Tính chất vật lý và phân loại nước đá

Nước đá là dạng rắn của nước, hình thành khi nước được làm lạnh dưới điểm đóng băng. Dưới đây là một số tính chất vật lý và phân loại của nước đá:

Tính chất vật lý của nước đá

• Nhiệt độ nóng chảy: t_r = 0°C,
• Nhiệt lượng nóng chảy: q_r = 333,6kJ/kg (79,8kcal/kg)
• Nhiệt dung riêng: C_pd = 2,09kJ/kgK (0,5kcal/kgK),
• Hệ số dẫn nhiệt: λ_đ = 2,326 W/mK (2kcal/mh độ),
• Khối lượng riêng trung bình 900kg/m³.

Khi nước đóng băng thành nước đá, thể tích của nó tăng 9%. Nước đá được sử dụng để làm lạnh vì có khả năng nhận nhiệt của môi trường xung quanh và tan ra thành nước ở nhiệt độ 0°C.

A – Quá trình hạ nhiệt độ từ t₁ xuống 0°C
B – Quá trình hoá rắn ở 0°C
C – Quá trình quá lạnh xuống t₂

Lượng lạnh cần thiết để biến một kg nước ở nhiệt độ ban đầu t₁ thành nước đá có nhiệt độ t₂ là

• q = C_pn(t₁ – 0°C) + q_r + C_pđ (0°C – t₂), kJ/kg
• q = Cpnt₁ + q_r + Cpdlt₂l, kJ/kg.
• C_pn = 4,18 kJ/kgK nhiệt dung riêng của nước.

Nếu nhiệt độ t₁ = +30°C ; t₂ = -10°C thì :

• q = 125,4 + 333,6 + 20,9
• q = 479,9kJ/kg (= 114,8kcal/kg).

Phân loại nước đá

Trong công nghệ sản xuất nước đá, dựa và đặc tính trong có thể phân loại nước đá ra thành các loại sau đây:

Theo màu sắc

Nước đá đục

Nước đá đục còn gọi là nước đá kỹ thuật, loại nước đá này không trong suốt là do trong nguyên liệu nước sản xuất nước đá có tạp chất, những chất này có thể là chất khí, lỏng và rắn.

Ở nhiệt độ 0°C và áp suất khí quyển 0,98 bar, nước có thể hoà tan một lượng chất khí tổng cộng là 29,2mg/l, có nghĩa nồng độ chất khí trong nước khoảng 0,03%. Khi nước đóng băng các chất khí tách ra tạo thành các bọt khí và bị ngậm ở giữa các tinh thể đá.

Mặt khác các chất rắn cơ học có trong nước khi nước đông đặc chúng bị tách ra và bị bao bọc bởi các tinh thể nước đá, …v.v, khi ánh sáng chiếu vào do hiện tượng phản xạ của các môi trường có chiết suất khác nhau nó sẽ tạo nên màu trắng đục. Đá đục có độ rắn chắc không cao, tính đàn hồi, tính dẻo dai kém, có tỷ trọng P_nđ = (890 – 900)kg/m3 nhỏ hơn đá trong suốt.

Nước đá trong suốt

Quá trình nước đóng băng có hiện tượng tự làm sạch nước nghĩa là nước khi đóng băng xảy ra quá trình tách các cặn bẩn và các thành phần khác ra khỏi các tinh thể đá đang hình thành. Nếu những tạp chất này được lấy ngay khỏi bề mặt tinh thể thì có thể loại trừ được những tạp chất đó khỏi bị ngậm giữa các lớp đá đang hình thành.

Khi đó nước đá sẽ trong suốt. Thường để sản xuất nước đá trong suốt, người ta sử dụng phương pháp thổi khí vào đáy khuôn đá. Riêng phần tâm cây đá vẫn đục vì cặn bẩn đọng lại.

Đá trong suốt có độ rắn chắc cao, có tỷ trọng P_nđ= (915 – 917)kg/m3, chính vì độ tinh khiết của nó mà tỷ trong lớn hơn nước đá đục.

Nước đá pha lê

Nước đá pha lê (tinh thể) được sản xuất từ nước đá khử muối hoàn toàn và các tạp chất đã được tinh sạch một cách cẩn thận trước khi tạo đá.

Trước đây nguyên liệu sản xuất nước đá pha lê là nước cất. Ngày nay nước đá pha lê được sản xuất từ nước khử muối và các tạp chất hoàn toàn trong suốt cho đến tâm. Khi tan, nước đá không để lại cặn bẩn vì toàn bộ khối đá là đồng nhất, chính vì vậy nước đá pha lê được ưa chuộng sử dụng khi nước đá tiếp xúc trực tiếp với thực phẩm.

Nước đá pha lê có thể được sản xuất ngay ở các máy đá nhỏ với điều kiện tốc độ nước trên bề mặt đóng băng đủ lớn và nước được khử muối đạt yêu cầu, khối lượng riêng của nước đá pha lê vào khoảng (910 – 920)kg/m3.

Theo hình dạng

a, b) Nước đá khối ; c) Nước đá tấm ; d) Nước đá ống ; e) Nước đá mảnh

Theo hình dạng có thể phân ra nhiều loại đá khác nhau như sau:

Đá cây

Đá cây có dạng khối hộp, để thuận lợi cho việc  lấy cây đá ra khỏi khuôn ít khi người ta sản xuất dưới dạng khối hộp chữ nhật mà dưới dạng chóp phía đáy thường nhỏ hơn phía miệng. Đá cây được kết đông trong các khuôn đá thường có các cỡ sau: 5; 12,5 ; 24; 50 ; 100; 150 ; 200; 300 kg.

Khi rót nước vào khuôn, chỉ nên duy trì nước chiếm khoảng 90% dung tích khuôn, như vậy dung tích thực sự của khuôn lớn hơn dung tích danh định khoảng 10%. Sở dĩ như vậy là vì khuôn phải dự phòng cho sự giãn nở của đá khi đông và nước trong khuôn phải đảm bảo chìm hoàn toàn trong nước muối.

Đá cây được sử dụng trong sinh hoạt để phục vụ giải khát, trong công nghiệp và đời sống để bảo quản thực phẩm. Hiện nay một số lượng lớn đá cây được sử dụng cho ngư dân bảo quản cá khi đánh bắt xa bờ và lâu ngày. Hiện nay ở nước ta người dân vẫn quen sử dụng đá cây để cho giải khát với số lượng khá lớn.

Đá tấm

Có dạng hình tấm được sản xuất bằng cách phun nước lên bề mặt dàn lạnh dạng tấm. Kích cỡ của đá tấm: dài từ 3 – 6 m, cao 2 – 3 m, dày 250 – 300mm. Khối lượng từ 1,5 đến 2,5 tấn.

Đá vảy

Đá vảy có dạng không tiêu chuẩn, được cắt tách ra khỏi bề mặt tạo đá của các thiết bị và gãy vỡ dưới dạng các mảnh vỡ nhỏ. Đá vảy được sản xuất nhờ các cối đá dạng hình trụ tròn. Nước được phun lên bên trong hình trụ và được làm lạnh và đóng băng trên bề mặt trụ. Trụ tạo băng có 2 lớp, ở giữa là môi chất lạnh.

Đá vảy được sử dụng phổ biến trong các nhà  chế biến, đặc biệt ở các nhà chế biến thực phẩm và thuỷ sản. Chúng được sử dụng để bảo quản thực phẩm khi nhập hàng và trong quá trình chế biến. Ngày nay nó đã trở thành thiết bị tiêu chuẩn, bắt buộc phải có ở các xí nghiệp đông lạnh, vì chỉ có sử dụng đá vảy mới đảm bảo yêu cầu vệ sinh. Ngoài ra đá vảy cũng có rất nhiều ưu điểm khác như giá thành rẻ, chi phí vận hành, đầu tư nhỏ.

Nước đá vảy có chiều dày rất khác nhau từ 0,5 đến 5mm tuỳ thuộc vào thời gian làm đá. Độ dày này có thể điều chỉnh được nhờ thay đổi tốc độ quay của cối đá hoặc dao cắt đá.

Đá viên (đá dạng ống)

Nước đá có dạng các đoạn hình trụ rỗng được sản xuất trong các ống Φ57 x 3,5 và Φ38 x 3mm,  nên đường kính của viên đá là Φ50 và Φ32. Khi sản xuất đá tạo thành trụ dài, nhưng được cắt nhỏ thành những đoạn từ 30÷100mm nhờ dao cắt đá. Máy đá viên được sử dụng khá phổ biến trong đời sống, hiện nay nhiều quán giải khát, quán cà phê có sử dụng đá viên.

Đá tuyết

Đá sản xuất ra có dạng xốp như tuyết. Đá tuyết có thể được ép lại thành viên kích thước phù hợp yêu cầu sử dụng.

Theo nguồn nước sản xuất

Nước đá thực phẩm

Nguyên liệu là nước đảm bảo tiêu chuẩn thực phẩm về tạp chất, và về vi khuẩn, đặc biệt vi khuẩn đường ruột Ngoài ra khi sản xuất nước đá thực phẩm, phải đảm bảo tất cả các quy định về vệ sinh thực phẩm yêu cầu.

Nước đá trong suốt và nước đá pha lê được ưa chuộng hơn nước đá đục. Ở nước ta có trên dưới 3200 các nhà máy lớn nhỏ sản xuất loại nước đá này.

Nước đá khử trùng

Nước đá khử trùng được sản xuất từ nguyên liệu nước khử trùng bằng hóa chất như hypoclorit natri (NaClO), natri nitrit (NaNO₂), …v.v với lượng cho phép hoặc sử dụng kỹ thuật Membrane, đôi khi người ta sử dụng chất kháng sinh như Clotetracylin 0,0001 đến 0,0005%, sau khi xử lý xong lại tách các hóa chất này ra khỏi nước, nước thu được là nước khử trùng.

Nước đá khử trùng dùng chủ yếu trong công nghiệp cá để chuyên chở và bảo quản cá tươi, bằng thực nghiệm đã cho thấy nếu dùng nước đá khử trùng có chất kháng sinh sẽ làm tăng thời gian bảo quản cá lên 1,5 lần.

Nước đá từ nước biển

Nước đá từ nước biển được sản xuất từ nước biển có nồng độ muối thấp hoặc đã qua khâu xử lý bớt muối, loại nước đá này chủ yếu sử dụng trong công nghiệp đánh bắt thủy hải sản xa bờ hoặc chuyên chở các thực phẩm thủy hải sản đi xa. Nhờ độ mặn có trong nước đá nên nhiệt độ nóng chảy thấp dưới 0°C nên chất lượng bảo quản rất tốt và thời gian bảo quản kéo dài lên khoảng (2 – 3) lần.

*Nguồn tham khảo: Tài liệu Hệ thống lạnh máy đá