ES2336795T3 - Composicion a base de hfc (hidrofluorcarburos) y su utilizacion. - Google Patents
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Abstract
Composición, que está constituida de manera esencial por un 15 hasta un 35% en peso de R-32, por un 10 hasta un 50% en peso de R-125, por un 30 hasta un 50% en peso de R-134a y por un 5 hasta un 20% en peso de R-143a.
Description
Composición a base de HFC (HidroFlúorCarburos) y
su utilización.
La presente invención tiene por objeto una
composición a base de HFC (HidroFlúorCarburos), su utilización para
la refrigeración y/o para el acondicionamiento del aire, así como a
un sistema de transferencia de calor, que la contiene.
Los sistemas de transferencia de calor incluyen
especialmente, los refrigeradores, las bombas de calor y las
sistemas de aire acondicionado.
En tales dispositivos es evaporado a baja
presión un fluido frigorífico de punto de ebullición conveniente,
tomándose calor en un primer medio (o zona) circundante. A
continuación es comprimido el vapor, que se forma de este modo, por
medio de un compresor y pasa, seguidamente, a un condensador, en el
que es transformado al estado líquido dando lugar, de este modo, a
un desprendimiento de calor en una segunda zona circundante. El
líquido, condensado de este modo, circula a continuación a través de
un descompresor, en cuya salida se transforma en una mezcla
bifásica de líquido y de vapor, que es introducida, por último, en
el evaporador, en el que el líquido es evaporado de nuevo a baja
presión, con los que se completa el ciclo.
La energía mecánica, que es necesaria para
asegurar la compresión del vapor y la circulación del fluido, está
asegurada por un motor eléctrico o de combustión interna. Como
ocurre en cualquier dispositivo mecánico, es necesario que las
partes en movimiento estén convenientemente lubrificadas. Los
lubrificantes utilizados constituyen parte integrante del sistema
de de transferencia del calor y, a la vez, condicionan sus
prestaciones y su duración de vida, por el mantenimiento en el
tiempo de una lubrificación conveniente.
En particular, el fluido frigorífico, que está
en contacto con el lubrificante, que está presente sobre sus parte
móviles, en cada pasaje a través del compresor, tiene tendencia a
arrastrar una cierta cantidad, que acompaña al fluido frigorífico
en su ciclo y que, por consiguiente, es recuperada en el evaporador.
Ahora bien, este último es llevado, en general, a una baja
temperatura, a la que 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 la
posibilidad de retornar hacia el compresor, calificándose este
retorno en el presente texto como "retorno de aceite".
Por consiguiente, si el retorno del aceite es
insuficiente, no puede mantenerse constante en el tiempo la
cantidad de lubrificante que está presente sobre las partes móviles
del compresor, lo que recae sobre el funcionamiento conveniente de
dicho compresor y sobre su duración de vida.
Por lo tanto, es necesario utilizar un par
constituido por el fluido frigorífico/aceite, que sea perfectamente
compatible, de manera especial, en lo que se refiere al retorno del
aceite.
El producto R-22 o
monoclorodiflúorometano es un refrigerante de tipo HCFC
(HidroCloroFlúorCarburo) ampliamente utilizado en aplicaciones de
transferencia de calor, con inclusión de la climatización fija, 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 producto
R-22; los lubrificantes empleados, puesto que están
adaptados al producto R-22 principalmente en lo que
se refiere al retorno del aceite, son bien aceites minerales o bien
son aceites de alquilbenceno.
Aún cuando el R-22 tiene un
potencial muy bajo de destrucción del ozono (a continuación
denominado ODP), su utilización constituye sin embargo, de la misma
manera, objeto de restricción y han sido desarrollados nuevos
productos a base de HFC (HidroFlúorCarburos), que son
particularmente ventajosos para la capa de ozono estratosférico,
dado que los HFC presentan un ODP nulo.
Entre estos productos, el R-407C
ha sido desarrollado principalmente para reemplazar al
R-22 en las aplicaciones de acondicionamiento del
aire. Este producto es una mezcla, que asocia a los
R-32, R-125, R-134a
en las proporciones de 23/25/52% en peso. El R-32
es la denominación usual en el ramo para el diflúormetano, el
R-125 es el pentaflúoroetano, y el
R-134a designa el
1,1,1,2-tétraflúoroetano. 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
de este modo la substitución de un fluido HCFC por un fluido HFC más
seguro frente a la capa de ozono estratosférico, en el ámbito de un
procedimiento de conversión de estos sistemas antiguos. Las
propiedades termodinámicas intervinientes son perfectamente
conocidas por el técnico en la materia y son, principalmente, la
capacidad frigorífica, la eficacia energética (o COP) y la presión
de condensación.
La capacidad frigorífica representa la potencia
frigorífica disponible merced a un fluido frigorígeno, para un
condensador dado. Con el fin de reemplazar al R-22,
es imperativo disponer de un fluido, cuya la capacidad frigorífica
sea elevada y próxima a la del R-22.
El COP expresa la relación que existe 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, es
conveniente un valor del COP del fluido menor que el del
R-22 cuando se acepte aumentar el consumo eléctrico
de la instala-
ción.
ción.
Por último, la presión de condensación indica la
solicitación ejercida por el fluido sobre las partes mecánicas
correspondientes del circuito frigorífico. Un fluido capaz de
reemplazar al R-22 en un sistema frigorífico,
concebido para este último, no debe presentar una presión de
condensación significativamente mayor que la del
R-22.
Sin embargo, estos nuevos productos a base de
HFC, y, principalmente, el R-407C, no son
compatibles con los aceites minerales o de alquilbenceno, que son
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. Por consiguiente, estos órganos necesitan la
utilización de nuevos aceites, de tipo PoliOlEster (POE) o
PoliAlquilenGlicol (PAG).
Por consiguiente, 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 prestaciones
termodinámicas próximas y un potencial de destrucción del ozono
igual a 0, necesita, además de la substitución del fluido
frigorígeno, el cambio del aceite de lubrificación, incluso necesita
cambios de ciertos componentes del circuito frigorífico tales como
las juntas y las tuberías de conexión. Un procedimiento de
conversión, este tipo, es casi imposible con ciertos materiales de
de compresión ampliamente extendidos, tal como el compresor
hermético. Este procedimiento es, en cualquier caso, prolongado,
molesto y costoso, tanto más cuanto que, para eliminar la totalidad
del aceite, son necesarios varios enjuagados con el nuevo
aceite.
Por otra parte, el documento JP
8-100170 divulga una composición cuaternaria, que
contiene diflúorometano, triflúoroetano, tetraflúoroetano y
pentaflúoroetano para la substitución del R-502.
La presente invención tiene por objeto una
composición, que está constituida, de manera esencial, por un 15
hasta un 35% en peso de R-32, por un 10 hasta un 50%
en peso de R-125, por un 30 hasta un 50% en peso de
R-134a y por un 5 hasta un 20% en peso de
R-143a. Es preferente una composición constituida,
de manera esencial, por un 15 hasta un 30% en peso de
R-32, por un 20 hasta un 40% en peso de
R-125, por un 35 hasta un 50% en peso de
R-134a y por un 5 hasta un 15% en peso de
R-143a. El R-143a designa el 1,1,1
triflúoroetano.
Esta composición puede substituir al
R-22 en sus diversas aplicaciones, de manera
principal para el acondicionamiento del aire. Esta composición
presenta, de manera ventajosa, prestaciones termodinámicas que le
permiten substituir sin inconveniente al R-22 en
una instalación de transferencia de calor, concebida para funcionar
con este fluido, permitiendo, de manera especial, un retorno de
aceite satisfactorio, a pesar de la presencia de una cantidad
residual de aceite mineral antiguo o de alquilbenceno en el nuevo
aceite de tipo POE, después de la operación de enjuagado (o de
limpieza). De este modo, la operación de enjuagado puede ser
aligerada.
Son particularmente ventajosas las siguientes
composiciones específicas en peso:
- \bullet
- R 134a = 40% y R-125 = 25%, R-32 = 25%, R 143a = 10%
- \bullet
- R 134a = 35% y R-125 = 35%, R-32 = 20%, R 143a = 10%
- \bullet
- R 134a = 35% y R-125 = 30%, R-32 = 20%, R 143a = 15%
- \bullet
- RR 134a = 50% y R-125 = 25%, R-32 = 15%, 143a = 10%
\vskip1.000000\baselineskip
Por consiguiente, la composición de conformidad
con la invención, puede ser utilizada como fluido frigorífico en un
sistema de transferencia de calor adaptado al R-22 y
que comprende como lubrificante une aceite POE o PAG. El
lubrificante puede comprender cantidades residuales de aceite
mineral o de alquilbenceno procedente de la operación de enjuagado.
La presente invención tiene igualmente por objeto esta
utilización.
La composición, que constituye el objeto de la
presente invención, puede ser preparada por medio de métodos
perfectamente conocidos por el técnico en la materia, tales como la
realización de una mezcla de cada uno de sus componentes en estado
líquido, en las proporciones deseadas.
Por último, la presente invención tiene por
objeto un sistema de transferencia de calor adaptado al
R-22 y que comprende como fluido frigorígeno la
composición tal como la que ha sido definida precedentemente.
El lubrificante empleado en un sistema de este
tipo es, de manera ventajosa, une aceite de tipo polioléster o de
tipo polialquilen glicol.
Los sistemas de transferencia de calor son
sistemas frigoríficos, sistemas de acondicionamiento del aire o
bombas de calor. Los sistemas de acondicionamiento del aire son
particularmente preferidos.
Los ejemplos que siguen han sido dados a título
puramente ilustrativo.
Se han preparado diversas composiciones según la
presente invención y han sido sometidas a los siguientes
ensayos.
\vskip1.000000\baselineskip
Se introduce una carga de 10 g de una mezcla de
aceite mineral (HM) o de aceite de alquilbenceno (AB) con une
aceite PoliOlEster (POE) en un serpentín refrigerado (1), colocado
en un criostato (2) a 0ºC.
Aguas arriba, este serpentín está conectado, 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 de conformidad con la invención, que debe ser ensayada,
que está equipada con un tubo buzo y que está colocada en un baño a
30ºC.
Aguas abajo, el serpentín está prolongado par
une conducto, que está 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), que está colocada en un baño de
calefacción a 60ºC. Un conducto, que procede de la parte superior
de la botella de recuperación, está dotado con contador de gas
(9).
El circuito, que ha sido descrito sobre 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.
Mediante la apertura inicial de la válvula de
retención (7), se hace circular durante 15 minutos y, a
continuación, de la válvula de retención (3), una corriente de la
composición de conformidad con la invención, que debe ser ensayada,
a razón de un caudal de aproximadamente 1 m^{3}/h medido a la
temperatura ambiente y bajo 1 atmósfera, a través del circuito, que
ha sido descrito precedentemente y, de manera especial, 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 del aceite,
que ha sido recuperado de este modo, dividido entre el peso de la
carga de aceite, que ha sido colocada inicialmente en el serpentín.
El grado máximo admisible de aceite mineral o de alquilbenceno en un
aceite POE está definido como aquel, a partir del cual, el retorno
de aceite de la mezcla es menor que el del R-22 en
las mismas condiciones del ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
Se han evaluado las prestaciones de la
composición, de conformidad con la invención, en 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 de
condensador de 5K.
En la tabla 1 se han reseñado los contenidos en
R-32, R-125, R-134a
y R-143a de las diferentes composiciones
preparadas, así como sus prestaciones termodinámicas. A título de
referencia, se han indicado, igualmente, los correspondientes para
el R-22 y el R-407C. Nosotros hemos
indicado el retorno de aceite del R-407C, de las
diferentes composiciones preparadas y del R-22 para
diversas mezclas de aceite POE con une aceite de alquilbenceno
(tabla 2) o un aceite mineral (tabla 3). Por extrapolación a un
retorno de aceite equivalente al que se obtiene en presencia del
R-22, hemos podido obtener el grado de aceite de
alquilbenceno o mineral máximo admisible en la POE, para que el
retorno de aceite no sea menor que el que se obtienen en presencia
de R-22 (tabla 4).
Se observa, que las composiciones ilustradas
tienen una capacidad frigorífica mayor que la del
R-407C y que soportan grados máximos admisibles de
aceite mineral o de alquilbenceno mayores que el
R-407C.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
6
Se opera como en el caso de los ejemplos
precedentes con excepción de que la composición de conformidad con
la invención contiene un 15% en peso de R-32, un 25%
en peso de R-125, un 50% en peso de
R-134a y un 10% en peso de
R-143a.
La capacidad frigorífica de una composición de
este tipo es de 3240 kJ/m^{3}, el COP es de 5,6 y la presión de
condensación es de 15,5 bares.
El grado máximo admisible de aceite mineral es
de 10,7% y el del alquilbenceno es de 14%.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
7
(Comparativo)
Se opera como en el caso precedente pero con una
composición que contiene un 20% en peso de R-32, un
45% en peso de R-125, un 15% en peso de
R-134a y un 20% en peso de
R-143a.
La capacidad frigorífica de una composición de
este tipo es de 3950 kJ/m^{3}, el COP es de 5,3 y la presión de
condensación es de 19,7 bares.
El grado máximo admisible de aceite mineral es
de 7,3% y el del alquilbenceno es de 14%.
Claims (8)
1. Composición, que está constituida de manera
esencial por un 15 hasta un 35% en peso de R-32, por
un 10 hasta un 50% en peso de R-125, por un 30
hasta un 50% en peso de R-134a y por un 5 hasta un
20% en peso de R-143a.
2. Composición según la reivindicación 1
caracterizada porque está constituida por un
15-30% en peso de R-32, por un
20-40% en peso de R-125, por un 35
hasta un 50% en peso de R-134a y por un 5 hasta un
15% en peso de R-143a.
3. Composición según la reivindicación 1 o 2
caracterizada porque está constituida por un 25% en peso de
R-32, por un 25% en peso de R-125,
por un 40% en peso de R-134a y por un 10% en peso de
R-143a.
4. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizada porque está
constituida por un por un 20% en peso de R-32, por
un 35% en peso de R-125, por un 35% en peso de
R-134a y por un 10% en peso de
R-143a.
5. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizada porque está
constituida por un 20% en peso de R-32, por un 30%
en peso de R-125, por un 35% en peso de
R-134a y por un 15% en peso de
R-143a.
6. Composición según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes caracterizada porque está
constituida por un 15% en peso de R-32, por un 25%
en peso de R-125, por un 50% en peso de
R-134a y por un 10% en peso de
R-143a.
7. Fluido frigorígeno, que comprende una
composición según las reivindicaciones 1 a 6.
8. Sistema de transferencia de calor, que
contienen el fluido frigorífico según la reivindicación 7.
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