ES2201205T3 - Composicion de refrigerante. - Google Patents
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Abstract
UNA COMPOSICION DE TIPO AZEOTROPO QUE INCLUYE: (A) 1,1,1,2 TETRAFLUOROETANO Y (B) N-PENTANO. TAMBIEN SE DESCRIBE UN DISPOSITIVO DE TRANSFERENCIA DE CALOR QUE INCLUYE LA COMPOSICION DE TIPO AZEOTROPO.
Description
Composición de refrigerante.
Esta invención se refiere a composiciones
refrigerantes y al uso de tales composiciones en dispositivos de
transferencia de calor como sistemas de refrigeración y de aire
acondicionado. La invención se refiere en particular a
composiciones refrigerantes que se pueden usar en aplicaciones de
acondicionamiento de aire de automóviles y en refrigeración
actualmente satisfechas con diclorodifluorometano (refrigerante
R-12).
Los dispositivos de transferencia de calor del
tipo de compresión mecánica como refrigeradores, congeladores,
bombas de calor y sistemas de aire acondicionado son bien
conocidos. En tales dispositivos un líquido refrigerante con un
punto de ebullición adecuado se evapora a baja presión tomando
calor de un fluido de transferencia de calor vecino. El vapor
resultante es comprimido luego y pasa a un condensador donde se
condensa y deja el calor a otro fluido de transferencia de calor. El
condensado es devuelto después a través de una válvula de expansión
al evaporador completando así el ciclo. La energía mecánica
necesaria para comprimir el vapor y bombear el líquido puede ser
proporcionada por un motor eléctrico o un motor de combustión
interna.
Además de tener un punto de ebullición adecuado y
un elevado calor latente de vaporización, las propiedades
preferidas de un refrigerante incluyen baja toxicidad, no
inflamabilidad, no corrosivo, elevada estabilidad y libre de olor
inaceptable.
Hasta ahora, los dispositivos de transferencia de
calor han tendido a emplear refrigerantes clorofluorocarburos
completa y parcialmente halogenados como triclorofluorometano
(refrigerante R-11), diclorodifluorometano
(refrigerante R-12), clorodifluorometano
(refrigerante R- 22) y la mezcla azeotrópica de clorodifluorometano
y cloropentafluoroetano (refrigerante R-115); siendo
el azeotropo el refrigerante R-502. En particular
el refrigerante R-12 ha encontrado uso amplio en
acondicionamiento de aire de automóviles y sistemas de refrigeración
doméstica.
Sin embargo, los clorofluorocarburos total y
parcialmente halogenados han sido involucrados en la destrucción de
la capa protectora del ozono de la tierra y como resultado el uso y
producción de los mismos ha sido limitado por acuerdos
internacionales.
Aunque que los dispositivos de transferencia de
calor del tipo a que se refiere la presente invención son
esencialmente sistemas cerrados, puede ocurrir pérdida de
refrigerante a la atmósfera debido a fuga durante el funcionamiento
del equipo o durante los procesos de mantenimiento. Es importante
por tanto, reemplazar los refrigerantes clorofluorocarbonados
completa y parcialmente halogenados por materiales que tengan un
potencial bajo o cero de agotamiento de ozono.
El reemplazamiento de algunos de los
refrigerantes clorofluorocarbonados actualmente en uso ya ha sido
desarrollado. Estos refrigerantes de sustitución tienden a
comprender hidrofluorocarburos seleccionados, por ejemplo,
compuestos que contengan solo átomos de carbono, hidrógeno y flúor
en su estructura. En consecuencia, el refrigerante
R-12 está siendo sustituido generalmente por
1,1,1,2-tetrafluoroetano
(R-134a).
En un dispositivo de transferencia de calor, el
refrigerante forma parte de una composición de fluido de trabajo que
comprende también un lubricante. El lubricante circula alrededor
del dispositivo junto con el refrigerante y proporciona lubricación
continua del compresor. Las propiedades deseadas de un lubricante
incluyen, además de tener buena lubricidad en presencia del
refrigerante, una buena estabilidad hidrolítica y una buena
estabilidad térmica. Además, con el fin de servir para ayudar al
retorno del lubricante al compresor, el lubricante debería ser
compatible con el refrigerante, lo que en la práctica significa que
el lubricante y el refrigerante deben tener un grado de solubilidad
mutua, es decir, el lubricante y el refrigerante deben ser al menos
parcialmente solubles uno en el otro.
Hasta ahora los dispositivos de transferencia de
calor han tendido a emplear como lubricantes aceites minerales. La
buena solubilidad de los clorofluorocarburos con aceites minerales
permite al aceite mineral circular alrededor del dispositivo de
transferencia de calor junto con el clorofluorocarburo, y esto
asegura a su vez la efectiva lubricación del compresor.
Desafortunadamente sin embargo, los refrigerantes de sustitución
tienden a tener diferentes características de solubilidad a los
clorofluorocarbonados actualmente en uso y tienden a ser
insuficientemente solubles en aceites minerales como para permitir
que los últimos se empleen como lubricantes.
Consecuentemente, la necesidad de reemplazar a
los refrigerantes clorofluorocarbonados se ha presentado en la
industria con dificultades muy reales, ya que no solamente hay el
problema de encontrar un refrigerante de sustitución viable que
tenga un potencial bajo o cero de agotamiento de ozono, sino
también, en muchos casos, existe asimismo el problema de
desarrollar un lubricante que funcione satisfactoriamente con el
refrigerante de sustitución.
La presente invención proporciona una composición
refrigerante que comprende una mezcla de compuestos que tienen un
nulo potencial de agotamiento de ozono que pueden emplearse juntos
con un aceite mineral o lubricante tipo alquilbenceno en las
aplicaciones de acondicionamiento de aire en automóviles y en
refrigeración actualmente satisfechas mediante el refrigerante
R-12.
\newpage
Según la presente invención se proporciona una
composición tipo azeotropo de acuerdo con la reivindicación 1 para
su uso en dispositivos de transferencia de calor como
acondicionamiento de aire en automóviles y sistemas de refrigeración
doméstica.
La presente invención proporciona asimismo un
dispositivo de transferencia de calor, como un sistema de
refrigeración o de acondicionamiento de aire, que comprende un
evaporador, un condensador, un compresor y una válvula de expansión
en el que hay contenida una composición refrigerante tipo azeotropo
de acuerdo con la reivindicación 1. La composición de la invención
puede en particular ser empleada en sistemas de refrigeración
doméstica y en sistemas de acondicionamiento de aire de
automóviles.
La composición tipo azeotropo de la presente
invención comprende 1,1,1,2-tetrafluoroetano y
n-pentano. El n-pentano es capaz de
disolverse en lubricantes de aceite mineral o alquilbenceno y esta
propiedad puede permitir a la composición de la invención
transportar a este lubricante por todo el dispositivo de
transferencia de calor y devolverlo al compresor. Como resultado,
los dispositivos de transferencia de calor que emplean la
composición de la invención como refrigerante son capaces de usar
lubricantes baratos basados en aceites minerales o alquilbencenos
para lubricar al compresor.
El término azeotrópico es bien conocido en la
técnica de la refrigeración y se refiere a composiciones que
comprenden dos o más componentes que muestran un comportamiento
constante de ebullición y que tienden a no fraccionarse o separarse
en sus componentes constituyentes tras la ebullición o la
evaporación. Por tanto, cuando se emplea un refrigerante
azeotrópico, las fases de líquido y vapor que se encuentran durante
el ciclo de refrigeración tienden a tener composiciones idénticas o
sustancialmente idénticas. La expresión tipo azeotropo tal como aquí
se emplea se refiere a composiciones que se comportan como el
verdadero azeotropo porque muestran un comportamiento constante en
ebullición o esencialmente constante en ebullición y tienden a no
fraccionarse en un grado significativo en ebullición. Por tanto, con
una composición tipo azeotropo, las fases de líquido y vapor que se
encuentran en el ciclo de refrigeración tenderán también a tener
composiciones similares.
Las composiciones de tipo azeotropo de la
invención comprenderán preferiblemente desde más del 97.0 hasta el
97.6% en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano y desde el
2.4 hasta menos del 3% en peso de n-pentano. Las
composiciones particularmente preferidas son aquellas que comprenden
desde el 97.2 hasta el 97.6% en peso de
1,1,1,2-tetrafluoroetano y desde el 2.4 hasta el
2.8% en peso de n-pentano que muestran un
comportamiento tipo azeotropo a las temperaturas y presiones que se
encuentran típicamente en los sistemas de acondicionamiento de aire
de automóviles y de refrigeración doméstica, es decir, temperaturas
en el rango de -40 a +45ºC y presiones en el rango de 0.5 a 12 bar
(0.5 x 10^{5} N/m^{2} a 12 x 10^{5} N/m^{2}).
La composición tipo azeotropo de la presente
invención puede emplearse para proveer la refrigeración deseada en
dispositivos de transferencia de calor como sistemas de
acondicionamiento de aire de automóviles y de refrigeración
doméstica mediante un método que implica condensar la composición y
después de esto evaporarla en una relación de intercambio de calor
con un fluido de transferencia de calor a enfriar, como aire o
agua, en particular, la composición tipo azeotropo de la invención
puede emplearse como sustitutivo del refrigerante
R-12. La composición de la invención también puede
emplearse como sustitutivo del refrigerante R-500
que es una mezcla del refrigerante R-12 y
1,1-difluoroetano (R152a) en proporciones
específicas.
La presente invención ahora se ilustra pero no se
limita con referencia al ejemplo siguiente.
Se llevó a cabo un estudio termodinámico sobre el
1,1,1,2-tetrafluoroetano (en lo sucesivo R134a) y
el n-pentano con el fin de comprobar la existencia
de una mezcla tipo azeotropo de los mismos. Se midió primero el
comportamiento del equilibrio vapor/líquido (VLE) de una serie de
composiciones que contienen R134a y n-pentano en
cantidades variables. Este dato medido de VLE se usó entonces, junto
con las propiedades conocidas del R134a puro y del
n-pentano puro, para desarrollar una ecuación
modificada de estado Huron-Vidal
(MHV-2) para la mezcla
R134a/n-pentano que fue ajustada a los datos VLE
medidos con el fin de determinar los varios parámetros de
interacción que caracterizan las desviaciones de la mezcla ideal.
La ecuación de estado resultante se empleó después para determinar
más precisamente la existencia y composición de cualesquiera mezclas
tipo azeotropo de R134a y n-pentano a varias
diferentes temperaturas en el intervalo de -20ºC a +30ºC. Esto se
consiguió variando la presión de vapor y composición de la mezcla
R134a/n-pentano a cada temperatura investigada hasta
que se obtuvieron composiciones esencialmente idénticas de líquido
y vapor. Los resultados se dan en la Tabla 1. Para cada temperatura
especificada en la Tabla 1, se registraron la presión de vapor y
composición de la mezcla R134a/n- pentano que dieron como resultado
composiciones de líquido y vapor esencialmente idénticas (es decir
hasta la primera cifra decimal en mol%).
Temperatura (ºC) | Presión (bar) | Composición de mezcla R134a/n-pentano | |
Mol% | Peso% | ||
-20.00 | 1.36 | 96.1/3.9 | 97.2/2.8 |
0.00 | 2.96 | 96.7/3.3 | 97.6/2.4 |
20.00 | 5.70 | 98.4/1.6 | 98.9/1.1 |
30.00 | 7.66 | 99.6/0.4 | 99.7/0.3 |
Claims (12)
1. Una composición tipo azeotropo que muestra un
comportamiento tipo azeotropo a temperaturas en el rango de -40 a
+45ºC y presiones en el rango de 0.5 a 12 bar (0.5 x 10^{5}
N/m^{2} a 12 x 10^{5} N/m^{2}) y que consta esencialmente de
desde más del 97.0 hasta el 99.8% en peso de
1,1,1,2-tetrafluoroetano y desde el 0.2 hasta menos
del 3% en peso de n-pentano siempre que se excluya a
la composición que contiene el 2.0% en peso de
n-pentano.
2. Una composición tipo azeotropo como la
reivindicada en la reivindicación 1 que se compone esencialmente de
desde más del 97.0 hasta el 97.6% en peso de 1,1,1,2-
tetrafluoroetano y desde el 2.4 hasta menos del 3.0% en peso de
n-pentano.
3. Una composición tipo azeotropo como la
reivindicada en la reivindicación 2 que se compone esencialmente de
desde el 97.2 hasta el 97.6% en peso de 1,1,1,2- tetrafluoroetano y
desde el 2.4 hasta el 2.8% en peso de n-pentano.
4. Una composición tipo azeotropo como la
reivindicada en la reivindicación 1 que se compone esencialmente de
desde el 98.9 hasta el 99.8% en peso de 1,1,1,2- tetrafluoroetano y
desde el 0.2 hasta el 1.1% en peso de n-pentano.
5. Una composición tipo azeotropo como la
reivindicada en la reivindicación 1 que se compone esencialmente
del 97.2% en peso de 1,1,1,2-tetrafluoroetano y del
2.8% en peso de n-pentano.
6. Un método para proveer refrigeración que
comprende condensar una composición como la reivindicada en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 y después de esto
evaporarla en una relación de intercambio de calor con un fluido de
transferencia de calor a enfriar.
7. Un método para proveer refrigeración en un
sistema de acondicionamiento de aire de automóvil o en un sistema
de refrigeración doméstico el cual método comprende condensar una
composición como la reivindicada en cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 y después de esto evaporarla en una relación
de intercambio de calor con un fluido de transferencia de calor a
enfriar.
8. Un dispositivo de transferencia de calor que
comprende un evaporador, un condensador, un compresor y un medio de
expansión en los que está contenida una composición tipo azeotropo
como la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a
5.
9. Un sistema de acondicionamiento de aire o un
sistema de refrigeración que comprende un evaporador, un
condensador, un compresor y un medio de expansión en los que está
contenida una composición tipo azeotropo como la reivindicada en
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
10. Un sistema de acondicionamiento de aire de
automóvil o un sistema de refrigeración doméstico que comprende un
evaporador, un condensador, un compresor y un medio de expansión en
los que está contenida una composición tipo azeotropo como la
reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
11. El uso de una composición tipo azeotropo como
la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 como
sustitutivo del refrigerante R12 en un proceso de refrigeración que
comprende condensar la composición refrigerante azeotrópica y
después de esto evaporarla en una relación de intercambio de calor
con un fluido de transferencia de calor a enfriar.
12. El uso de una composición tipo azeotropo como
la reivindicada en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 como
sustitutivo del refrigerante R500 en un proceso de refrigeración que
comprende condensar la composición refrigerante azeotrópica y
después de esto evaporarla en una relación de intercambio de calor
con un fluido de transferencia de calor a enfriar.
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