ES2201205T3 - Composicion de refrigerante. - Google Patents

Composicion de refrigerante.

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ES2201205T3 ES96935049T ES96935049T ES2201205T3 ES 2201205 T3 ES2201205 T3 ES 2201205T3 ES 96935049 T ES96935049 T ES 96935049T ES 96935049 T ES96935049 T ES 96935049T ES 2201205 T3 ES2201205 T3 ES 2201205T3
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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.
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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.
Ejemplo 1
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%).
TABLA 1
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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