ES2199345T3 - Fluido de transferencia de calor. - Google Patents
Fluido de transferencia de calor.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN FLUIDO DE REFRIGERACION/TRANSFERENCIA DE CALOR, PARA BAJAS TEMPERATURAS, QUE CONTIENE DEL 15 AL 70 % DE TRIMETIL GLICINA Y DEL 30 AL 85 % DE AGUA. DICHO FLUIDO ES INOCUO PARA EL MEDIO AMBIENTE Y NO TOXICO, PRESENTA BUENAS PROPIEDADES DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y ES ADECUADO, POR EJEMPLO, PARA LAS NECESIDADES DE LA INDUSTRIA ALIMENTARIA Y PARA PANELES SOLARES.
Description
Fluido de transferencia de calor.
La invención se refiere a un fluido de
transferencia de calor/enfriamiento para una amplia gama de usos,
especialmente para usos de transferencia de calor que presuponen
puntos de vista de respeto al medio ambiente y de salud, por ejemplo
ausencia de toxicidad y un amplio intervalo de temperatura.
Los fluidos de transferencia de
calor/enfriamiento se utilizan normalmente en la industria,
instalaciones técnicas en edificios, equipos de refrigeración y
aplicaciones en motores.
Son importantes unas buenas propiedades de
transferencia de calor en los fluidos de transferencia de
calor/
enfriamiento. Esto presupone una buena capacidad térmica específica, una buena conductividad térmica y una buena bombeabilidad. Un bajo valor de viscosidad a bajas temperaturas es típico de los fluidos de transferencia de calor, debido a que en tal caso el fluido puede llevarse a un flujo turbulento con una energía de bombeo inferior.
enfriamiento. Esto presupone una buena capacidad térmica específica, una buena conductividad térmica y una buena bombeabilidad. Un bajo valor de viscosidad a bajas temperaturas es típico de los fluidos de transferencia de calor, debido a que en tal caso el fluido puede llevarse a un flujo turbulento con una energía de bombeo inferior.
Además de las propiedades anteriormente
mencionadas, las propiedades importantes de los fluidos de
transferencia de calor incluyen asimismo con frecuencia respeto al
medio ambiente y ausencia de toxicidad, en particular cuando se
utilizan en la industria alimentaria y en el calentamiento de agua
doméstica. El fluido de transferencia de calor no debe ser en
ningún caso perjudicial para los productos que se estén elaborando.
Pequeñas fugas del fluido que pasan al sistema de tratamiento
podrían causar graves accidentes. Por lo tanto, la ausencia de
toxicidad del fluido constituye uno de los factores más
cruciales.
Los fluidos más típicos son fluidos de
transferencia de calor/enfriamiento orgánicos y que contienen agua.
El problema con los fluidos orgánicos consiste en la dificultad de
su utilización y en su toxicidad. Con respecto a la mayoría de sus
propiedades, el agua es un fluido de intercambio de calor casi
perfecto. Presenta buenas propiedades de transferencia de calor y de
bombeabilidad. Además, el agua es completamente no tóxica y no es
peligrosa para el medio ambiente. Además, no es inflamable en
absoluto. En realidad, el principal inconveniente del agua es el
estrecho intervalo de temperaturas para su utilización. Como es
conocido, el agua se congela a una temperatura de 0ºC y hierve a
100ºC. Además, el agua causa corrosión, especialmente en relación
con materiales que contienen hierro.
En cuanto al estado de la técnica con respecto a
fluidos de transferencia de calor utilizados a bajas temperaturas,
se puede hacer referencia, por ejemplo, a la publicación de
solicitud EP Nº 0.641.849, que da a conocer una composición de
fluido de transferencia de calor que comprende un fluido del tipo
de alquilmetilsiloxano o una combinación de fluidos del tipo de
alquilmetilsiloxano y diversos fluidos basados en
polidiorganosiloxano con grupos trimetilsililo terminales.
Los fluidos de transferencia de calor basados en
agua más típicos son mezclas acuosas de etilenglicol,
propilenglicol y etanol. El etilenglicol es uno de los fluidos de
transferencia de calor mejor conocidos, y se utiliza en particular
en la industria del automóvil. Sin embargo, la utilización de
etilenglicol presenta inconvenientes en el sentido de que la
sustancia es tóxica y no es muy respetuosa con el medio ambiente.
Se utiliza en realidad propilenglicol con frecuencia en lugar de
etilenglicol en aplicaciones en las que se requieren propiedades
menos tóxicas. Aunque el propilenglicol es relativamente no tóxico,
es no obstante, una sustancia que contamina el medio ambiente. Un
inconveniente del propilenglicol es el gran aumento de su
viscosidad a bajas temperaturas; esto aumenta la energía requerida
para la bomba.
La no toxicidad del etanol en comparación con el
etilenglicol constituye una ventaja en su utilización, pero su
utilización presenta el inconveniente de su gran volatilidad y por
consiguiente constituye un riesgo de incendio, y un gran aumento de
su viscosidad a bajas temperaturas, siendo este último, sin embargo
más ventajoso que con los propilenglicoles. Por este motivo, el
etanol es una sustancia normalmente utilizada como fluido de
transferencia de calor en laboratorios en condiciones que requieren
ausencia de toxicidad. Sin embargo, la utilización del etanol
plantea el problema de que requiere permisos de las autoridades
sanitarias, un factor que complica la utilización de este
fluido.
La corrosión, en particular en el caso de los
glicoles, ha forzado a los usuarios a buscar inhibidores de
corrosión costosos y eficaces. La vigilancia de la composición y la
concentración de los inhibidores de corrosión es difícil. En
general, un inhibidor eficaz, convierte en tóxico a un líquido que
de otro modo es altamente no tóxico. Las soluciones típicamente
complicadas aumentan el coste de la solución final.
En lo que respecta al estado de la técnica
asociada con los inhibidores de corrosión, se puede hacer
referencia a la publicación de solicitud EP Nº 0.369.100, que da a
conocer un fluido de transferencia de calor que contiene una mezcla
de ácidos dicarboxílicos como inhibidor de corrosión y en el que la
composición del fluido de enfriamiento comprende un alcohol líquido
soluble en agua para disminuir el punto de congelación; por
ejemplo, se han utilizado en dicha aplicación etilenglicol y una
mezcla de glicol y dietilenglicol.
El objetivo de la presente invención consiste en
proporcionar un fluido de transferencia de calor/enfriamiento en el
que se han eliminado los problemas y los inconvenientes de las
opciones del estado de la técnica actual, o por lo menos se han
minimizado sustancialmente.
Constituye un objeto de la invención proporcionar
un fluido de transferencia de calor/enfriamiento que es adecuado
para su utilización a bajas temperaturas y que es seguro en
términos de salud y del medio ambiente y resulta técnicamente
económico de utilizar.
El fluido de transferencia de calor/enfriamiento
de acuerdo con la invención se caracteriza principalmente porque
contiene trimetilglicina o un derivado de la misma en una
proporción del 15 al 70% en peso y agua en una proporción del 30 al
85% en peso. El fluido de enfriamiento más típico de acuerdo con la
invención contiene trimetilglicina en una proporción del 35% en
peso. En las reivindicaciones se observan detalles adicionales.
Un compuesto preferido para su utilización como
componente en el fluido de transferencia de calor es
trimetilglicina o sales de hidrato de trimetilglicina. Un compuesto
especialmente preferido es la trimetilglicina, es decir, la
betaína. Ésta última se puede preparar aislándola a partir de
productos naturales, p. ej., remolacha azucarera; esto hace posible
preparar un fluido de transferencia de calor de origen biológico,
que presenta un ciclo vital ventajoso.
El fluido de transferencia de calor/enfriamiento
de acuerdo con la invención presenta las ventajas de ausencia de
toxicidad y sencillez. Sus propiedades físicas son las mismas que
las de las soluciones de glicol. El fluido de transferencia de
calor/enfriamiento de acuerdo con la invención es adecuado para su
utilización a temperaturas de -50 a +100ºC. Un intervalo de
temperaturas preferido en las bombas de calor en los equipos de
refrigeración es de -40 a +70ºC. Además, un fluido de transferencia
de calor/enfriamiento de acuerdo con la invención soporta la
ebullición, que tiene lugar ocasionalmente en los paneles
solares.
Junto con el fluido de transferencia de
calor/enfriamiento de acuerdo con la invención, es posible utilizar
inhibidores de corrosión, agentes estabilizadores y agentes de
marcación convencionales, necesarios en un momento dado, que son
bien conocidos en la técnica.
El fluido de transferencia de calor/enfriamiento
de acuerdo con la invención es menos tóxico y más respetuoso con el
medio ambiente que los fluidos de enfriamiento conocidos. No está
clasificado como un desecho problemático, y su fácil destrucción
reduce los costes. La manipulación del desecho de un fluido de
transferencia de calor de acuerdo con la invención no requiere
medidas especiales; puede ser absorbido en el suelo o ser conducido
a un drenaje, mientras que los etilen- y
propilen-glicoles y el etanol utilizados en las
opciones del estado de la técnica actual han de ser tratados, ya sea
en una instalación de tratamiento de desechos problemáticos o bajo
la supervisión de autoridades públicas.
El fluido de transferencia de calor/enfriamiento
de acuerdo con la invención es adecuado para su utilización en
diversas aplicaciones, especialmente en aquéllas en las que las
temperaturas son bajas y que requieren que el fluido sea respetuoso
con el medio ambiente y no tóxico, por ejemplo, en la industria
alimentaria. Algunas aplicaciones que se pueden mencionar incluyen
sistemas térmicos solares, bombas de calor, equipos de
refrigeración, equipos de ventilación y acondicionamiento de aire,
en los que en particular se recupera calor o frío a partir del aire
de salida y se transfiere al aire de entrada. Una aplicación que
puede mencionarse es en paneles solares.
La toxicidad de los fluidos se determinó sobre la
base de valores de LD_{50} obtenidos a partir de la bibliografía.
Los valores de LD_{50} utilizados se han ensayado por vía oral en
ratas. Los valores se muestras en la Tabla I.
| Material | LD_{50}/mg/kg |
| Etilenglicol | 4.700 |
| Propilenglicol | 20.000 |
| Etanol | 7.060 |
| Trimetilglicina | 11.179 |
En la Tabla II se comparan los valores de
viscosidad de los fluidos a las mismas concentraciones. La Tabla
III muestra una comparación a una concentración que corresponde a
un punto de congelación de -15ºC. El punto de congelación es la
temperatura a la que se forman los primeros cristales en la
solución.
| Fluido | Concentración | Viscosidad cinética | |||
| % en peso | mm^{2}/s | ||||
| Temperatura | 20ºC | 0ºC | -10ºC | -20ºC | |
| Etilenglicol | 50 | 3,48 | 7,40 | 11,7 | 19,6 |
| Propilenglicol | 50 | 6,44 | 18,70 | 38 | 87 |
| Etanol | 50 | 3,10 | 7,22 | 12,20 | 23 |
| Trimetilglicina | 50 | 5,90 | 12,80 | 21,50 | 38 |
| Fluido | Concentración | Viscosidad cinética | |||
| % en peso | mm^{2}/s | ||||
| Temperatura | 20ºC | 0ºC | -10ºC | -15ºC | |
| Etilenglicol | 30,5 | 2,1 | 4,3 | 6,5 | 8.2 |
| Propilenglicol | 33 | 3,3 | 7,8 | 14,4 | 20 |
| Etanol | 24,5 | 2,5 | 5,9 | 10,9 | 15,8 |
| Trimetilglicina | 35 | 2,1 | 5,1 | 11 | 17,2 |
En la Tabla IV se muestra la disminución del
punto de congelación para diversas soluciones a una concentración
del 50% en peso.
| Fluido | Punto de congelación para una |
| solución del 50% en peso/ºC | |
| Etilglicol | -35 |
| Propilenglicol | -34 |
| Etanol | -38 |
| Trimetilglicina | -43 |
La invención se ha descrito anteriormente con
referencia únicamente a unos pocos de sus ejemplos preferidos; sin
embargo, el propósito no es limitar la invención estrictamente a los
detalles de los ejemplos. Son posibles muchas modificaciones y
variaciones dentro de la idea de la invención definida en las
siguientes reivindicaciones de patente.
Claims (9)
1. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento, caracterizado porque el fluido de
transferencia de calor/
enfriamiento contiene del 15 al 70% en peso de trimetilglicina o derivados de la misma y del 30 al 85% en peso de agua.
enfriamiento contiene del 15 al 70% en peso de trimetilglicina o derivados de la misma y del 30 al 85% en peso de agua.
2. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el fluido de transferencia de calor/enfriamiento contiene
sales de hidrato de trimetilglicina.
3. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el fluido de transferencia de calor/enfriamiento contiene
trimetilglicina.
4. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el fluido de transferencia de calor/enfriamiento contiene
del 30 al 50% en peso de trimetilglicina y del 50 al 70% en peso de
agua.
5. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según la reivindicación 1, caracterizado
porque el fluido de transferencia de calor/enfriamiento contiene
aproximadamente el 35% en peso de trimetilglicina y aproximadamente
el 65% de agua.
6. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el intervalo de
temperaturas de utilización del fluido de transferencia de
calor/enfriamiento es de -50 a +100ºC.
7. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el intervalo de
temperaturas de utilización del fluido de transferencia de
calor/enfriamiento es de -40 a +70ºC.
8. Un fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según la reivindicación 4, caracterizado
porque el fluido de transferencia de calor/enfriamiento contiene
trimetilglicina de origen biológico.
9. La utilización del fluido de transferencia de
calor/enfriamiento según la reivindicación 1 en sistemas solares,
bombas de calor, equipos de refrigeración, equipos de ventilación y
equipos de acondicionamiento de aire.
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