La forma mágica de convertir agua en hielo - El principio de funcionamiento de las máquinas de hielo enfriadas por aire

En términos sencillos, una máquina de hielo enfriada por aire es una máquina que enfría agua para convertirla en hielo utilizando un sistema de refrigeración y disipa el calor resultante utilizando ventiladores y aire ambiente. Su funcionamiento se puede dividir claramente en dos ciclos principales: el Ciclo de Refrigeración y Fabricación de Hielo y el Ciclo de Disipación de Calor (Aire).

Este ciclo se basa en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor e involucra cuatro componentes clave que trabajan en conjunto:

1. Compresor:
   1. Función: El corazón del sistema. Aspira gas refrigerante de baja presión y baja temperatura y lo comprime en un vapor sobrecalentado de alta presión y alta temperatura.
   2. Analogía: Como una bomba de bicicleta que se calienta al comprimir el aire.
2. Condensador:
   1. Función: Esta es una bobina, a menudo con aletas para aumentar el área de superficie. El vapor refrigerante caliente de alta presión del compresor fluye a través de esta bobina.
   2. Punto clave (Enfriado por aire): Un ventilador fuerza el aire ambiente a través de las aletas del condensador, eliminando el calor del refrigerante. A medida que el refrigerante pierde calor y su temperatura y presión disminuyen, se condensa de un gas a un líquido de alta presión y temperatura media.
   3. Efecto observable: Se siente aire caliente saliendo de los lados o la parte trasera de la máquina de hielo; este es el calor rechazado en la habitación.
3. Tubo capilar o válvula de expansión:
   • Función: Este es un dispositivo de medición, un tubo muy largo y estrecho. El refrigerante líquido de alta presión se fuerza a través de él, lo que provoca una caída repentina de presión y temperatura. Sale como una niebla fría de baja presión (una mezcla de líquido y gas).
4. Evaporador:
   • Función: Este es el componente clave donde se forma el hielo. Es un conjunto que incorpora los moldes de hielo (o rejillas de hielo) y la tubería de refrigerante.
   • Proceso: La niebla refrigerante fría de baja presión entra en el evaporador, donde absorbe una gran cantidad de calor (calor latente de vaporización) y se evapora de nuevo en un gas. Este proceso hace que la temperatura del evaporador caiga en picado muy por debajo de 0°C (32°F).
   • Formación de hielo: Una bomba de agua rocía agua uniformemente sobre la superficie fría del evaporador. El agua se congela capa por capa sobre los moldes. El ciclo continúa hasta que los bloques de hielo alcanzan un grosor preestablecido.

Resumen del estado del refrigerante: `Compresor` (Gas → Gas caliente de alta presión) → `Condensador` (Gas → Líquido, rechaza el calor) → `Tubo capilar` (Líquido → Niebla fría de baja presión) → `Evaporador` (Líquido → Gas, absorbe el calor para hacer hielo) → De vuelta al `Compresor`.

Las máquinas de hielo enfriadas por aire (usando el hielo en cubos común como ejemplo) suelen utilizar un proceso de fabricación por lotes. Un ciclo completo consta de:

1. Llenado de agua: La bomba extrae agua del depósito y la rocía uniformemente sobre la superficie fría del evaporador a través de un tubo de distribución de agua o un cabezal de pulverización.
2. Congelación: El ciclo de refrigeración está activo. El evaporador está extremadamente frío, lo que hace que el agua se congele en los moldes. Debido a que el agua se hace circular y se rocía (en lugar de ser un lote estático), forma hielo transparente y sólido en lugar de hielo turbio (la turbidez es causada por burbujas de aire atrapadas).
3. Detección del grosor del hielo: Hay dos métodos comunes:
   • Sonda de grosor: Una sonda mecánica o electrónica hace contacto con el hielo en crecimiento. Cuando la capa de hielo es lo suficientemente gruesa como para tocar la sonda, se envía una señal a la placa de control para indicar que el lote está completo.
   • Control por tiempo: El sistema funciona con un temporizador preestablecido para controlar el ciclo de congelación.
4. Cosecha (Descongelación): Esta es la fase inversa crucial.
   1. El compresor se detiene, deteniendo el ciclo de refrigeración.
   2. Una válvula inversora se activa (o se abre una válvula de gas caliente): Este componente cambia el flujo del refrigerante. Dirige el gas caliente de alta presión del compresor directamente al evaporador, evitando el condensador.
   3. Resultado: El gas refrigerante caliente fluye a través del evaporador, "descongelando" la superficie de los moldes de hielo.
   4. Liberación de hielo: La ligera fusión rompe la unión entre el hielo y el molde. Por gravedad, toda la rejilla de cubitos de hielo se desliza y cae en el depósito de almacenamiento de abajo.
5. Reinicio del ciclo: Después de la recolección, la válvula inversora se restablece y el sistema comienza un nuevo ciclo de "Llenado-Congelación-Cosecha".

• Ventajas:
  • Fácil instalación, ya que no se necesita conexión de agua para la disipación de calor.
  • Construcción relativamente simple y menor costo.
• Desventajas y consideraciones:
  • Sensible al medio ambiente: Si la unidad se instala en un espacio mal ventilado con alta temperatura ambiente (por ejemplo, por encima de 35°C / 95°F), el condensador no puede disipar el calor de manera efectiva. Esto conduce a una fuerte caída en la eficiencia y puede hacer que el compresor se sobrecaliente y se apague. Por eso es fundamental tener suficiente espacio libre alrededor de la máquina de hielo.
  • Calienta la habitación: Expulsa calor a la cocina o habitación, lo que puede aumentar la carga de aire acondicionado en verano.
  • Requiere mantenimiento: Las aletas del condensador pueden acumular polvo y residuos, que deben limpiarse regularmente para mantener un intercambio de calor eficiente.