Summary
Aqui, nós apresentamos um protocolo para demonstrar a geração de gelo quando a água é introduzida para um banho frio de salmoura, tal como um refrigerante secundário, numa gama de temperaturas bem abaixo do ponto de congelação da água. Ele pode ser usado como um meio alternativo de produção de gelo para a indústria.
Abstract
Nós demonstramos um método para o estudo da transferência de calor e massa e os fenómenos de congelação em um ambiente de salmoura sub-arref ecido. A nossa experiência mostrou que, sob as condições adequadas, o gelo pode ser produzido quando a água é introduzida para um banho de salmoura fria. Para tornar a forma de gelo, para além de ter a mistura de água e salmoura, a taxa de transferência de calor deve ignorar a de transferência de massa. Quando a água é introduzida na forma de pequenas gotas à superfície da solução salina, o modo de calor e transferência de massa é por difusão. A flutuabilidade pára de água se misture com a água salgada por baixo, mas como o gelo cresce mais espessa, ela diminui a taxa de transferência de calor, fazendo com que o gelo mais difícil crescer como resultado. Quando a água é introduzida dentro da solução salina na forma de um fluxo, um número de factores são encontrados para influenciar a quantidade de gelo que se formam. temperatura salmoura e concentração, que são as forças motrizes de calor e transferência de massa, respectivamente, podem afetar a rati conversão água-geloO; mais baixas temperaturas do banho e concentrações de salmoura incentivar mais a formação de gelo. A reologia do fluxo, o que pode afectar directamente tanto o calor e os coeficientes de transferência de massa, é também um factor chave. Além disso, o fluxo muda a reologia da área de contacto do fluxo de fluido com a granel.
Introduction
Lamas de gelo são amplamente utilizados na indústria, e uma aplicação particularmente bem sucedida é a tecnologia de raspagem de gelo 1, 2. Em comparação com a espuma convencional e porco sólido, o porco gelo pode viajar através topologias complexas a uma grande distância devido ao efeito de lubrificação da fase líquida e a elevação do seu ponto de congelamento, como alguns dos cristais de gelo derreter 3, 4, 5 . Mesmo se o porco fica preso, pode-se simplesmente esperar que as suspensões de gelo a derreter e retomar o processo de limpeza mais tarde. Este método de limpeza de tubos é barato e fácil de usar.
A fracção de gelo desempenha um papel chave no desempenho do raspador de gelo. Para medir a fracção de gelo, uma pode utilizar um cafetière (prensa Francesa) para determinar se a pasta de gelo é suficientemente espessa 6,"> 7. Uma fração de gelo alta cafetière, normalmente 80%, é necessário aquando da realização de raspagem de gelo. Uma pesquisa recente na detecção fração de gelo on-line mostrou que ambas as ondas eletromagnéticas e ultra-som são adequados para o trabalho 8, 9, 10, 11.
O porco gelo é geralmente feito por um máquina de fazer gelo de superfície raspada a partir de uma solução de NaCl a 5% em peso (salmoura). É também a principal maneira de fazer suspensões de gelo na indústria. Este tipo de máquina de fazer gelo congela água ou salmoura em uma superfície metálica fria, tipicamente uma superfície de 316 aço suave e, em seguida, corta ciclicamente as partículas de gelo off. As interfaces líquido-metal são muito complexas e são afetados por uma ampla gama de fatores que são essenciais para fazer gelo 12. A interface entre o não-metálica e de água podem ser muito diferentes, e um exemplo especialmente interessante é caulinite. o Kaolinterface de água INITE é especial porque não existe uma estrutura favorável gelo adjacente à superfície do sólido, mas, em vez de uma camada de substrato de fluido anfotérico que encoraja os aglomerados ligados a hidrogénio do tipo ICE para formar no topo de 13, 14. Uma outra maneira de produzir o porco gelo requer o esmagamento dos blocos de gelo enquanto premade salmoura de elevada concentração são adicionados em simultâneo. Por este método, o sistema de refrigeração pode ser executado a uma temperatura de evaporação muito maior porque não depressor do ponto de congelação (DPF) é adicionada antes da formação do gelo; É, portanto, considerado mais eficiente devido à taxa de compressão reduzido e poder diminuído para um determinado serviço de arrefecimento 15, 16, 17.
Existem dois outros métodos de produção de gelo: a produção de gelo da água super e colocando refrigerante e água em contacto directo
A formação de gelo requer calor e transferência de massa devido ao calor latente de fusão gerada no processo. Foi descoberto pela primeira vez por Osborn Reynolds em 1874 que o transporte de calor e massa em estufa estão fortemente acoplados e podem ser expressos em fórmulas matemáticas semelhantes 20. Este trabalho formou o papel pioneiro sobre o assunto do momento, calor e transferência de massa em fluidos e foi reeditado várias vezes 21, 22. Este assunto foi então estudado por umnúmero de outros, de ambas as abordagens analíticas e empíricas, por gases, líquidos e metal fundido 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33. Para além da transferência de calor e massa, o fluido precisa de locais de nucleação de gelo em que o crescimento dendrítica pode desenvolver. Uma visão moderna para o crescimento de cristais de gelo utiliza Lei Constructal, desenvolvido por Adrian Bejan, para explicar por que o gelo cresce deste modo 34, 35, 36.
A formação de gelo em salmoura é muito diferente do que em água pura, devido à existência de sal. Em primeiro lugar, sal muda a termodinâmica do fluido e deprime seu ponto de congelamento. Em segundo lugar, o sal não pode dissolver-se na matriz de gelo (excepto para hydrohalite, que só pode formar-se quando a temperatura atinge o ponto eutéctico), e é rejeitado para o fluido a granel quando o gelo começa a crescer. A rejeição de sal foi descoberto em ambos gelo do mar e gelo estudada no laboratório 37, 38. Uma vez que a salmoura de alta concentração é rejeitada a uma temperatura bem abaixo do ponto de congelação da água do mar, à medida que desce, gelo cresce na interface entre a solução salina que flui e o fluido em massa quiescente. Estas estalactites de gelo, também chamados brinicles, foram descobertos pela primeira vez em McMurdo Sound, Antarctica e foram estudados experimentalmente 39, 40, 41, 42. Em 2011, a BBC filmou a formação de brinicles em sua série planeta congelado"xref"> 43, 44.
No nosso laboratório, foi descoberto que invertendo os fluidos de fluidez e quiescentes quando a água é introduzida para um banho de salmoura fria, a água pode transformar-se em gelo sob as condições correctas 45. Verificou-se que o local onde é introduzida a água, o fluxo de reologia, temperatura e salmoura e concentração são todos os principais factores que influenciam a quantidade de gelo pode ser produzida. O objetivo geral deste estudo é investigar se uma máquina de gelo podem ser desenvolvidas através deste mecanismo para gerar pastas de gelo, considerando que a temperatura do evaporador elevada e a alta taxa de transferência de calor líquido-líquido pode aumentar a eficiência do uso de energia. Este artigo compartilha alguns aspectos fundamentais da experiência.
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Protocol
Cuidado: Existem dois produtos químicos venenosos, de metanol e de etileno-glicol, utilizadas nestas experiências. O metanol pode ser metabolizado no corpo humano para gerar formaldeído e, em seguida, com o ácido fórmico ou sal de formato. Estas substâncias são venenosas para o sistema nervoso central e podem mesmo causar a morte. Etileno glicol pode ser oxidado para se obter o ácido glicólico, o que pode, em seguida, se transformar em ácido oxálico. Isto pode causar falha renal e morte. Não beba estes produtos químicos. Consulte um médico imediatamente se ocorrer um acidente.
1. O Sistema de Arrefecimento
NOTA: É muito difícil manter a solução salina a -18 ° C ou então quando a temperatura ambiente é aproximadamente à temperatura ambiente. É importante que os tanques de armazenamento do glicol de etileno e água salgada são bem isolado e de uma dimensão razoável para evitar o excesso de consumo de electricidade e para garantir o desempenho ideal do sistema. Recomenda-se que o tamanho do tanque não exceda 30 L.
- Prepara-se o fluido de arrefecimento secundário
- Pour 1 L de etileno glicol para dentro do tanque de refrigeração secundário, do tanque A (base: 400 mm x 200 mm, altura: 350 mm). Adicionar aproximadamente 0,6-,65 L (600-650 g) de água para Tanque A.
- Repita o passo 1.1.1 várias vezes até que haja bastante líquido no tanque A (25 L).
- Agita-se o fluido, de modo que o fluido é homogéneo.
- Ligue as duas bombas no tanque A para o ajuste de capacidade total (2,500 L / h). Certifique-se de que todas as bolhas presas nos trocadores de calor e tubos são liberados.
- Desligue a bomba para observar se todas as bolhas são liberadas. Se não, repita o passo 1.1.4.
- Preparação da solução salina
NOTA: neste exemplo, 22% em peso de solução salina é preparado. Se forem necessários outros concentrações, a massa de sal adicionada deve também ser alterado em conformidade. Os valores de concentração e densidade de salmoura de referência pode ser encontrada na página D-257 da 64 ª Edição (1983) do the CRC Handbook of Chemistry and Physics 46.- Adicionar 4 kg de água numa proveta de 5 L de plástico.
- Medida 1 kg de sal NaCl em balança eletrônica e despeje este sal no copo com água.
- Agita-se a mistura até a solução estar clara (isto é, não há partículas de sal ou bolhas de água visíveis na solução).
- Tomar uma amostra, ~ 10 mL, da solução, utilizando uma seringa de 10 ml.
- Injectar o fluido para dentro do medidor de densidade de tubo em U.
- Verifique se há bolhas de ar no tubo. Se houver algum, injetar mais fluido para empurrá-los para fora.
- Pressione o botão "Quick Settings" e selecione "Densidade de temperatura." Digite 20 ° C e pressione "OK". O medidor de densidade vai agora medir a densidade do fluido a essa temperatura.
- Carregue em START e aguarde o resultado.
- Compare a leitura da densidade com 1164,00 kg / m 3.
- Adicione mais sal se a leitura está abaixo do COMPARAÇÃOdensidade n. Adicione a água em caso contrário.
- Repita os passos 1.2.3-1.2.10 até que a densidade do fluido está correta (1164.00 kg / m 3).
- Coloque esta solução para um recipiente maior, Recipiente A.
- Use as etapas 1.2.1-1.2.12 para fazer 35-40 L de salmoura e colocar Container A em um freezer a -40 ° C. Mantenha a salmoura lá por 48-72 h, até a sua temperatura atingir -19,18 ° C (ponto deste salmoura 22% em peso de congelamento).
2. Preparação do gelo para a injecção e da água de lavagem
- Prepare gelo para a água injetando
- Pour 1 L de água num recipiente de pequenas dimensões (200 x 200 x 50 mm).
- Repita o passo 2.1.1 com outro recipiente e coloque os dois recipientes no congelador a -40 ° C.
- Mantê-los no congelador durante 10 horas ou mais para assegurar que toda a água é congelada.
- Prepare shell de gelo da água de lavagem
- Encher um copo de 5 L com 5 L de água.
- Encher um copo de 2 L com 2 L de água.
- Coloque as duas taças para o freezer a -40 ° C, durante 8-10 h para que haja uma espessa shell de acondicionamento de gelo em torno da água descongelada.
- Utilizar um jacto de água de alta velocidade a uma velocidade de 3-5 m / s a partir da torneira de abrir um buraco de 3 cm de diâmetro na parte superior do reservatório de gelo.
- Escorra a água no interior do reservatório de gelo.
- Coloque as duas taças de volta no congelador.
- Se a massa do gelo shell não chegar a 3 kg e 1 kg para as duas taças, respectivamente, repita os passos 2.2.1-2.2.5, mas manter os copos no congelador já na etapa 2.2.3. As duas provetas agora deve ser capaz de conter 2 L e 1 L de água, respectivamente.
3. Água Introdução posição ea experiência de controle de Reologia
- Introduzir água na superfície da solução salina
- Decantar 2 L de salmoura fria 22% em peso de Container A nobalde de alumínio da máquina de sorvete e interruptor na unidade de refrigeração.
- Medir a temperatura da solução salina com um termómetro / termopar (ou K-tipo ou tipo T são adequados). Continue a experiência se a salmoura é de -15 ° C ou inferior.
- Encha a seringa de vidro de 100 ml com água da torneira à temperatura ambiente. Anexar um diâmetro interno de 2 mm, 1 mm de espessura, e um tubo-m de comprimento de silicone para a ponta da seringa.
- Colocar a seringa numa posição específica de modo a que existe uma cabeça entre a água na seringa e a saída do tubo de silicone. A pressão hidrostática vai apertar a água para fora do tubo.
- Submerge um certo comprimento do tubo de silicone, tipicamente de 70 cm, para a salmoura.
- Ajustar a posição relativa entre a seringa e a saída do tubo de modo que a pressão hidrostática é grande o suficiente para permitir que a água a sair da seringa. Se o tubo for bloqueado, aumentar a cabeça, elevando a seringa para uma posição vertical mais elevada, until a pressão hidrostática pode ultrapassar a tensão de corte dentro do tubo.
- Manter a saída do tubo a cerca de 1 cm ou menos acima da superfície da solução salina.
- Ajuste o comprimento do tubo submerso e a altura da seringa para controlar a saída da água deixar temperatura e taxa de fluxo, a fim de determinar a quantidade de gelo pode ser feito ou quanto mistura ocorre na superfície da solução salina. O fenómeno de congelação deve agora ser observada na superfície da solução salina. Consulte a Referência 45 para um sentido mais adicional.
- Introduzir água através da salmoura
- Repita os passos 3.1.1-3.1.6.
- Manter a saída do tubo no interior da salmoura, de preferência na parte inferior do recipiente.
- Ajuste o comprimento do tubo submerso e a altura de uma seringa.
- Ajustar o ângulo de saída do tubo para controlar a reologia do fluxo.
- Repita os passos 3.2.3-3.2.4 para encontrar a reologia fluxo melhor acoplados e taxa que pode produzir a maior parte do gelo fluir.
- fazer gelo
- Se houver bolhas nos tubos, ligar as duas bombas no interior do tanque A para liberar as bolhas de fora do sistema de circulação de glicol, e depois desligar as bombas.
- Ligue as três unidades de refrigeração e deixá-los correr para 10-16 h para arrefecer as soluções de etilenoglicol.
- Meça a solução de etileno glicol com um termômetro / termopar. A temperatura de glicol deve ser de cerca de -25 ° C.
- Medir a temperatura da salmoura na Categoria A para se certificar de que está em -19 ° C antes de prosseguir para a etapa 4.1.5.
- Encha o tanque de água salgada, Tanque B, com cerca de 30 L de salmoura de Container A e ligue as duas bombas no tanque A.
- Medir a temperatura do glicol em tanque A. Se for mais fria do que -19 ° C, desligar um ou mais unidades de arrefecimento para evitar a precipitação de partículas de gelo dos permutadores de calor no exterior in Tanque B. Se a temperatura é mais quente do que a temperatura de salmoura esperado, ligar todas as três unidades de refrigeração. Efectua-se a experiência a -17 ° C a -19 ° C.
- Coloque os dois blocos premade de gelo a partir do passo 2.1 para o isolamento 5-L taça, Container B, e despeje cerca de 3 L de água no copo.
- Medir a temperatura da água e mantê-lo a 2 ° C por agitação da mistura entre os experimentos se a temperatura subir.
- Encher a seringa de vidro com 100 ml de água a 2 ° C.
- Aplicar 5-10 mL de metanol até a janela de vidro do tanque B para parar a condensação e a formação de gelo.
- Injectar a água na salmoura, ajustando a posição relativa entre a seringa e a saída do tubo de modo que há uma pressão hidrostática constante e, portanto, uma taxa de fluxo constante. Cerca de 70 cm do tubo de silicone deve ser submerso na salmoura. Ajustar o ângulo de injecção a 0 °, de modo que a velocidade inicial da água para cima na direcção é 0 m / s.
NOTA: A seringa pode ser fixada ou de um suporte de mão. -Mão é mais apropriado quando a temperatura salmoura é mais frio, porque leva mais tempo para ajustar uma posição, e gelo podem bloquear o tubo. Mantenha a reologia fluxo consistente durante todo o experimento, garantindo um ângulo de vazão e injeção constante (0 °) e, mantendo a fronteira congelamento cerca de 3 cm acima da saída do tubo. Não deixe que o fluxo de entrar na região onde ele começa a virar turbulenta 47. Consulte a Referência 45 para um sentido mais adicional. - Recolhe-se o gelo tal como descrito nas etapas 4.2 e 4.3. Repita os passos 4.1.8 - 4.1.11 a diferentes temperaturas salmoura.
- Recolher o gelo produzido e estimar a quantidade de gelo é produzido (recolha seco)
- Coloque um recipiente (200 × 200 × 50 mm) na escala e zero a leitura premindo o botão "Ativar" botão.
- Use a peneira para colher o gelo e sacudia salmoura.
- Coloque esse gelo no recipiente. Medir a massa de gelo por meio da escala.
- Depois de o gelo é derretido, utilizar a seringa de 10 mL para dar uma amostra. Injectar a amostra de líquido para dentro do medidor de densidade.
- Execute os passos 1.2.6-1.2.9.
- Registre a leitura densidade.
- Calcula-se a massa de água líquida a partir da sua densidade (isto é, a massa de água convertida em gelo) com a seguinte fórmula:
Onde
é a concentração de salmoura em peso e% 
e 
são as massas de sal e de água, respectivamente.
- Recolher o gelo produzido e estimar a quantidade de gelo é produzido (recolha molhada)
- Encha o copo 5-L com um shell de gelo (passo 2.2) e sala de temperatura da água da torneira. Coloque-o de volta para o congelador a -40 ° C.
- Decantar a água com o escudo de gelo a partir do 5-G numa proveta de 2-L proveta quando a sua temperatura é de 0 ° C. Encha o 5-L proveta. Mantenha as duas taças no congelador.
- Retire o gelo produzido nos passos 4.1.8 e 4.1.9 e despeje 200-500 mL de água a partir da proveta de 2 L para o gelo para lavá-lo. Não agite a peneira antes de aplicar a água de 0 ° C.
- Agitar o fluido na peneira.
- Repita os passos 4.2.2-4.2.7.
é a concentração de salmoura em peso e% 
e 
são as massas de sal e de água, respectivamente. Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
A Figura 1 compara os efeitos de água introduzido na superfície da solução salina a água injectada através da salmoura. No cenário "gelo-tampão", o gelo formado é sólida porque a água não se misturam muito com o fluido a granel. A diferença de temperatura e densidade entre os dois fluidos gera força de empuxo sobre a água e os impede de mistura. Ambos os fluidos são estáticas (por exemplo, a transferência de calor é muito maior do que a da massa; Sc ≈ 500, Pr ≈ 10, e Le ≈ 50), de modo que o gelo pode formar facilmente. Não há nem formação de uma camada pastosa nem rejeição de sal nesta experiência. Uma vez que o gelo cresce mais espessa, que irá dificultar a taxa de transferência de calor devido à sua baixa condutividade térmica e afectam a taxa de formação de gelo. Neste ponto, pode ser claramente observado que o introduziu "doce água" pode congelar não prontamente em um sólido. Além disso, sem convecção, a partir thermal condutividade do próprio salmoura também dificulta o transporte do calor latente do dissipador frio. A taxa de formação de gelo está directamente associada com e muito sensível à temperatura da salmoura. Por exemplo, em água -15 ° C salmoura congela-se muito mais rapidamente do que em -13 ° C salmoura. No caso de injecção de água, da forma e tamanho do gelo está relacionada com o fluxo de reologia. A haste de gelo mostrado na Figura 1 tem duas partes distintas: uma cabeça linear seguida por uma cauda enrolada. A secção encaracolado é formada muito próximo à superfície da solução salina, em que o fluxo tem mais turbulência a ele. A cauda enrolada é normalmente muito mais finas do que a cabeça plana, por causa do aparecimento de turbulência, o que minimiza a diferença entre as taxas de calor e transferência de massa, especialmente na camada externa da corrente, em que as transferências de calor e de massa são as mesmas. Portanto, apenas o núcleo interno pode congelar-se em gelo. Se a saída do tubo é mantido horizontal em vez de vertical para cima, uma folha de wil gelol ser gerado. A geração de gelo torna-se mais estável e os resultados são reprodutíveis. Por fim, verificou-se que baixando a taxa de fluxo não é uma forma eficaz de eliminar a mistura. Em vez disso, aumenta significativamente as probabilidades de bloqueio do tubo.
O ângulo de injecção de água deve ser mantida a 0 ° em relação ao eixo horizontal ao efectuar medições de relação de conversão água-gelo. A influência das temperaturas de salmoura e as concentrações encontram-se ilustrados na Figura 2. As taxas de conversão geralmente sentar-se entre 0,4-0,9 para as temperaturas de salmoura estudadas e concentrações. É importante manter a reologia e a posição de fluxo de formação de gelo fronteira constante ao longo da experiência. O grande volume de salmoura no tanque B ajuda a reduzir os efeitos de gradientes térmicos locais sobre as medições. A relação entre a temperatura de salmoura e a taxa de conversão é de primeira ordem para o Rang temperatura estudadae. Coeficientes para as linhas de melhor ajuste estão listados na Tabela 1. Se um ângulo de injecção diferente é usado, as razões de conversão água-gelo deixará de seguir estes relacionamentos, porque a área de contacto e, portanto, as taxas de transferência de calor e massa, são diferentes. Ao recolher o gelo, é importante para manter a força aplicada para sacudir a água salgada / lavagem consistente e tentar minimizar a quantidade de água na peneira. Quantidades semelhantes de água usada para lavar a salmoura deve ser aplicada para evitar resultados inconsistentes. Verificou-se que, se mais do que 500 ml de água é usado para lavar o gelo, qualquer redução adicional da salinidade é improvável de ocorrer. Quando o volume é inferior a 200 ml, a salinidade pode ser tão elevada como 4% em peso.
Uma vez que a temperatura do evaporador é muito maior do que uma máquina de fazer gelo de superfície raspada, que geralmente usa -40 ° C, se este método é usado para produzir gelo, uma maior COP é esperadode acordo com os nossos cálculos na Figura 3. Se, por exemplo, a temperatura do evaporador é elevada até -20 ° C, o COP pode atingir quase 3 por R134A.
Figura 1: Posição de introdução de água. Um "calota de gelo" pode se formam quando a água é introduzida na superfície da salmoura. A vara de gelo se forma quando a saída do tubo é mantido na vertical. Quando a água é injectada na salmoura, na forma de gelo depende da reologia fluxo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: comparação relação de conversão em diferentes concentrações de água salgada com uma linha de melhor ajuste. ambos brintemperatura e concentração e influência a quantidade de água pode ser congelada em gelo (razão de conversão) quando a taxa de fluxo e reologia são mantidos os mesmos. A taxa de conversão aumenta linearmente com uma queda na temperatura salmoura. As concentrações de salmoura menor em temperaturas mais baixas banho gerar mais gelo. O método de lavagem recolhe mais gelo do que o método de coleta de seca. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: O coeficiente de desempenho em diferentes temperaturas do evaporador para uma variedade de agentes de refrigeração. As temperaturas mais elevadas favorecem a evaporação do coeficiente de desempenho (COP) dos sistemas de refrigeração. Os dois refrigerantes de transição (R22 e R134A) têm melhores COPs do que o R502 já proibidos e as misturas (R404A e R507A).Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
| A concentração de sais (em peso%) | coleta seca | coleção Wet | ||
| 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 |
Tabela 1: Coeficientes for as linhas de melhor ajuste para a taxa de conversão em relação diagrama de temperatura salmoura. A razão de conversão de forma linear correlaciona-se com a temperatura da solução salina de acordo com a fórmula: 
. Ambos os métodos seco e molhado de coleta estão listados aqui.
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Discussion
O processo de geração de gelo usando solução salina como um refrigerante secundário envolve a combinação de calor e transferência de massa. Se a transferência de calor é maior, então as formas de gelo antes que a água tem a chance de se misturar com o fluido a granel. Observou-se que, quando existe um movimento relativo entre a água introduzida e a salmoura grandes quantidades de repouso (isto é, injectando água dentro da solução salina), o fluxo ajuda a transferência de calor e encoraja a formação de gelo rapidamente. No entanto, quando existe demasiada turbulência no fluxo, não gelo pode ser gerado. A maior limitação desta técnica é o de mistura e diluição da solução salina. O volume de salmoura continuará subindo como o processo continua. Portanto, ao fazer gelo Desta forma, é importante estar ciente do volume de salmoura subindo e caindo salinidade salmoura. Além disso, observou-se que se o gelo gerado não é recolhido, que irá derreter. Isso pode ser porque a salmoura não está em sua temperatura de fusão, permitindo que tanto o calore transferência de massa entre o gelo formado e do fluido a granel. O modo de calor e transferência de massa é apenas por difusão, ea taxa de derretimento é lento. No entanto, uma vez que o gelo flutua na superfície da solução salina, a entrada de calor adicional a partir do ambiente circundante aumenta a taxa de fusão do gelo. Por esta razão, o gelo gerado deve ser recolhida imediatamente, uma vez que é produzido a fim de evitar um aumento adicional do volume da solução salina.
Reduzir a diluição ou separar a água e sal está actualmente a ser estudado em nosso laboratório. Uma das muitas ideias é reintroduzir a água injectada para um outro tubo, que é de maior diâmetro para que a água só irá ser exposto ao fluido de grandes quantidades durante um curto período de tempo, minimizando a variação do volume do refrigerante secundário. a nucleação do gelo ocorrerá quando a água é exposta à salmoura, seguido pela realização do crescimento do gelo no tubo maior. Ao adicionar esta superfície sólida, a salinidade do gelo grandes quantidades gerado é controlável. Por exemplo, se o menor teor de sal no gelo é necessário, pode adicionar-se mais "água doce" para o fluido no tubo secundário. O comprimento submersa deste tubo secundário pode ser facilmente alterado, dependendo da fracção de gelo necessária do produto.
A reologia de fluxo tem um impacto significativo sobre a área da superfície de contacto e na razão de área para volume do fluxo do fluido em grandes quantidades. As nossas observações indicam que uma maior área de contacto é mais favorável para encorajar mais a formação de gelo. Uma área maior de contato também devem reforçar a transferência de massa, mas ainda não foi observada no intervalo de temperatura de salmoura e concentração estudada. Parece que, antes de o fluxo entra na zona de transição, onde as turbulências e a separação do fluxo de começar a ocorrer, o gelo irá sempre ser criado. Se o fluxo separa e existem grandes turbulências, cada agrupamento de moléculas de água precisa de seu próprio ponto de nucleação, e gelo não podem formar nestas situações.
"> A relação entre a temperatura de salmoura e a taxa de conversão água-gelo é linear, enquanto a uma concentração salmoura constante. Os deslocamentos da taxa de conversão em relação a temperatura salmoura linhas de melhor ajuste indicam que a concentração de salmoura também desempenha um papel importante na o processo de diluição / água a formação de gelo. Devido à transformação de fase, as condições de contorno são muito diferentes em estudos analogia ao calor e transferência de massa-convencionais, e, portanto, essas analogias não são suficientes para descrever esta situação.Este estudo também revelou que, uma vez que a fronteira de congelação pode ser fixo a uma distância relativamente estável da saída do tubo, o fluxo pode atingir uma condição de estado estacionário. Isto indica que este fenómeno pode ser utilizado como um novo mecanismo fiável para a produção de gelo na indústria, desde uma temperatura muito mais elevada do evaporador e COP são esperados em comparação com as técnicas de produção de gelo existentes.
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Disclosures
Os autores não têm nada a revelar.
Acknowledgments
Os autores não têm confirmações.
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 |
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