La única forma sencilla de clasificar las diferentes fábricas de hielo es describiendo el tipo de hielo que producen; tenemos, pues, el hielo en bloques, en escamas, en placas o en tubos, el hielo fundente, etc. Otra subclasificación puede basarse en el hecho de que produzcan hielo “seco” subenfriado o hielo “húmedo”. Por lo general, el primero se produce mediante un proceso de desprendimiento mecánico del hielo de una superficie de enfriamiento. Casi todas las fábricas de hielo en escamas son ejemplos de este tipo. Por otra parte, el hielo “húmedo” se fabrica normalmente con máquinas que emplean un procedimiento de desescarchado para desprender el hielo. El desescarchado derrite parcialmente el hielo que está en contacto con la superficie de enfriamiento y, a menos que la temperatura se haya reducido bastante por debajo de 0°C (o sea, que el hielo se subenfríe), las superficies permanecen húmedas; los sistemas de hielo en tubos y en placas son ejemplos de este tipo.
En algunas máquinas, el hielo se forma y extrae al mismo tiempo, produciéndose lo que se denomina a veces “hielo fundente”, porque contiene mucha más agua no congelada que otras formas de hielo “húmedo” extraídas mediante el procedimiento de descongelación.
La máquina de hielo en bloques tradicional fabrica el hielo en moldes que se sumergen en un tanque con salmuera de cloruro sódico o cálcico en circulación. Las dimensiones de los moldes y la temperatura de la salmuera se seleccionan habitualmente de manera que el período de congelación dure entre 8 y 24 horas. La congelación demasiado rápida produce hielo quebradizo. El peso del bloque puede oscilar entre 12 y 150 kg, con arreglo a las necesidades; se considera que el bloque de 150 kg es el mayor que un hombre puede manipular adecuadamente. Cuanto más grueso sea el bloque de hielo, tanto más largo será el tiempo de congelación. Los bloques de menos de 150 mm de espesor se rompen con facilidad, y es preferible un espesor de 150 a 170 mm para evitar que se quiebren. El tamaño que ha de tener el tanque guarda relación con la producción diaria. Una grúa rodante levanta una fila de moldes y los transporta a un tanque de descongelación situado en un extremo del tanque de congelación, donde los sumerge en agua para que el hielo se desprenda. Las moldes se voltean para que salgan los bloques, se llenan nuevamente de agua dulce y se vuelven a colocar en el tanque de salmuera para un nuevo ciclo (Fig. 10). Este tipo de planta suele exigir una atención continua, por lo que se trabaja con un sistema de turnos; una planta de 100 t/día necesita normalmente entre 10 y 15 trabajadores. Las fábricas de hielo en bloques requieren abundante espacio y mano de obra para manipular el hielo. Este último factor ha impulsado fuertemente el desarrollo de equipo automático moderno para la fabricación de hielo.
El hielo en bloques aún se utiliza y puede ofrecer ventajas con respecto a otras formas de hielo en los países tropicales. El almacenamiento, manipulación y transporte se simplifican si el hielo está en forma de grandes bloques; y la simplificación suele ser imperativa en las pesquerías en pequeña escala y en los sitios relativamente remotos. Con ayuda de un buen triturador de hielo, los bloques pueden reducirse a partículas del tamaño que se desee, pero la uniformidad de tamaño será menor que la que se logra con otros tipos de hielo. En algunas circunstancias, los bloques pueden fragmentarse también machacándolos a mano.
Figura 10. Máquina de hacer hielo bloques
La planta de fabricación rápida de hielo produce bloques en pocas horas, lo que significa que las necesidades de espacio se reducen considerablemente en comparación con las instalaciones tradicionales que fabrican este tipo de hielo. El tamaño de los bloques es variable, pero las medidas típicas son de 25, 50 y 150 kg. En un modelo de máquina, la congelación relativamente rápida se obtiene formando bloques en un tanque de agua, en torno a tubos por los que circula el refrigerante. El espesor efectivo del hielo es mucho menor que el que se obtiene con las máquinas tradicionales. Los tubos están dispuestos de manera que a medida que el hielo se forma se fusiona con el de tubos adyacentes creando un bloque con varios núcleos huecos. Estos bloques se desprenden de los tubos mediante un procedimiento de desescarchado y pueden extraerse automáticamente de la superficie del tanque. Sin embargo, se requiere cierto esfuerzo manual para almacenarlos o para introducirlos en un triturador, si lo que se necesita es hielo machacado. En otro modelo de máquina de hacer hielo rápido, el refrigerante circula por una camisa que rodea cada molde de agua y también por tuberías que pasan por el centro de los mismos. El hielo se forma entonces simultáneamente en el exterior y en el centro de los moldes. Los bloques se extraen luego por gravedad, después de un desescarchado con gas caliente.
Una ventaja de la máquina de fabricación rápida de hielo en bloques es que se puede detener y poner en marcha en un tiempo relativamente breve, puesto que carece del gran tanque de salmuera que requiere un enfriamiento inicial en las máquinas tradicionales, en las que el sistema de refrigeración suele mantenerse en funcionamiento continuo incluso cuando ha cesado la producción de hielo.
Este tipo de máquina forma hielo de 2 a 3 mm de espesor en la superficie de un cilindro enfriado, y ese hielo se extrae en forma de escamas secas subenfriadas, habitualmente de 100 a 1 000 mm2 de superficie. En algunos modelos, el cilindro o tambor gira y la cuchilla que rasca el hielo de la superficie externa permanece fija. En otros, la cuchilla gira y saca hielo de la superficie de un tambor fijo, que en este caso tiene la forma de un cilindro de dos paredes. Lo común es que el tambor gire en un plano vertical, pero en algunos modelos la rotación es horizontal. Una clara ventaja del método del tambor giratorio es que tanto las superficies en que se forma el hielo como el mecanismo de extracción están a la vista y el operador puede observar si el equipo está funcionando satisfactoriamente (Fig. 11). La máquina con el tambor fijo tiene la ventaja de que no requiere un obturador rotatorio en los conductos de entrada y salida del refrigerante. Sin embargo, las máquinas modernas cuentan con obturadores de un alto grado de fiabilidad. El hielo que se saca está subenfriado; el grado de subenfriamiento depende de varios factores, principalmente de la temperatura del refrigerante y del tiempo que el hielo permanece expuesto a esa temperatura. La zona de subenfriamiento del tambor está situada inmediatamente delante de la cuchilla, donde no se añade agua durante una parte de la rotación del tambor y el hielo baja de temperatura. Esto asegura que sólo caiga hielo seco subenfriado en el espacio de almacenamiento situado inmediatamente debajo de la cuchilla. La temperatura del refrigerante, el grado de subenfriamiento y la velocidad de rotación del tambor son factores variables en este tipo de máquina e influyen tanto en la capacidad de la misma como en el espesor del hielo producido. Otros factores, como la temperatura del agua de relleno, también afectan a la capacidad de la máquina. Así pues, las condiciones óptimas de funcionamiento dependerán tanto de las condiciones locales como del espesor del hielo deseado. La temperatura normal del refrigerante en una máquina de hielo en escamas es de -20°C a -25°C, es decir, mucho más baja que en otros tipos de máquinas de hacer hielo. Esta baja temperatura es necesaria para obtener velocidades más altas de formación de hielo, lo que permite que la máquina sea pequeña y compacta. La necesidad adicional de energía ocasionada por el funcionamiento a una menor temperatura queda parcialmente compensada por el hecho de que este método no requiere un desescarchador. De esta manera se elimina la carga de refrigeración adicional en que se incurre con el método de desprender el hielo del tambor. La gama de medidas de este tipo de máquinas abarca ahora unidades con una capacidad desde 0,5 hasta 60 t/24 horas. Sin embargo, en lugar de una sola, a menudo es conveniente utilizar dos o más unidades, lo que permite una mejor organización para funcionar a capacidad reducida y brinda también cierto grado de protección contra averías graves. Este consejo se aplica asimismo a las otras clases de máquinas de hacer hielo automáticas.
Figura 11. Máquina de hacer hielo en escamas
El hielo en tubos se forma en la superficie interna de unos tubos verticales y tiene la forma de pequeños cilindros huecos de unos 50 × 50 mm, con paredes de 10 a 12 mm de espesor. La disposición de una planta de hielo en tubos es semejante a la de un condensador acorazado y tubular, con agua dentro de los tubos y el refrigerante afuera, en el espacio circundante. La máquina funciona automáticamente según un ciclo de tiempo y los tubos de hielo se desprenden mediante un proceso de desescarchado con gas caliente. A medida que el hielo sale del tubo, una cuchilla lo corta en trozos de la longitud adecuada, normalmente de 50 mm, pero esta dimensión es ajustable (Fig. 12). El transporte del hielo a la zona de almacenamiento suele ser automático, por lo cual, al igual que en las plantas de hielo en escamas, las operaciones de recogida y almacenamiento no requieren ningún esfuerzo manual ni la presencia de un operador.
El hielo en tubos se almacena normalmente en la forma en que se recoge, pero el tamaño de las partículas es más bien grande e inadecuado para el enfriamiento del pescado. Por lo tanto, el sistema de descarga de la planta comprende un triturador de hielo que se puede ajustar para obtener partículas del tamaño que convenga al cliente. La temperatura común de funcionamiento de este tipo de planta oscila entre -8°C y -10°C. El hielo no está siempre subenfriado cuando llega al almacén, pero generalmente es posible mantenerlo a -5°C, ya que el tamaño y la forma de las partículas permiten desmenuzar fácilmente el hielo para su descarga, especialmente con el sistema de rastrillo que se describe en el Capítulo 6.
Figura 12. Máquina de hacer hielo en tubos
El hielo en placas se forma en una de las caras de una placa vertical refrigerada y se desprende haciendo circular agua por la otra cara para desescarcharlo. Otros sistemas forman hielo en ambas superficies y utilizan un procedimiento de desescarchado interno. Una máquina de hacer hielo comprende múltiples placas, que con frecuencia son unidades autónomas situadas encima de la maquinaria de refrigeración. El espesor óptimo del hielo suele ser de 10 a 12 mm y el tamaño de las partículas es variable. Un triturador de hielo rompe las placas en trozos del tamaño adecuado para su almacenamiento y uso (Fig. 13). El agua para el desescarchado debe calentarse si su temperatura es inferior a 25°C aproximadamente; por debajo de este valor el período de desescarchado es demasiado largo y provoca una pérdida de capacidad y un aumento del costo. Esta máquina, al igual que la de hielo en tubos, funciona según un ciclo de tiempo automatizado; el hielo es transportado a la zona de almacenamiento, o bien, cuando es posible colocar la máquina directamente sobre el espacio de almacenamiento, la recogida se efectúa por gravedad.
Figura 13. Máquina de hacer hielo en placas
La unidad de enfriamiento que fabrica “hielo fundente” se denomina permutador térmico de superficie rascada. Consiste en tubos concéntricos entre los cuales fluye el refrigerante; el agua se halla en el tubo interno, cuya superficie interna se rasca utilizando, por ejemplo, un tornillo rotatorio. Los pequeños cristales de hielo que se forman en la superficie del tubo se raspan y se mezclan con agua no congelada. Esto produce una pasta de hielo y agua, que puede contener hasta un 30 por ciento de agua, en términos de peso. Esta mezcla puede bombearse, o bien, previa eliminación de la mayor parte del agua en un separador mecánico, utilizarse como una forma de hielo “seco”.
Hay varias otras máquinas de hacer hielo que funcionan con sistemas distintos de los que se han descrito aquí, pero normalmente tienen una capacidad que no supera algunos cientos de kilogramos de hielo por día, y su principal aplicación es en la venta al detalle y en los servicios de restauración.
Las plantas de hielo modernas en régimen continuo están diseñadas para funcionar las 24 horas del día, casi siempre sin personal de vigilancia. Por consiguiente, el sistema de refrigeración, que comprende el compresor, el condensador, los conductos, el equipo de control y la máquina de hielo misma, deberá estar diseñado de manera que sea altamente confiable, con dispositivos de seguridad para cualquier tipo de avería o mal funcionamiento previsibles. La mayoría de los fabricantes de máquinas de hacer hielo especifican el sistema de refrigeración que debe utilizarse, pero, inevitablemente, las necesidades particulares imponen modificaciones y ocurre que técnicos de instalación no directamente vinculados con el fabricante de la máquina diseñen sus propios sistemas. El comprador deberá, pues, cerciorarse de que el sistema instalado sea apropiado para el funcionamiento automático sin personal, aparte del mantenimiento y los controles de rutina, y el sistema de control deberá cubrir todas las eventualidades, con dispositivos de autoprotección que permitan reanudar rápidamente las operaciones en cuanto se haya reparado una avería.
El sistema de refrigeración de una máquina de hacer hielo debería ser normalmente una unidad separada, que pueda mantenerse en buenas condiciones de funcionamiento mediante un sistema de control sencillo. En cambio, una planta centralizada que atienda distintas necesidades de refrigeración requerirá un sistema de control más complejo, sobre todo si las necesidades de refrigeración varían de forma independiente. Las unidades centralizadas suelen tener unos costos de capital más bajos, pero cualquier deficiencia en su funcionamiento, en comparación con las unidades individuales, puede originar pérdidas de ingresos en otras esferas, por ejemplo por el deterioro de la calidad en los almacenes refrigerados o en los congeladores y cámaras frigoríficas asociados. Estas pérdidas pueden contrarrestar el ahorro en gastos de capital.
La mayoría de los refrigerantes comunes, tales como el amoníaco y los hidrocarburos halogenados, que se conocen bajo nombres comerciales como Arcton, Freon e Isceon, se consideran normalmente adecuados para las plantas de hielo. La mayor parte de las máquinas de hacer hielo pueden funcionar con cualquiera de ellos. Los nombres comerciales de los refrigerantes se utilizan todavía ampliamente, pero es más correcto denominarlos según el sistema de numeración acordado internacionalmente. Así, el amoníaco se conoce como R717, y los hidrocarburos halogenados más comunes como R12, R22 y R502. En algunos casos, la elección del refrigerante dependerá de la disponibilidad local y del costo. Sin embargo, hay muchos otros factores complejos que deben considerarse a la hora de seleccionar un refrigerante; de hecho, la elección del refrigerante, del tipo de compresor y del sistema de refrigeración debería dejarse en manos de un técnico competente. El fabricante de la planta de hielo, que conoce las necesidades particulares de su propia máquina, también estará en condiciones de ayudar; por lo tanto, el comprador potencial debería facilitarle toda la información posible acerca del proyecto.
En el momento en que se redacta este documento se han adoptado ya decisiones en firme de hacer desaparecer progresivamente la mayor parte de los hidrocarburos halogenados más utilizados, los refrigerantes a base de clorofluorocarburos (CFC), a causa de la preocupación que suscita el hecho de que contribuyen considerablemente a destruir la capa de ozono de la atmósfera terrestre. Por consiguiente, antes de tomar una decisión con respecto a un refrigerante, convendrá determinar el estado en que se encuentren los programas nacionales de reducción progresiva y disponibilidad de refrigerantes.
En las instalaciones de unidades múltiples hay que prestar especial atención a la distribución del refrigerante, a fin de asegurar que cada máquina de hacer hielo cuente en todo momento con una cantidad suficiente. Por ejemplo, los sistemas de circulación por bombeo o por gravedad deben estar dotados de conductos de refrigeración diseñados de manera que las caídas de presión desiguales no generen condiciones de refrigeración diferentes en las distintas máquinas de hacer hielo.
En todos los sistemas de refrigeración el colector del compresor contiene aceite que puede llegar a introducirse en la máquina de hacer hielo y ensuciar la parte refrigerante de las superficies de enfriamiento, reduciendo así la capacidad de la máquina. Los sistemas de refrigeración están dotados de separadores de aceite para reducir al mínimo este peligro, pero también es necesario asegurarse de que haya un buen retorno de aceite desde la máquina de hacer hielo, a fin de evitar su acumulación en la mezcla. Esta función suele estar incorporada en el diseño de la unidad, pero en algunas modelos es preciso seguir las instrucciones del fabricante para eliminar el aceite de la máquina a intervalos frecuentes.
Como se menciona en otra sección, hay varios factores que influyen en la capacidad de una máquina de hacer hielo y del equipo de refrigeración asociado. Los cuadros que aparecen a continuación ponen de manifiesto las consecuencias de las variaciones de algunas condiciones de funcionamiento en lo tocante a la capacidad de fabricación de hielo.
| Temperatura | Capacidad | Capacidad relativa |
|---|---|---|
| (°C) | (t/24 h) | % |
| -30 | 17,5 | 100 |
| -25 | 16,0 | 91 |
| -20 | 13,5 | 77 |
| -15 | 10,7 | 61 |
| -12 | 8,9 | 51 |
| Temperatura del agua de relleno | Capacidad de la planta de hielo | Capacidad relativa |
|---|---|---|
| (°C) | (t/24 h) | % |
| 0 | 43,0 | 100 |
| 5 | 41,8 | 97 |
| 10 | 40,4 | 94 |
| 15 | 39,2 | 91 |
| 20 | 38,0 | 88 |
| 25 | 36,8 | 85 |
| 30 | 35,7 | 83 |
| 35 | 34,5 | 80 |
La relación que se observa en el Cuadro 6 se aplica a casi todos los tipos de fábricas de hielo e indica claramente que la mayor temperatura del agua de relleno en las zonas tropicales reduce en un grado considerable la capacidad de los equipos. El preenfriamiento del agua de 35°C a 5°C aumenta la capacidad de una planta en un 20 por ciento aproximadamente. Cuando las temperaturas del agua de alimentación son particularmente altas, conviene considerar la posibilidad de instalar una unidad de refrigeración separada, que enfriará previamente el agua de manera más eficiente que la máquina de hacer hielo, pudiendo aumentar, por lo tanto, la rentabilidad de la fábrica.
| Temperatura de condensación | Temperatura de evaporación (°C) | |||
|---|---|---|---|---|
| (°C) | -10 | -15 | -20 | -25 |
| 20 | 100 | 79 | 61 | 48 |
| 25 | 94 | 75 | 59 | 45 |
| 30 | 83 | 66 | 51 | 39 |
| 40 | 73 | 57 | 43 | 32 |
En el Cuadro 7 figuran valores comparativos de la capacidad de un compresor de refrigeración en una serie de condiciones que pueden registrarse en las fábricas de hielo. Mientras más baja sea la temperatura del enfriador (evaporación) y más alta la de condensación, menor será la capacidad de un grupo refrigerante. La temperatura del enfriador suele fijarse con arreglo a los requisitos de la máquina y puede modificarse sólo muy poco, mientras que la del condensador depende casi enteramente de la localidad y de las condiciones climáticas reinantes. Por consiguiente, para producir una determinada cantidad de hielo se requerirá un compresor más grande en un país cálido que en uno de clima templado.
De los Cuadros 5, 6 y 7 se desprende que la máquina de hacer hielo y el equipo refrigerador deben adecuarse mutuamente para obtener la capacidad de producción de hielo necesaria en las condiciones de funcionamiento apropiadas.
Por lo tanto, es posible que las capacidades más altas de fabricación de hielo que aparecen en los Cuadros 5 y 6 sólo puedan alcanzarse si se aumenta el tamaño del equipo refrigerador asociado hasta obtener la capacidad de refrigeración adecuada.
Si el agua de mar se somete a congelación lenta, se forman primero cristales de hielo de agua dulce. La solución completa no se congela hasta que la temperatura haya descendido a -22°C, que es el punto eutéctico. (El punto eutéctico es una constante física de una mezcla de sustancias dadas.) A velocidades de congelación más altas, los cristales de hielo contendrán sal desde el comienzo mismo, pero esta sal emigrará finalmente a la superficie externa y se separará durante el almacenamiento. Puesto que los cristales constan principalmente de agua dulce, el líquido residual contendrá una concentración cada vez mayor de sal a medida que se reduzca la temperatura.
La estructura especial del hielo de agua de mar le confiere propiedades diferentes de las del hielo de agua dulce. Es bastante blando y flexible y, a las temperaturas normales de subenfriamiento del hielo, de -5°C a -10°C, no mantiene la forma de escamas; en efecto, a -5°C el hielo de agua de mar tiene un aspecto más bien húmedo. Por este motivo, este tipo de hielo se produce comúnmente a temperaturas más bajas que el de agua dulce, debiendo efectuarse a menudo un ajuste en la máquina de hacer hielo. Por lo demás, la instalación requerida es básicamente la misma. Se han experimentado también ciertas dificultades con el transporte neumático del hielo de agua de mar. Aun si está subenfriado, el transportador eleva la temperatura lo suficiente como para que el hielo se ponga blando, pegajoso y difícil de mover.
Varios equipos de fabricación de hielo pueden funcionar a bordo de una embarcación con unas pocas modificaciones en el diseño, pudiendo alimentarse ya sea con agua dulce o con agua de mar. Muchos buques que elaboran su captura en la mar están dotados de máquinas de hacer hielo para enfriar el pescado durante la elaboración. Puesto que a menudo permanecen en la mar por muchos meses consecutivos, sería poco racional que transportaran hielo producido en tierra. Algunos buques pesqueros están equipados con instalaciones para fabricar hielo debido a que en la localidad en que operan no sería rentable tener una planta permanente en la costa, por ejemplo porque el tipo de pesquería hace que la demanda de hielo sea sólo estacional. Otros pesqueros cuentan con sus propias instalaciones de hielo porque les es difícil conseguir un suministro regular en los puertos sin incurrir en retrasos inaceptables. Sin embargo, los factores que hay que considerar antes de tomar una decisión de este tipo son múltiples. El equipo de fabricación de hielo ocupa un espacio valioso en la embarcación, y además se requiere espacio para almacenar el hielo, ya que una instalación capaz de producir el hielo requerido en los momentos de máxima captura sin contar con una reserva reguladora sería excesivamente grande. El suministro de energía necesario también es considerable y, si no se dispone de suficiente energía a bordo, se requerirá espacio para instalar un generador adicional. La energía necesaria para producir 6 toneladas de hielo en 24 horas -una cantidad adecuada para un buque que efectúe viajes semanales- es del orden de 30 a 35 kW. Habrá, pues, que comparar el verdadero costo de la fabricación de hielo en la mar con el costo de su adquisición en tierra. Pero incluso si la comparación resulta desfavorable, el costo de los retrasos ocasionados por la espera del hielo en los puertos puede inducir al armador a instalar una planta a bordo. Antes de tomar una decisión hay que examinar, pues, los factores económicos y el problema de la continuidad del suministro, teniendo en cuenta también la necesidad de evitar el agua de mar contaminada (Capítulo 2).
En las zonas que carecen de comunicación directa con una fuente de energía para accionar una planta refrigeradora, se puede utilizar la energía solar conjuntamente con un equipo de refrigeración por absorción para fabricar el hielo necesario para una actividad en pequeña escala.
El equipo de refrigeración accionado por energía solar consiste en una unidad autónoma, que sólo necesita un suministro adecuado de agua para fabricar hielo. El modelo disponible en la actualidad fabrica hielo en bloques de 10 kg aproximadamente. El módulo estándar produce 200 kg de hielo en 24 horas, pero también existen módulos de hasta 1 000 kg en 24 horas. La producción depende obviamente del número de horas de luz solar diaria y de su intensidad; por este motivo, la instalación incluye un espacio de almacenamiento aislado, que permite contar con una reserva para compensar las fluctuaciones diarias. Afortunadamente, a diferencia de otros sistemas de refrigeración, esta unidad es más eficiente y productiva justamente cuando las condiciones ambientales hacen que sean necesarias mayores cantidades de hielo.
Puesto que no tiene partes móviles, el equipo no necesita más mantenimiento que una limpieza semanal.
