Frente al problema de la incertidumbre en el proceso de cambio de fase del agua sobreenfriada en el cristalizador ultrasónico, se estableció un modelo acoplado CFD-PBM (dinámica de fluidos computacional - modelo de balance poblacional) basado en el modelo multifásico Euler-Euler, el modelo de balance poblacional (PBM) y la función definida por el usuario (UDF), para simular el flujo, la nucleación y el crecimiento de cristales de hielo en el agua sobreenfriada en un cristalizador ultrasónico de flujo en remolino. Los resultados muestran que la tasa de contenido de hielo en la salida aumenta inicialmente con la potencia ultrasónica y luego se estabiliza, con una ligera disminución en condiciones de alta potencia; en el rango de 200 a 450 W, la potencia óptima aumenta con el flujo. El aumento de la frecuencia ultrasónica fortalece el efecto térmico y reduce la tasa de contenido de hielo en la salida, siendo las frecuencias más bajas en el rango de 20 a 40 kHz más favorables para la cristalización. La estructura en remolino puede prolongar el tiempo de residencia del agua sobreenfriada, fortaleciendo la mezcla de hielo y agua y la eliminación del sobreenfriamiento. Teniendo en cuenta la tasa de contenido de hielo en la salida, la pérdida térmica y la pérdida de transferencia ultrasónica, se determinaron los parámetros de operación óptimos: potencia de 360 W y frecuencia de 25 kHz. Los resultados pueden servir de referencia para el diseño de cristalizadores en sistemas dinámicos de almacenamiento de hielo.

Cristalización ultrasónica; modelo acoplado CFD-PBM; agua sobreenfriada; evolución de cristales de hielo; almacenamiento dinámico de hielo