ES2210106T3 - Composicion utilizable como fluido frigorifico. - Google Patents

Composicion utilizable como fluido frigorifico.

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ES2210106T3 ES01402112T ES01402112T ES2210106T3 ES 2210106 T3 ES2210106 T3 ES 2210106T3 ES 01402112 T ES01402112 T ES 01402112T ES 01402112 T ES01402112 T ES 01402112T ES 2210106 T3 ES2210106 T3 ES 2210106T3
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Abstract

Composición constituida, esencialmente por 55 a 94% en peso de R-125, por 2, 5 a 35% en peso de R-134a y por 3, 5 a 25% en peso de DME.

Description

Composición utilizable como fluido frigorífico.
La presente invención tiene por objeto una composición que comprende pentaflúoretano, 1,1,1,2-tetraflúoretano y dimetiléter, a su utilización en refrigeración y/o acondicionado de aire, así como a un sistema de transferencia de calor que la contiene.
Los sistemas de transferencia de calor incluyen, principalmente, los refrigeradores, las bombas de calor y los sistemas de aire acondicionado.
En tales dispositivos, un fluido frigorífico, de punto de ebullición conveniente, es evaporado a baja presión, tomando calor en un primer medio (o zona) circundante. El vapor, formado de este modo, es comprimido a continuación por medio de un compresor y pasa, seguidamente, hasta un condensador en el que se transforma al estado líquido, dando lugar a un desprendimiento de calor en una segunda zona circundante. El líquido condensado de este modo circula, a continuación, a través de un descompresor, a la salida el cual se transforma en una mezcla bifásica de líquido y de vapor, que se introduce, finalmente, en el evaporador en el que el líquido es evaporado de nuevo a baja presión, lo que completa el ciclo.
La energía mecánica, requerida para asegurar la compresión del vapor y la circulación del fluido, está asegurada por un motor eléctrico o de combustión interna. Como en cualquier dispositivo mecánico, es necesario que las partes en movimiento estén convenientemente lubrificadas. Los lubrificantes utilizados forman parte integrante del sistema de transferencia de calor y condicionan, a la vez, sus prestaciones y su duración de vida para el mantenimiento a través del tiempo de una lubrificación conveniente.
En particular, el fluido frigorífico que está en contacto con el lubrificante en cada pasada a través del compresor, presente sobre sus partes móviles, tiene tendencia a arrastrar una cierta cantidad, que acompaña al fluido frigorífico a través de su ciclo y que se encuentra de nuevo por lo tanto en el evaporador. Ahora bien este último se encuentra, generalmente, a una baja temperatura, a la cual la viscosidad del lubrificante es particularmente elevada, de tal manera que este último corre el riesgo de acumularse en el evaporador y, por lo tanto, no tiene ya la posibilidad de retornar hasta el compresor, calificándose este retorno en el texto presente como "retorno de aceite".
De este modo, si el retorno de aceite es insuficiente, la cantidad de lubrificante presente sobre las partes móviles del compresor no puede mantenerse constante a través del tiempo, lo que puede perjudicar el funcionamiento conveniente de dicho compresor y su duración de vida.
Por lo tanto es necesario utilizar un par fluido frigorífico/aceite que sea perfectamente compatible, principalmente en lo que se refiere al retorno de aceite.
El R-22 o monoclorodiflúormetano es un refrigerante de tipo CFC (hidrocloroflúorcarburo) ampliamente utilizado en aplicaciones de transferencia de calor que incluyen el climatizado fijo, la refrigeración comercial e industrial, así como para las bombas de calor. En la actualidad existen numerosos sistemas de transferencia de calor concebidos para el R-22; los lubrificantes utilizados, puesto que están adaptados al R-22 principalmente en lo que se refiere al retorno de aceite, son bien aceites minerales o bien aceites alquilbenceno.
Aún cuando el R-22 tenga un potencial de destrucción de ozono (denominado a continuación ODP) muy bajo, su utilización constituye igualmente, sin embargo, el objeto de restricciones y se han desarrollado nuevos productos a base de HFC (hidroflúorcarburos), particularmente ventajosos para la capa de ozono estratosférica, puesto que los HFC presentan un ODP nulo.
Entre estos productos, se ha desarrollado el R-407C principalmente para reemplazar al R-22 en aplicaciones de acondicionado de aire. Este producto es una mezcla que asocia los R-32, R-125, R-134a en las proporciones de 23/25/52% en peso. El R-32 es la denominación usual en la materia para el diflúormetano, el R-125 es el pentaflúoretano, y el R-134a designa al 1,1,1,2-tetraflúoretano. El R-407C tiene propiedades termodinámicas que se aproximan estrechamente a las del R-22. Por este motivo, el R-407C puede ser utilizado en los antiguos sistemas concebidos para funcionar con el R-22, permitiendo así el reemplazamiento de un fluido HCFC por un fluido HFC más seguro con relación a la capa de ozono estratosférica, en el ámbito de un procedimiento de conversión de estos antiguos sistemas. Las propiedades termodinámicas correspondientes son perfectamente conocidas por el técnico en la materia y son, principalmente, la capacidad frigorífica, la eficacia energética (o COP), la presión de condensación, la presión de evaporación y el intervalo de destilación (o deslizamiento).
La capacidad frigorífica representa la potencia frigorífica disponible merced al fluido frigorígeno, para un compresor dado. Para reemplazar el R-22, es imperativo disponer de un fluido, cuya capacidad frigorífica sea elevada y próxima a la del R-22.
La COP expresa la relación entre la energía de refrigeración suministrada y la energía aplicada al compresor, para comprimir el fluido frigorífico en estado de vapor. En el ámbito de la substitución del R-22, un valor de la COP del fluido menor que la del R-22 es conveniente si se acepta el aumento del consumo eléctrico de la instalación.
Finalmente, la presión de condensación y la presión de evaporación indican la solicitación ejercida por el fluido sobre las partes mecánicas correspondientes del circuito frigorífico. Un fluido capaz de reemplazar al R-22 en un sistemas frigorífico concebido para este último no debe presentar una presión de condensación y de evaporación significativamente mayores que las del R-22.
Salvo excepción (azeótropo), las mezclas de fluidos no hierven a una temperatura constante a una presión dada, a diferencia de lo que ocurre con los cuerpos puros. La diferencia de temperatura entre el inicio y el final de la ebullición, denominada también deslizamiento, condiciona el funcionamiento de los intercambiadores. En el ámbito de la substitución del R-22, es deseable un valor del deslizamiento pequeño y próximo al del R-407C.
Estos nuevos productos, a base de HFC, y principalmente el R-407C, no son compatibles, sin embargo, con los aceites minerales o alquilbenceno utilizados para los sistemas que funcionan con el R-22, en lo que se refiere a la lubrificación de los órganos mecánicos, principalmente debido a un retorno de aceite insuficiente. Así pues necesitan la utilización de nuevos aceites de tipo polioléster (POE), o polialquilenglicol (PAG).
La substitución, en los numerosos sistemas de transferencia de calor existentes, que han sido concebidos para funcionar con el R-22, de este último fluido por un fluido que presente características termodinámicas próximas y un potencial de destrucción del ozono igual a 0, necesita por lo tanto, además del reemplazamiento del fluido frigorífico, el cambio de aceite de lubrificación, incluso cambios de algunos componentes del circuito frigorífico tales como las juntas y los tubos de conexión. Un procedimiento de conversión de este tipo es casi imposible con algunos materiales de compresión ampliamente expandidos, tal como el compresor hermético. En cualquier caso es largo, fastidioso y costoso, tanto más cuanto que, para eliminar la totalidad del aceite viejo, se necesitan varios enjuagues con el aceite nuevo.
La solicitud de patente europea EP 638623 menciona una composición casi azeotrópica, constituida por 5 a 20% de R-125, de 75 a 90% de R-134a y de 1 a 5% de dimetiléter (a continuación DME). Esta composición se menciona como utilizable como substituyente del R-502, que es una mezcla de 48,8% de R-22 (CHClF2) y de 51,2% de R-115 (CClF2CF3). Sin embargo no es conveniente para la substitución del R-22, principalmente en el acondicionado del aire.
La presente invención tiene por objeto remediar estos diversos inconvenientes.
La invención tiene por objeto, en primer lugar, una composición constituida, esencialmente, por 55 hasta 94% de R-125, por 2,5 hasta 35% de R-134a y por 3,5 hasta 25% de DME. Es preferible una composición constituida, esencialmente, por 60 hasta 85% de R-125, por 10 hasta 32% de R-134a, y por 5 a 8% de DME. Los porcentajes indicados en el presente texto se refieren, en ausencia de otras indicaciones, a porcentajes en peso.
Esta composición puede substituir al R-22 en sus diversas aplicaciones, principalmente para el acondicionado del aire. Además, esta presenta ventajosamente prestaciones termodinámicas que le permiten substituir sin inconvenientes a R-22 en una instalación de transferencia de calor concebida para funcionar con este fluido, permitiendo, principalmente, un retorno de aceite mucho mayor que el del R-407C cuando el aceite utilizado sea, precisamente, un aceite mineral o un aceite alquilbenceno. Por lo tanto, no es necesario, en el procedimiento de conversión de un material existente que funcione con R-22, vaciar el aceite, en contra de lo que ocurre en el caso en que se substituya el R-22 por el R-407C.
Las composiciones específicas siguientes son particularmente ventajosas:
- R-125 : 63,5% R-134a : 31,5% DME : 5%
- R-125 : 73,5% R-134a : 21% DME : 5,5%
- R-125 : 82%. R-134a : 12% DME : 6%.
La última, de estas 3 composiciones es aún más preferida.
La composición según la invención es utilizable, por lo tanto, como fluido frigorífico en un sistema de transferencia de calor adaptado al R-22 y que comprenda, como lubrificante, un aceite mineral o un aceite alquilbenceno. La presente invención tiene igualmente por objeto esta utilización. Un sistema de transferencia de calor adaptado al R-22 comprende un circuito frigorífico, cuyos elementos mecánicos, principalmente el evaporador y el condensador, son compatibles con las solicitaciones que resultan de la presión ejercida por el R-22 en el transcurso de su ciclo frigorífico.
La composición, objeto de la invención, puede prepararse por métodos perfectamente conocidos por el técnico en la materia, tal como mediante la realización de una mezcla de cada uno de sus componentes en estado líquido, en las proporciones deseadas.
Otra ventaja de la composición que constituye el objeto de la invención, consiste en su compatibilidad química con los polímeros habitualmente utilizados para realizar las juntas o los tubos de conexión de los circuitos frigoríficos que funcionan con el R-22. Estos polímeros son, por ejemplo, el EPDM (terpolímero etileno-propileno), el Hypalon® (polietileno clorosulfona), el Néoprène® (policloropreno), el Viton® (copolímero de hexaflúorpropileno/fluoruro de vinilideno), la poliamida 6/6 (PA 6/6), el polietileno tereftalato (PET), el politetra-flúoretileno (PTFE).
La presente invención tiene, finalmente, por objeto un sistema de transferencia de calor adaptado al R-22 y que comprende, como fluido frigorígeno, la composición tal como se ha definido precedentemente.
El lubrificante empleado en un sistema de este tipo es, ventajosamente, un aceite mineral o un aceite alquilbenceno.
Los sistemas de transferencia de calor son sistemas frigoríficos, sistemas de acondicionado de aire o bombas de calor. Los sistemas de acondicionado de aire son más particularmente preferidos.
Los ejemplos siguientes están dados a título puramente ilustrativo de la presente invención y no deben ser interpretados para reducir su alcance.
Ejemplos 1-8
Se han preparado diversas composiciones según la presente invención y se han sometido a los ensayos siguientes:
a) Retorno de aceite
Se introduce una carga de 5 g de aceite mineral en un serpentín refrigerado (1) colocado en un crióstato (2) a 0ºC.
Este serpentín se conecta con la parte situada aguas arriba, por intermedio de un conducto dotado con una válvula de retención (3) y con un captador de presión (4), con una botella (5), que contiene la composición según la invención a ser ensayada, equipada con un tubo buzo y colocada en un baño a 30ºC.
El serpentín está prolongado en la parte situada aguas abajo, por un conducto dotado con una válvula de regulación (6) y con una válvula de retención (7), que llega hasta la parte inferior de una botella de recuperación (8) colocada en un baño calentado a 60ºC. Un conducto preferente de la parte superior de la botella de recuperación está dotado con un contador de gas (9).
El circuito descrito en la Figura 1 es representativo de un circuito frigorífico en las proximidades del evaporador, y el ensayo de retorno de aceite consiste en medir la fracción de la carga de aceite colocada en el serpentín que es arrastrada por el fluido frigorígeno.
Se hace circular, durante 30 minutos, por apertura inicial de la válvula de retención (7) y a continuación de la válvula de retención (3), una corriente de la composición según la invención a ser ensayada, a razón de un caudal aproximado de 1 m^{3}/h a 0ºC bajo 1 atmósfera, a través del circuito descrito precedentemente y, principalmente a través del serpentín que contiene la carga de aceite.
Al final del ensayo, se pesa la cantidad de aceite recuperada en la botella (8).
El grado de recuperación o "retorno de aceite" (expresado en porcentaje) es igual al peso de aceite recuperado de este modo dividido entre el peso de la carga de aceite colocada inicialmente en el serpentín.
b) Prestaciones termodinámicas
Las prestaciones de la composición según la invención han sido evaluadas sobre un bucle frigorífico, cuyas condiciones de funcionamiento son: una temperatura de evaporación de 0ºC, una temperatura en la aspiración del compresor de 15ºC, una temperatura de condensación de 40ºC y una sub-refrigeración del líquido a la salida del condensador de 5K.
Los contenidos en R-125, R-134a y DME de las composiciones preparadas, así como los resultados obtenidos en estos 2 ensayos, se han indicado en la tabla 1 siguiente. A título de referencia, se han indicado también los resultados para el R-22 y el R-407C.
De este modo se ve que, las composiciones ilustradas tienen una capacidad frigorífica próxima a la del R22, al mismo tiempo que tienen una COP que permanece del mismo orden de magnitud que la del R-407C. Por lo tanto es conveniente para una utilización como substituto del R-22, en sus aplicaciones en acondicionado de aire y en refrigeración.
Estas ofrecen, además, un retorno de aceite, por lo tanto una compatibilidad mejorada con el aceite mineral utilizado para el R-22 y presentan presiones de evaporación y de condensación menores que la del R-22, lo que confirma la posibilidad de su utilización para una reconversión simplificada de la instalación.
TABLA 1
1
Ejemplo 9 Compatibilidad química con los polímeros habitualmente utilizados con el R-22
La longitud de probetas de dimensiones fijadas de estos polímeros y su resistencia a la tracción (probetas de tipo H2 según la norma NFT 46002 de la Asociación Francesa de Normalización o AFNOR) se han medido antes y después de un contacto de una semana de estas últimas con la composición del ejemplo nº 3, en una célula autoclavada de inox mantenida a 60ºC. El llenado con fluido frigorígeno de esta célula es tal que las probetas están sumergidas completamente en líquido.
Los resultados están indicados en la tabla 2 siguiente.
TABLA 2
2

Claims (8)

1. Composición constituida, esencialmente por 55 a 94% en peso de R-125, por 2,5 a 35% en peso de R-134a y por 3,5 a 25% en peso de DME.
2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque está constituida esencialmente por 60 hasta 85% en peso de R-125, por 10 a 32% en peso de R-134a, y por 5 a 8% en peso de DME.
3. Composición según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque se elige entre la lista siguiente:
- R-125 : 63,5% en peso R-134a : 31,5% en peso DME : 5% en peso - R-125 : 73,5% en peso R-134a : 21% en peso DME : 5,5% en peso - R-125 : 82% en peso R-134a : 12% en peso DME : 6% en peso.
4. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque está constituida por un 82% en peso de R-125, 12% en peso de R-134a, 6% en peso de DME.
5. Utilización de una composición tal como se ha definido en una de las reivindicaciones 1 a 4, como fluido frigorífico en un sistema de transferencia de calor adaptado al R-22 y que comprende, como lubrificante, un aceite mineral o un aceite alquilbenceno.
6. Sistema de transferencia de calor adaptado al R-22 y que comprende, como fluido frigorígeno, una composición tal como se ha definido en una de las reivindicaciones 1 a 4.
7. Sistema de transferencia de calor según la reivindicación 6, caracterizado porque el lubrificante es un aceite mineral o un aceite alquilbenceno.
8. Sistema de acondicionado de aire según una de las reivindicaciones 6 ó 7.
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FR0011229A FR2813610B1 (fr) 2000-09-04 2000-09-04 Composition utilisable comme fluide frigorifique

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