Banco de hielo
Descripción y características generales
Banco de hielo con una superficie de hielo constantemente grande
Un banco de hielo con una superficie de hielo constantemente grande le permite enfriar el producto lo más rápido posible a pesar de los picos de carga. La ventaja de un banco de hielo es la alta capacidad de enfriamiento para la reducción de las cargas pico de enfriamiento, que se puede proporcionar con sistemas de refrigeración relativamente pequeños, porque deben diseñarse solo para la carga promedio.
Para obtener la mejor calidad posible de alimentos y productos lácteos, el rendimiento de refrigeración en cargas máximas no debe interrumpirse. El hielo otorga la máxima reserva de marcha y seguridad.
¿Qué ventajas tienen banco de hielos?
- La temperatura del agua helada se mantiene constante hasta el final del período de descongelamiento
- El volumen interno y por tanto la carga de refrigerante son más bajos
- El retorno de aceite está asegurado por el diseño de las placas
- La separación constante entre las placas permite el fácil acceso, a diferencia de los sistemas de tubos
- El uso de tanques existentes es posible (en caso de no ser de acero inoxidable pueden ser facilamente forrados internamente)
Uso y valor añadido del producto
Eficiencia de almacenamiento de hielo
La rentabilidad operativa del almacenamiento de hielo se basa en particular en la capacidad de utilizar energía nocturna a bajo precio, que a menudo cuesta solo la mitad en comparación con la tarifa normal, o limitar los requisitos de energía máxima, ya que esto determina el precio base del proveedor de electricidad.
El almacenamiento de hielo permite manejar picos de alto consumo de refrigeración incluso con sistemas de refrigeración que solo están diseñados para el valor promedio diario. Un sistema de almacenamiento de hielo es un innovador sistema de almacenamiento de energía que también se puede utilizar junto con sistemas fotovoltaicos para almacenar y utilizar energía renovable.
El hielo se almacena hasta que se necesita para liberar la energía almacenada. El almacenamiento de hielo se recarga mediante el uso de energías renovables como la fotovoltaica. Un sistema fotovoltaico convierte la luz solar en electricidad y, por lo tanto, puede contribuir al almacenamiento de hielo. El sistema fotovoltaico proporciona la electricidad necesaria para enfriar el agua en el almacenamiento de hielo y convertirla en hielo.
Otra ventaja de utilizar energía fotovoltaica junto con un sistema de almacenamiento de hielo es que la electricidad producida se puede usar directamente en el sitio. Esto significa que se pueden evitar fallas en la red y se reduce la necesidad de electricidad de la red. Esto es particularmente ventajoso en áreas rurales donde el suministro de energía no siempre es estable. La combinación de almacenamiento de hielo y sistemas fotovoltaicos también ofrece una excelente oportunidad para reducir el consumo de energía en los edificios. La energía almacenada se puede utilizar para bajar la temperatura ambiente y así reducir el uso de aire acondicionado.
Esto conduce a una reducción en el consumo de energía y, por lo tanto, también en las emisiones de CO2. En general, el uso de la energía fotovoltaica en combinación con el almacenamiento de hielo es una forma innovadora y respetuosa con el medio ambiente de almacenar y utilizar energía renovable. Se espera que esta tecnología se utilice cada vez más en el futuro para reducir la necesidad de combustibles fósiles y promover un suministro de energía sostenible.
Modo de almacenamiento en un banco de hielo
¿Cómo funciona un Banco de Hielo?
Un banco de hielo es un sistema innovador que utiliza agua congelada y tecnología diseñada específicamente para almacenar y administrar de manera eficiente la energía térmica durante períodos prolongados para que pueda usarse cuando sea necesario. Con este método, se pueden almacenar grandes cantidades de energía de forma económica, lo que lo hace perfecto para proyectos con altas demandas de energía durante el día y tarifas de energía bajas.
Modo de almacenamiento o acumulación de hielo: En el almacenamiento de hielo estático, las placas del evaporador están en un tanque abierto lleno de agua, i. A. en un tanque rectangular. El hielo se congela, según el tiempo de almacenamiento a una temperatura de evaporación de -4 a -10 °C sobre las placas verticales hasta formar una capa homogénea de hasta 55 mm, que se adhiere firmemente a las placas. (almacenamiento de hielo estático).
Operación de enfriamiento o fase de descongelación: El agua de retorno calentada se distribuye a través de un sistema de tuberías dispuestas en el fondo del tanque, lo que asegura una descongelación homogénea del hielo. Las tuberías de recirculación de aire en el fondo del tanque crean fuertes turbulencias y aseguran una transferencia de calor muy efectiva y, por lo tanto, temperaturas muy bajas del agua helada. La circulación de aire ahorra energía solo cuando es necesario, pero luego automáticamente. La superficie del hielo es ventajosamente idéntica a la superficie de la placa y permanece constante hasta el final de la descongelación, lo que asegura un rendimiento de refrigeración muy elevado y constante.
Al aprovechar el cambio de fase y la entalpía de fusión del agua a 333 kJ/kg, los sistemas de almacenamiento de hielo ofrecen una densidad de almacenamiento significativamente mayor de hasta 84.9 kWh/m³ basado en el volumen de agua en comparación con los sistemas de almacenamiento de agua fría. Esto se logra con una diferencia de temperatura de 6 K. Además, los sistemas de almacenamiento de hielo tienen pérdidas térmicas mínimas. A diferencia de los sistemas de almacenamiento de agua fría, los sistemas de almacenamiento de hielo almacenan tanto el calor sensible como el latente. Durante el proceso de extracción de calor, conocido como carga del sistema de almacenamiento de hielo, se forma hielo en la superficie del intercambiador de calor una vez que se alcanza o supera la temperatura local de nucleación.
¿Utilización de tarifas eléctricas favorables y evitación de picos de carga para el enfriamiento con almacenamiento de hielo?
La rentabilidad operativa del enfriamiento en forma de almacenamiento de hielo se basa sobre todo en la posibilidad de utilizar electricidad de bajo coste/electricidad nocturna, que a menudo cuesta sólo la mitad en comparación con la tarifa normal, o de limitar la demanda máxima de electricidad, ya que esto determina el precio básico del proveedor de electricidad.
Los sistemas de almacenamiento de hielo ofrecen una solución única para gestionar las cargas de la red eléctrica. Sirven como sistema de almacenamiento de energía térmica que almacena el excedente de electricidad en forma de frío cuando ésta es generada por centrales solares o eólicas. De este modo, la capacidad de las fuentes de energía renovables puede volver a utilizarse más adelante, para que la carga de la red eléctrica se mantenga estable y uniforme. El almacenamiento de hielo desempeña un papel esencial en el mantenimiento de un funcionamiento eficiente y eficaz de la red, lo que pone de relieve su importancia para la sostenibilidad.
El ahorro de costes logrado con los acumuladores de hielo se basa en el principio de que la máquina de refrigeración por compresión, que proporciona cobertura para la demanda pico, no funciona durante las horas punta y en cambio se utiliza el hielo almacenado para generar el enfriamiento necesario. Durante las horas nocturnas (horario reducido), se recarga con la máquina de refrigeración, asegurando hielo fresco para el día siguiente. Además de esta ventaja en costes debido a las tarifas eléctricas más bajas, hay también una ventaja termodinámica: durante la noche, gracias a las temperaturas más bajas en el exterior, el coeficiente de rendimiento de la máquina de refrigeración es mejor, permitiendo alcanzar la temperatura necesaria para la formación de hielo con una ligera mejora en su rendimiento.
Máxima reserva de energía y seguridad para temperaturas bajas y constantes del agua helada
Un banco de hielo es un sistema innovador que utiliza agua congelada y tecnología especialmente desarrollada para almacenar y gestionar eficazmente la energía térmica durante largos periodos de tiempo para utilizarla cuando sea necesario. Este método puede almacenar grandes cantidades de energía de forma rentable, por lo que es perfecto para proyectos con una gran demanda de energía durante el día y tarifas energéticas bajas.
El almacenamiento de hielo se adapta al rápido crecimiento de la demanda del enfriamiento. Esto es cierto en varios aspectos, en términos de consumo de energía, costes energéticos, costes de inversión y disponibilidad de espacio y electricidad. El almacenamiento de hielo es un método eficaz y eficiente de gestión de la energía. Cuando el agua se congela, la temperatura del hielo permanece constante a 0 °C hasta que se congela toda el agua líquida del ambiente. Durante este proceso, la energía asociada a la congelación se almacena en el propio hielo en forma de calor latente. Esta energía almacenada vuelve a estar disponible cuando el hielo se derrite y puede utilizarse para diversas aplicaciones, como el aire acondicionado o como amortiguador para estabilizar las redes eléctricas. El almacenamiento en hielo aprovecha esta propiedad física del agua y permite almacenar hasta 80 veces más energía de la que sería posible sólo en agua líquida.
El almacenamiento de hielo es también, y por lo general, un método rentable y energéticamente eficiente de enfriar procesos y edificios durante periodos de alta demanda.
El proceso de congelación del agua se produce en tres fases: subenfriamiento, nucleación y crecimiento de cristales. El agua líquida puede enfriarse hasta los 0 °C, e incluso, bajo ciertas condiciones, puede estar subenfriada hasta la temperatura de nucleación. La nucleación se refiere a la formación de una semilla de cristal. El agua que tiene una temperatura por debajo de la temperatura de fusión se llama agua subenfriada. El subenfriamiento es la diferencia entre la temperatura de fusión y la temperatura de nucleación. Por cada Kelvin de subenfriamiento en el almacenamiento de hielo, se forma 0.012 kg de hielo por kg de agua.
A partir de la estructura cristalina existente del núcleo, se forman los núcleos. Las moléculas difunden a través de la capa límite alrededor del núcleo desde el agua y se incorporan a la estructura cristalina, transfiriendo calor latente. La liberación del calor de cristalización conduce a un aumento repentino de la temperatura hasta la temperatura de fusión de 0 °C. La velocidad de cristalización depende en gran medida de la eficiencia con la que se puede disipar el calor de cristalización. Todo el volumen de almacenamiento puede congelarse a una temperatura de fusión constante hasta que el hielo esté subenfriado. La temperatura de fusión del agua es 0 °C.
Existen diferentes tipos de nucleación: homogénea, heterogénea y nucleación secundaria. La nucleación homogénea se produce cuando el hielo se forma a temperaturas muy bajas en agua muy pura. La temperatura para la nucleación homogénea puede ser inferior a -40 °C. En el agua subenfriada, se forman semillas de cristal, que son acumulaciones de moléculas de agua conectadas entre sí por enlaces de hidrógeno. Solo los grupos que tienen una estructura similar al hielo son relevantes para la formación de estructuras cristalinas. Los grupos se forman espontáneamente y se descomponen nuevamente. Con un aumento del subenfriamiento del agua, la formación y el crecimiento de grupos superan a la descomposición de grupos.
Almacenamiento de Hielo como Alternativa Innovadora a las Fuentes de Energía Convencionales
La Combinación de Energía Solar y Almacenamiento de Hielo
Los colectores solares térmicos ofrecen una eficiencia mucho más alta con una tasa de conversión del 80%. En comparación, los módulos fotovoltaicos solo tienen una tasa de conversión del 14 al 22%. Con un sistema solar térmico, necesitarás mucho menos espacio y tendrás una clara ventaja sobre los fotovoltaicos.
Utilizar un sistema de almacenamiento de hielo en conjunto con la energía solar proporciona almacenamiento de energía estacional para bombas de calor. Cuando no se permiten sondas geotérmicas, el suelo no es accesible, no se puede utilizar agua subterránea y una bomba de calor aire-agua no es una opción, un sistema de almacenamiento de hielo es una gran alternativa. Además, la capacidad de enfriar activamente habitaciones en el verano puede ser un argumento convincente, especialmente considerando el aumento de las temperaturas estivales. Esto también podría ser una alternativa viable para residencias privadas.
El sistema de almacenamiento de hielo está impulsado por la energía solar y el calor ambiente. Esta energía proviene del aire alrededor de los colectores solares, el calor natural del suelo y potencialmente otras fuentes de calor como la recuperación de calor de agua residual. Además, se puede utilizar la importante energía de cristalización de 93 kWh/m3 liberada durante la transición de agua a hielo.
Se utilizan colectores solares o absorbentes como fuente de calor primaria y para regenerar el sistema de almacenamiento de hielo. Estos colectores permiten temperaturas de operación muy eficientes y efectivas. Además, los colectores sin esmaltar o la ventilación activa también pueden utilizar el calor del aire ambiente. La condensación en la superficie del colector contribuye significativamente a la salida de calor. Cuando se utilizan colectores con acabado de vidrio y/o selectivos, el calor solar se puede utilizar directamente para calefacción y/o agua caliente sanitaria a temperaturas más altas.
Los sistemas de almacenamiento de hielo se están volviendo cada vez más populares como una solución alternativa para el almacenamiento estacional de calor en diversos edificios residenciales y comerciales. Con la reducción de las necesidades de calefacción y la creciente demanda de refrigeración utilizando energía renovable, la tecnología de almacenamiento de hielo en combinación con la energía solar está adquiriendo importancia.
Almacenamiento de hielo y bombas de calor
El almacenamiento industrial de hielo es una forma eficaz de almacenar la energía sobrante en forma de frío y utilizarla cuando se necesita. Combinando el almacenamiento de hielo con bombas de calor, las empresas pueden conseguir importantes ahorros de energía. Los procesos industriales suelen requerir una cantidad importante de energía para mantener las temperaturas necesarias para la producción. Normalmente, para ello se utilizan combustibles fósiles o sistemas de calefacción eléctricos, que conllevan elevados costes energéticos. Pero existen métodos alternativos para regular la temperatura que son mucho más eficientes desde el punto de vista energético.
La combinación de almacenamiento de hielo industrial y bombas de calor puede ayudar a reducir el consumo de energía en la industria. Para ello, el excedente de energía que se genera durante la producción o por la noche, por ejemplo, se utiliza para llenar el acumulador de hielo. Si luego se necesita energía térmica, el agua congelada del acumulador de hielo se utiliza para accionar la bomba de calor y generar la energía térmica necesaria.
El uso del almacenamiento industrial de hielo en combinación con bombas de calor supone un importante ahorro energético para las empresas. Al utilizar la energía sobrante en forma de frío para generar calor, la demanda energética de la empresa puede reducirse considerablemente. En algunos casos, la combinación de almacenamiento de hielo con bombas de calor puede proporcionar un ahorro energético de hasta el 50% en comparación con los métodos tradicionales de calentamiento y enfriamiento.
La producción industrial requiere una gran cantidad de energía, a menudo procedente de combustibles fósiles. Con el aumento de los costes energéticos y la creciente concienciación sobre el cambio climático, las empresas buscan soluciones energéticas innovadoras y sostenibles. Una tecnología prometedora para ahorrar energía es la combinación del almacenamiento industrial de hielo con bombas de calor.
El almacenamiento industrial de hielo en combinación con bombas de calor es una tecnología prometedora para ahorrar energía en la producción industrial. Utilizando electricidad nocturna barata y una fuente de energía renovable, la empresa puede reducir sus costes energéticos y, al mismo tiempo, sus emisiones de CO2.
El almacenamiento de hielo es un sistema de almacenamiento térmico que se puede utilizar junto con una máquina de refrigeración para reducir las cargas pico y aumentar la confiabilidad y seguridad en el suministro de frío. En combinación con una bomba de calor, el almacenamiento de hielo puede funcionar como una fuente de calor para calefacción en invierno. Se extrae calor del almacenamiento y se congela. En verano, se regenera mediante aporte de calor y puede utilizarse simultáneamente para enfriar el edificio.
Los bancos de hielo son depósitos térmicos que se pueden utilizar en combinación con una bomba de calor o una máquina refrigeradora. Durante la carga de un banco de hielo, se forma hielo en la superficie del intercambiador de calor una vez que se ha alcanzado una temperatura de nucleación localmente. Esto reduce la eficiencia del proceso de carga. La temperatura de nucleación es la temperatura de la superficie del intercambiador de calor al comienzo de la formación de hielo.
El almacenamiento de hielo se ha convertido en una alternativa establecida a las fuentes de energía convencionales para las bombas de calor. Son una parte integral de los modernos sistemas de calefacción de edificios, ya que funcionan tanto como fuente de calor como una opción eficiente de almacenamiento de calor a baja temperatura. Cada vez más edificios residenciales y comerciales están adoptando esta tecnología para el almacenamiento de energía estacional.
Combinación de un banco de hielo con un enfriador película descendente como preenfriador
En los sistemas de depósito "sin" sistema de distribución de agua caliente (normalmente con un enfriador película descendente como preenfriador o como diseño higiénico), el mayor espesor de hielo suele encontrarse en el lado de salida del agua. Debido al preenfriador, que reduce el hielo necesario, las temperaturas del agua que entra en el depósito de almacenamiento de hielo suelen ser bajas, pero la descongelación en la entrada de agua es mayor que en la salida. En el caso de caudales muy fluctuantes, se utiliza un principio de depósito dividido. El agua se introduce primero en el tanque inferior, primero en una tubería de mezcla y después, a través de una bomba de circulación, en el enfriador película descendente, que debe recibir un caudal de volumen relativamente constante. Si el nivel de agua del tanque de almacenamiento de hielo es aproximadamente constante, la tubería de mezcla está abierta en la parte superior e inferior, permitiendo tanto más como menos flujo hacia el tanque de almacenamiento de hielo, mientras que la bomba de circulación hacia el preenfriador siempre puede suministrar el volumen establecido para que el preenfriador funcione de la forma más eficiente y sin hielo posible. El principio de depósito dividido con tubo mezclador aumenta la flexibilidad de los datos de funcionamiento, como suele ser habitual en el almacenamiento de hielo. Para obtener la mejor calidad posible de los alimentos y productos lácteos, la capacidad de refrigeración no debe colapsarse durante los picos de carga.
Medición del espesor del hielo para supervisarlo y controlarlo
El espesor de hielo deseado puede ajustarse mediante un sensor situado entre las placas del intercambiador de calor. El sensor transmite la señal a un controlador del espesor del hielo. El controlador asume la función de suministrar la señal de encendido/apagado para el funcionamiento del sistema de refrigeración. Por lo general, si la unidad de almacenamiento de hielo ya tiene un sistema de refrigeración instalado de nosotros, entonces el sensor de espesor de hielo ya ha sido probado. Sin embargo, después de un funcionamiento más prolongado, surgen condiciones que no pudieron simularse en el funcionamiento de prueba. Es posible que haya que reajustar el espesor del hielo.
Características técnicas
Algunas ventajas
- El hielo y el agua únicamente toman contacto con superficies de acero inoxidable
- La superficie lisa de las placas facilita su limpieza
- temperatura del agua helada muy estable por debajo de 1°C hasta el final del proceso
- muy alta potencia de enfriamiento para picos
Especificaciones técnicas
- Unidades compactas con tanque de 50 kWh a 2000 kWh de acumulación
- Sistemas de placas de 2500 kWh a 100000 kWh de acumulación
- Aptos para todos los refrigerantes y modos de funcionamiento, incluso glicol y CO2
- Para unidades individuales o sistemas de refrigeración central
Aplicaciones y beneficios
- Aumente la capacidad de enfriamiento máxima con un sistema de refrigeración más pequeño
- Reducción de los picos de potencia en la red eléctrica
- Uso de tarifas bajas por noche
- Utilización en la enfriamiento del agua para la elaboración de cerveza
- Refrigeración de la leche en granjas y enfriamiento de los productos lácteos
- Enfriamiento con agua helada de los alimentos
Construcción y dimensiones máximas
Dimensiones típicas, sin unidad condensadora
L (m) / A (m) / A (m)
Sistema compacto: 0.5 / 2.3 / 1.5
Placas tipo A: 2.5 / 2.3 / 2.2
Placas tipo B: 10 / 2.3 / 2.2
Fotos y ejemplos
Aplicamos la ingeniería y la termodinámica de forma óptima a los distintos procesos de fabricación.
Expertos en termodinámica, ingeniería técnica y soldadura definen las dimensiones, el diseño y la fabricación de paneles y sistemas de intercambio de calor según las necesidades específicas del cliente, sea en acero normal, acero austenítico o titanio, garantizando de este modo la comercialización exitosa de sus servicios a nivel internacional.
Para este fin, se recurre a la experiencia acumulada a lo largo de los últimos cien años en el campo de la tecnología de fabricación y los cálculos que se sigue optimizando constantemente.
En la percepción de nuestros clientes el producto Buco significa:
Technical and process-oriented consulting
Thermodynamic efficiency
Quality and longevity
