbujas fuera del sistema de circulación de glicol, y luego apagar las bombas.
- Se encienden las tres unidades de refrigeración y dejar correr durante 10-16 h para enfriar las soluciones de glicol de etileno.
- Medir la solución de etilenglicol con un termómetro / termopar. La temperatura de glicol debe ser aproximadamente a -25 ° C.
- Medir la temperatura de la salmuera en el recipiente A para asegurarse de que está a -19 ° C antes de proceder al paso 4.1.5.
- Llenar el tanque de salmuera, Tanque B, con aproximadamente 30 l de salmuera del recipiente A y el interruptor de las dos bombas en el tanque A.
- Medir la temperatura del glicol en el Tanque A. Si es más frío que -19 ° C, apagar una o más unidades de refrigeración para evitar la precipitación de partículas de hielo fuera de los intercambiadores de calor in tanque B. Si la temperatura es más caliente que la temperatura de la salmuera se esperaba, a su vez en las tres unidades de refrigeración. Llevar a cabo el experimento a -17 ° C a -19 ° C.
- Coloque los dos bloques prefabricados de hielo desde el paso 2.1 en el aislamiento de 5 litros vaso de precipitados, de contenedores B, y vierta más o menos 3 litros de agua en el vaso de precipitados.
- Medir la temperatura del agua y la mantendrá a 2 ° C por agitación de la mezcla entre los experimentos si la temperatura sube.
- Llene la jeringa de vidrio con 100 ml de agua 2 ° C.
- Aplicar 5-10 ml de metanol a la ventana de cristal de tanque B para detener la condensación y la formación de hielo.
- Inyectar el agua en la salmuera mediante el ajuste de la posición relativa entre la jeringa y la salida del tubo de manera que existe una presión hidrostática constante y por lo tanto una velocidad de flujo constante. Cerca de 70 cm del tubo de silicona deben ser sumergidas en la salmuera. Ajustar el ángulo de inyección para 0 °, de modo que la velocidad inicial de agua en la extrema hacia arribacción es 0 m / s.
NOTA: La jeringa puede ser o sujeto a un soporte de mano. De mano es más apropiado cuando la temperatura de la salmuera es más frío, porque se necesita más tiempo para ajustar un soporte, y el hielo puede bloquear la trompa. Mantenga la reología flujo constante durante todo el experimento, garantizando una velocidad de flujo y la inyección de ángulo constante (0 °) y manteniendo la frontera de congelación de aproximadamente 3 cm por encima de la salida del tubo. No deje que el flujo de entrar en la región en la que comienza a girar turbulenta 47. Véase la referencia 45 para más instrucciones. - Recoger el hielo como se describe en los pasos 4.2 y 4.3. Repita los pasos 4.1.8 - 4.1.11 a diferentes temperaturas de salmuera.
- Recoger el hielo producido y estimar la cantidad de hielo se produce (colección seco)
- Coloque un recipiente (200 × 200 × 50 mm) en la escala de cero y la lectura pulsando el botón "Activar" botón.
- Utilizar el tamiz para recoger el hielo y quitarse de encimala salmuera.
- Ponga este hielo en el recipiente. Medir la masa del hielo usando la escala.
- Después de que se derrita el hielo, utilizar la jeringa de 10 ml para tomar una muestra. Inyectar esta muestra de líquido en el medidor de densidad.
- Realice los pasos 1.2.6-1.2.9.
- Registre la lectura de la densidad.
- Calcular la masa neta de agua de su densidad (es decir, la masa de agua convertida en hielo) utilizando la siguiente fórmula:
dónde
es la concentración de la salmuera en% en peso y 
y 
son las masas de sal y agua, respectivamente.
- Recoger el hielo producido y estimar la cantidad de hielo se produce (recogida en húmedo)
- Llenar el vaso de precipitados de 5-L con una capa de hielo (paso 2.2) a temperatura ambiente y el agua del grifo. Poner de nuevo en el congelador a -40 ° C.
- Decantar el agua con la capa de hielo de la 5-L en un vaso de precipitados de 2-L vaso de precipitados cuando su temperatura es de al 0 ° C. Llenar el vaso de precipitados de 5 l. Mantenga los dos vasos en el congelador.
- Saca la hielo producido en los pasos 4.1.8 y 4.1.9 y verter 200-500 ml de agua de la 2-L vaso de precipitados sobre el hielo para lavarlo. No agite el tamiz antes de aplicar el agua a 0 ° C.
- Sacudir el líquido en el tamiz.
- Repita los pasos 4.2.2-4.2.7.
es la concentración de la salmuera en% en peso y 
y 
son las masas de sal y agua, respectivamente. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
La Figura 1 compara los efectos de agua introducida en la superficie de la salmuera con el agua inyectada a través de la salmuera. En el escenario de "capa de hielo", el hielo que se forma es sólida porque el agua no se mezclaba mucho con el fluido a granel. La diferencia de temperatura y la densidad entre los dos fluidos genera fuerza de flotabilidad en el agua e impide la mezcla. Ambos fluidos son estáticas (es decir, la transferencia de calor es mucho mayor que la de la masa; Sc ≈ 500, Pr ≈ 10, y Le ≈ 50), por lo que el hielo puede formar fácilmente. No hay ni formación de una capa blanda ni rechazo de sal en este experimento. Una vez que el hielo crece más grueso, se impedirá la transferencia de calor debido a su baja conductividad térmica y afectar a la velocidad de formación de hielo. En este punto, se puede observar claramente que el introducido "agua dulce" puede congelar sin demora ya no en un sólido. Además, sin la convección, la baja Thermal conductividad de la propia salmuera también dificulta el transporte del calor latente del disipador de frío. La velocidad de formación de hielo se asocia directamente con y muy sensible a la temperatura de la salmuera. Por ejemplo, el agua en -15 ° C salmuera congela mucho más rápido que en -13 ° C salmuera. En el caso de inyección de agua, la forma y el tamaño del hielo está relacionado con la reología de flujo. La varilla de hielo que se muestra en la Figura 1 tiene dos partes distintivas: una cabeza recta seguida por una cola rizada. La sección de rizado se forma mucho más cerca de la superficie de salmuera, donde el flujo tiene más turbulencia a la misma. La cola rizado es por lo general mucho más delgada que la cabeza recta debido a la aparición de la turbulencia, lo que minimiza la diferencia entre las tasas de transferencia de masa y de calor, sobre todo en la capa exterior de la corriente, donde las transferencias de calor y de masas son los mismos. Por lo tanto, sólo el núcleo interno se puede congelar en hielo. Si la salida del tubo se mantiene horizontal en vez de vertical hacia arriba, una lámina de hielo Wilgenerarse l. La generación de hielo se vuelve más estable y los resultados son reproducibles. Por último, se encontró que la reducción de la velocidad de flujo no es una forma efectiva de eliminar la mezcla. En lugar de ello, aumenta significativamente las posibilidades de bloqueo del tubo.
El ángulo de inyección de agua se mantiene a 0 ° con respecto al eje horizontal cuando se realizan mediciones de la relación de conversión de agua-hielo. La influencia de las temperaturas de salmuera y las concentraciones se ilustran en la Figura 2. Los ratios de conversión suelen sentarse entre 0,4 a 0,9 para las temperaturas y concentraciones de salmuera estudiados. Es importante mantener la reología de flujo y la posición de la formación de hielo constante frontera durante todo el experimento. El gran volumen de salmuera en el tanque B ayuda a reducir los efectos de los gradientes térmicos locales en las mediciones. La relación entre la temperatura de la salmuera y la relación de conversión es de primer orden para la rang temperatura estudiadomi. Los coeficientes para las líneas de mejor ajuste se enumeran en la Tabla 1. Si se utiliza un ángulo de inyección diferente, los ratios de conversión de agua-hielo a ya no siguen estas relaciones debido a que el área de contacto y por lo tanto, las tasas de transferencia de calor y masa, son diferentes. Al recoger el hielo, es importante mantener la fuerza aplicada a sacudir la salmuera / agua de lavado consistente y tratar de minimizar la cantidad de agua que queda en el tamiz. cantidades similares de agua utilizada para lavar la salmuera se deben aplicar para evitar inconsistencias en los resultados. Se encontró que si hay más de 500 ml de agua se utiliza para lavar el hielo, cualquier reducción adicional de salinidad es poco probable que ocurra. Cuando el volumen es inferior a 200 ml, la salinidad puede ser tan alta como 4% en peso.
Puesto que la temperatura del evaporador es mucho mayor que una máquina de hielo de superficie rayada, que generalmente utiliza -40 ° C, si se utiliza este método para producir hielo, se espera una mayor COPde acuerdo con nuestro cálculo en la Figura 3. Si, por ejemplo, la temperatura del evaporador es elevado a -20 ° C, la COP puede alcanzar casi 3 para refrigerante R134A.
Figura 1: posición de introducción de agua. Una "capa de hielo" puede formar cuando el agua se introduce en la superficie salmuera. Una barra de hielo se forma cuando la salida del tubo se mantiene en posición vertical. Cuando se inyecta agua en la salmuera, la forma de la hielo depende de la reología de flujo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Conversión de comparación de proporciones a diferentes concentraciones de salmuera con una línea de mejor ajuste. tanto brintemperatura e influencia y la concentración de la cantidad de agua pueden ser congelados en hielo (relación de conversión) cuando el caudal y la reología se mantienen la misma. La relación de conversión aumenta linealmente con una caída en la temperatura de la salmuera. Las concentraciones de salmuera inferiores a las temperaturas más bajas de baño generan más hielo. El método de lavado se acumula más hielo que el método de recogida seco. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: Coeficiente de rendimiento a diferentes temperaturas del evaporador para una gama de refrigerantes. temperaturas del evaporador más altas favorecen el coeficiente de rendimiento (COP) de los sistemas de refrigeración. Los dos refrigerantes de transición (R22 y R134A) tienen mejores COP que el R502 prohibido ya, y las mezclas (R404A y R507A).Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
| La concentración de sal (% en peso) | colección seca | colección húmeda | ||
| p1 | p2 | p1 | p2 | |
| 23.3 | -0,09909 | -1.34 | -0,1196 | -1,439 |
| 22 | -0,1204 | -1,633 | -0,1439 | -1,839 |
| 21 | -0,1261 | -1,682 | -0,1545 | -1.98 |
Tabla 1: Coeficientes FOr las líneas de mejor ajuste para la relación de conversión frente al diagrama de temperatura de la salmuera. La relación de conversión se correlaciona linealmente con la temperatura de la salmuera de acuerdo con la fórmula: 
. Ambos métodos en seco y húmedo de recolección se enumeran aquí.
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Discussion
El proceso de la generación de hielo usando salmuera como refrigerante secundario consiste en la combinación de calor y transferencia de masa. Si la transferencia de calor es mayor, entonces se forma el hielo antes de que el agua tiene la oportunidad de mezclarse con el líquido a granel. Se observó que cuando hay un movimiento relativo entre el agua introducida y la salmuera mayor de reposo (es decir, la inyección de agua dentro de la salmuera), el flujo de ayuda a la transferencia de calor y alienta hielo para formar rápidamente. Sin embargo, cuando hay demasiada turbulencia en el flujo, sin hielo se pueden generar. La mayor limitación de esta técnica es la mezcla y dilución de la salmuera. El volumen de salmuera seguirá aumentando ya que el proceso continúa. Por lo tanto, al hacer hielo de esta manera, es importante tener en cuenta el volumen de salmuera subiendo y bajando la salinidad salmuera. Además, se observó que si el hielo generado no se recoge, para que se derrita. Esto puede ser porque la salmuera no está en su temperatura de fusión, lo que permite tanto el calory la transferencia de masa entre el hielo formado y el líquido a granel. El modo de transferencia de calor y masa es sólo por difusión, y la tasa de fusión es lento. Sin embargo, ya que el hielo flota en la superficie de salmuera, la entrada de calor adicional del entorno ambiental incrementa la velocidad de fusión del hielo. Por esta razón, el hielo debe ser recogida rápidamente una vez que se produce para evitar un mayor aumento en el volumen de la salmuera.
La reducción de la dilución o separación del agua y la sal está siendo estudiado en nuestro laboratorio. Una de las muchas ideas es reintroducir el agua inyectada a otro tubo que es de mayor diámetro para que el agua sólo se expone al fluido a granel para un corto período de tiempo, reduciendo al mínimo el cambio de volumen del refrigerante secundario. la nucleación del hielo se produce cuando el agua se expone a la salmuera, seguido de la terminación del crecimiento del hielo en el tubo más grande. Mediante la adición de esta superficie sólida, la salinidad mayor parte del hielo generado es controlable. Por ejemplo, si se requiere un menor contenido de sal en el hielo, se puede añadir más "agua dulce" al fluido en el tubo secundario. La longitud de este tubo sumergido secundario se puede cambiar fácilmente, dependiendo de la fracción de hielo requerida del producto.
La reología de flujo tiene un impacto significativo en el área de superficie de contacto y en la relación de área a volumen del flujo en el fluido a granel. Nuestras observaciones indican que una mayor área de contacto es más favorable para el fomento de más hielo a la forma. Una mayor superficie de contacto también debería mejorar la transferencia de masa, pero aún no se ha observado en el rango de temperatura de la salmuera y la concentración estudiada. Parece que antes de que el flujo entra en la zona de transición, donde las turbulencias y la separación del flujo comienzan a ocurrir, siempre se creará hielo. Si el flujo se separa y existen grandes turbulencias, cada agrupación de moléculas de agua necesita su propio punto de nucleación, y el hielo no se puede formar en estas situaciones.
"> La relación entre la temperatura de la salmuera y la relación de conversión de agua a hielo es lineal, mientras que a una concentración de salmuera constante. Los cambios de la relación de conversión frente a la temperatura salmuera líneas de mejor ajuste indican que la concentración de salmuera también juega un papel importante en el proceso de dilución / agua de formación de hielo. Debido a la transformación de fase, las condiciones de contorno son muy diferentes en los estudios analogía calor y transferencia de masa convencionales, y por lo tanto, esas analogías no son suficientes para describir esta situación.Este estudio también reveló que, ya que la frontera de congelación se puede fijar a una distancia relativa estable de la salida del tubo, el flujo puede alcanzar una condición de estado estacionario. Esto indica que este fenómeno se puede utilizar como un nuevo mecanismo fiable para la producción de hielo en la industria, ya que se espera una temperatura del evaporador mucho más alto y COP en comparación con las técnicas de fabricación de hielo existentes.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores no tienen reconocimientos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| DMA 4500 M | Anton Paar | 81546022 | Density Metre |
| GELATO Chef 2200 | magimix | 0036500504R13 | Ice Cream Maker |
| 280D | FREEZE MASTER | 241-1441 | Pipe Freezer |
| M17.5X2 | BLUE ICE MACHINES | GK924 | Slushy Puppy Machine |
| HH68K | OMEGA | 140045 | Thermometer |
| OHAUS | TS4KW | 1324 | Scale |
| ZFC321WA/BNI225 | ZANUSSI | 920672574-00 | Freezer |
| EIS Heater Matrix | Vauxhall | 214720041 | Heat Exchanger |
| 2500LPH | JBA | AP-2500 | Pump |
| Glass syringe | FORTUNA Optima | 100 mL | |
| OAT concentrated coolant | wilko | P30409014 | Ethylene Glycol |
| pure dried vacuum salt | INEOS Enterprise | 1433324 | NaCl Salt |
| Methylated Spirits | Barrettine | 1170 | Methanol |
References
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