ES2656411T3 - Uso del R-1233 en enfriadores de líquidos - Google Patents

Abstract

Un proceso para producir refrigeración en un sistema de enfriador que comprende comprimir un compresor centrífugo y un evaporador que comprende comprimir un refrigerante de hidroclorofluoropropeno en dicho compresor centrífugo en donde la presión del evaporador es menor que la presión ambiente, y evaporar el refrigerante de hidroclorofluoropropeno en la proximidad de un cuerpo a enfriar, en donde dicho refrigerante de hidroclorofluoropropeno comprende un cloro-trifluoropropeno seleccionado del grupo que consiste en 1-cloro-3,3,3- trifluoropropeno, 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno y mezclas de los mismos.

Description

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DESCRIPCION

Uso del R-1233 en enfriadores de líquidos Campo de la invención

Esta invención se refiere al uso de cloro-trifluoropropenos como refrigerantes en enfriadores de líquidos a presión negativa. Los cloro-trifluoropropenos, particularmente el 1-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, tienen una alta eficiencia y una inesperadamente alta capacidad en aplicaciones de enfriadores de líquidos y son útiles como refrigerantes más sostenibles desde el punto de vista ambiental para tales aplicaciones, incluida la sustitución del R-123 y del R-11. Los cloro-trifluoropropenos se pueden usar en nuevas aplicaciones de enfriadores o como relleno o reacondicionamiento donde se elimina el refrigerante de un enfriador existente y se añaden los cloro- trifluoropropenos de la presente invención.

Antecedentes de la invención

Con la continua presión regulatoria, existe una creciente necesidad de identificar más sustitutos ambientalmente sostenibles para refrigerantes, fluidos de transferencia de calor, agentes espumantes, disolventes y aerosoles con menores potenciales de agotamiento de la capa de ozono y de calentamiento global. Los clorofluorocarburos (CFC) y los hidroclorofluorocarburos (HCFC), ampliamente usados para estas aplicaciones, son sustancias que agotan la capa de ozono y se están eliminando progresivamente de conformidad con las directrices del Protocolo de Montreal. Los hidrofluorocarburos (HFC) son un sustituto líder para los CFC y los HCFC en muchas aplicaciones; aunque se los considera "amigables" con la capa de ozono, en general todavía poseen un alto potencial de calentamiento global. Una nueva clase de compuestos que se han identificado para sustituir las sustancias que agotan la capa de ozono o que tienen un alto potencial de calentamiento global son las olefinas halogenadas, tales como las hidrofluoroolefinas (HFO) y las hidroclorofluoroolefinas (HCFO). En la presente invención, se descubrió que los cloro-trifluoropropenos son refrigerantes particularmente útiles de sistemas de enfriadores de líquidos, particularmente en sistemas de enfriadores a presión negativa, tales como para la sustitución del R-11 y del R-123.

Con la continua presión regulatoria, existe una creciente necesidad de identificar más sustitutos ambientalmente sostenibles para refrigerantes, fluidos de transferencia de calor, agentes espumantes, solventes y aerosoles con menores potenciales de agotamiento del ozono y de calentamiento global. Los clorofluorocarburos (CFC) y los hidroclorofluorocarburos (HCFC), ampliamente usados para estas aplicaciones, son sustancias que agotan la capa de ozono y se están eliminando gradualmente de conformidad con las directrices del Protocolo de Montreal. Los hidrofluorocarburos (HFC) son un sustituto líder para los CFC y los HCFC en muchas aplicaciones; aunque se los considera "amigables" con la capa de ozono, en general todavía poseen un alto potencial de calentamiento global. Una nueva clase de compuestos que se han identificado para sustituir las sustancias que agotan la capa de ozono o que tienen un alto potencial de calentamiento global son las olefinas halogenadas, tales como las hidrofluoroolefinas (HFO) y las hidroclorofluoroolefinas (HCFO). Las HFO y las HCFO proporcionan un bajo potencial de calentamiento global y propiedades de agotamiento de la capa ozono cero o casi nulas.

El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 2007007488 se refiere a composiciones que contienen olefinas sustituidas con flúor, y muestra un número de usos tales como transferencia de calor, soplado de espumas, disolvente, extracción de sabores y fragancias, propelente y aerosol. El Documento de Patente de los EE.UU. de número US 7442321 describe composiciones de tipo azeótropo que comprenden 1,1,1-trifluoro-3-cloropropeno y trans-1,2-dicloroetileno, y los usos de los mismos, incluyendo refrigerante, agente de soplado, disolvente y aerosol. El Documento WO 2010077898 describe una composición de refrigerante que contiene trans 1,1,1 -trifluoro-3- cloropropeno apto para aplicaciones de enfriadores.

Los enfriadores son máquinas de refrigeración que enfrían agua, otros fluidos de transferencia de calor, o fluidos de proceso mediante una compresión de vapor (Rankine inverso modificado), absorción, u otro ciclo termodinámico. Su uso más común es en sistemas centrales para acondicionar aire de grandes edificios de oficinas, edificios comerciales, centros médicos, edificios de entretenimiento, edificios residenciales de alto nivel y similares o grupos de edificios. Ambas grandes centrales y plantas interconectadas, generalmente con múltiples enfriadores en cada una, son comunes en centros comerciales, universidades, centros médicos y de oficinas; instalaciones militares; y en los sistemas de refrigeración de distrito. El agua enfriada (o menos comúnmente una salmuera u otro fluido de transferencia de calor) se canaliza a través del edificio o edificios hacia otros dispositivos, tales como los sistemas de gestión de aire zonificado, que usan el agua enfriada o la salmuera para acondicionar el aire (enfriar y deshumedecer) en espacios ocupados o controlados. Por su naturaleza, tanto la eficiencia como la confiabilidad son atributos críticos de los enfriadores. Los enfriadores típicamente tienen una capacidad térmica que varía de aproximadamente 10 kW (3 toneladas) a más de 30 MW (8.500 toneladas), con un intervalo más común de 300 kW (85 toneladas) a 14 MW (4.000 toneladas). Los sistemas más grandes típicamente emplean enfriadores múltiples, con algunas instalaciones que superan los 300 MW (85,000 toneladas) de enfriamiento. Los sistemas de enfriadores de líquidos enfrían el agua, la salmuera u otro refrigerante secundario para la refrigeración o el acondicionamiento del aire. El sistema puede ser ensamblado y cableado en la fábrica o ser enviado en secciones para su montaje en el sitio requerido. La aplicación más frecuente es el enfriamiento del agua para el acondicionamiento del aire,

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aunque también son comunes el enfriamiento de la salmuera para refrigeración a baja temperatura y el enfriamiento de fluidos en procesos industriales.

Los componentes básicos de un sistema de enfriador de líquidos por compresión de vapor incluyen un compresor, un refrigerador de líquido (evaporador), un condensador, un impulsor del compresor, un dispositivo de control del flujo o de expansión del refrigerante líquido, y un centro de control; también puede incluir un receptor, un economizador, una turbina de expansión y/o un subenfriador. Además, se pueden usar componentes auxiliares, como un enfriador de lubricante, un separador de lubricante, un dispositivo de retorno de lubricante, una unidad de purga, una bomba de lubricante, una unidad de transferencia de refrigerante, orificios de purga del refrigerante y/o válvulas de control adicionales.

El líquido (generalmente agua) entra en el refrigerador, donde se enfría por el líquido refrigerante que se evapora a una temperatura más baja. El refrigerante se vaporiza y se introduce en el compresor, lo que aumenta la presión y la temperatura del gas, de modo que se puede condensar a la temperatura más alta en el condensador. El medio de enfriamiento del condensador se calienta en el proceso. El refrigerante líquido condensado fluye de nuevo al evaporador a través de un dispositivo de expansión. Parte del líquido refrigerante cambia a vapor (evaporación súbita) a medida que la presión cae entre el condensador y el evaporador. La evaporación súbita enfría al líquido a la temperatura de saturación a la presión del evaporador. No produce refrigeración en el refrigerador. Las siguientes modificaciones (a veces combinadas para un efecto máximo) reducen el gas de evaporación súbita y aumentan la refrigeración neta por unidad de consumo de energía.

Subenfriamiento. El refrigerante condensado se puede subenfriar por debajo de su temperatura de condensación saturada en la sección del subenfriador de un condensador refrigerado por agua o en un intercambiador de calor separado. El subenfriamiento reduce la evaporación súbita y aumenta el efecto de refrigeración en el enfriador.

Recuperación. Este proceso puede ocurrir en una expansión directa (DX, por sus siglas en inglés), en una turbina de expansión, o en un sistema de evaporación súbita. En un sistema DX, el refrigerante líquido principal generalmente se refrigera en la carcasa de un intercambiador de calor de carcasa y tubos, a la presión de condensación, desde la temperatura de condensación saturada hasta dentro de varios grados de la temperatura de saturación intermedia. Antes del enfriamiento, una pequeña porción del líquido se evapora súbitamente y se evapora en el lado de los tubos del intercambiador de calor para enfriar el flujo de líquido principal. Aunque subenfriado, el líquido aún está a la presión de condensación.

Una turbina de expansión extrae energía rotativa a medida que se vaporiza una parte del refrigerante. Al igual que en el sistema DX (por sus siglas en inglés), el líquido restante se suministra al refrigerador a presión intermedia. En un sistema de evaporación súbita, todo el flujo de líquido se expande a una presión intermedia en un recipiente que suministra líquido al refrigerador a presión intermedia saturada; sin embargo, el líquido está a una presión intermedia.

El gas procedente de la evaporación súbita entra al compresor en una etapa intermedia de un compresor centrífugo de múltiples etapas, en una etapa intermedia de un compresor alternativo de dos etapas integral, en un puerto de presión intermedia de un compresor de tornillo, o en la entrada de una etapa de alta presión en un compresor de tornillo o alternativo de múltiples etapas.

Inyección líquida. El líquido condensado se estrangula a la presión intermedia y se inyecta en la succión de la segunda etapa del compresor para evitar temperaturas de descarga excesivamente altas y, en el caso de máquinas centrífugas, para reducir el ruido. Para los compresores de tornillo, el líquido condensado se inyecta en un puerto ajustado a una presión de descarga ligeramente inferior para proporcionar refrigeración al lubricante.

Sistema Básico

En la Figura 1 se muestra un ejemplo de ciclo de refrigeración de un sistema de enfriador de líquidos básico. El agua enfriada entra al refrigerador a 12,2°C (54°F), por ejemplo, y sale a 6,6°C (44°F). El agua del condensador sale hacia una torre de refrigeración a 29,4°C (85°F), entra al condensador, y regresa a la torre de refrigeración próxima a 35°C (95°F). Los condensadores también se pueden refrigerar por aire o por evaporación de agua. Este sistema, con un único compresor y un circuito de refrigerante con un condensador refrigerado por agua, se usa ampliamente para enfriar agua para el acondicionamiento del aire porque es relativamente simple y compacto. El compresor puede ser un compresor alternativo, de desplazamiento, de tornillo o centrífugo. Los sistemas de la presente invención son sistemas de enfriadores de líquidos centrífugos.

Un compresor centrífugo usa elementos giratorios para acelerar el refrigerante radialmente, y típicamente incluye un impulsor y un difusor alojados en una carcasa. Los compresores centrífugos usualmente toman el fluido de un ojo del impulsor, o de la entrada central de un impulsor circulante, y lo aceleran radialmente hacia fuera. Se produce un aumento de la presión estática en el impulsor, pero la mayor parte del aumento de presión ocurre en la sección del difusor de la carcasa, donde la velocidad se convierte en presión estática. Cada conjunto de impulsor-difusor es una etapa del compresor. Los compresores centrífugos se construyen con 1 a 12 etapas o más, dependiendo de la presión final deseada y del volumen de refrigerante que se va a manipular.

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La relación de las presiones, o relación de compresión, de un compresor es la relación entre la presión de descarga absoluta y la presión de entrada absoluta. La presión suministrada por un compresor centrífugo es prácticamente constante en un intervalo relativamente amplio de capacidades. Por lo tanto, para mantener el rendimiento del compresor centrífugo mientras se sustituye el refrigerante existente, la relación de las presiones al usar el nuevo refrigerante debe ser lo más cercana posible a la relación cuando se usa del refrigerante existente.

A diferencia de un compresor de desplazamiento positivo, un compresor centrífugo depende completamente de la fuerza centrífuga del impulsor de alta velocidad para comprimir el vapor que pasa a través del impulsor. No hay desplazamiento positivo, sino más bien lo que se llama una compresión dinámica.

La presión que puede desarrollar un compresor centrífugo depende de la velocidad periférica del impulsor. La velocidad periférica es la velocidad del impulsor medida en su periferia y está relacionada con el diámetro del impulsor y sus revoluciones por minuto. La capacidad del compresor centrífugo está determinada por el tamaño de los pasos a través del impulsor. Esto hace que el tamaño del compresor sea más dependiente de la presión requerida que de la capacidad.

Con el fin de mantener el rendimiento del compresor centrífugo mientras se sustituye el refrigerante existente, el número Mach del impulsor predeterminado debe ser el mismo que el alcanzado por el refrigerante existente. Dado que el número Mach del impulsor depende de la velocidad acústica (velocidad del sonido) del refrigerante, el rendimiento de un compresor se puede mantener con mayor precisión formulando un refrigerante de sustitución que tenga la misma velocidad acústica que el refrigerante original, o que tenga una velocidad acústica que teóricamente proporcionará el mismo número Mach del impulsor que el refrigerante existente.

Una consideración importante para los compresores, especialmente cuando se sustituye un refrigerante existente por uno nuevo, es la velocidad específica adimensional, O, definida aquí como:

(¿Vv

n = ------37

(,Ahy/4

donde w es la velocidad angular (rad/s), V es el caudal volumétrico (m3/s) y Ah es el trabajo específico ideal (J/kg) por etapa del compresor, que se puede aproximar como:

T2-T1

Ah = h2 - h - (s2 - Si)---~—

ln(^)

donde los subíndices 1 y 2 denotan el estado del gas a la entrada y a la salida del compresor, respectivamente. H, s y T son respectivamente la entalpía específica, la entropía específica y la temperatura. Los compresores funcionan con la mayor eficiencia adiabática, n, cuando O tiene el valor óptimo para el diseño.

Debido a su operación de alta velocidad, un compresor centrífugo es fundamentalmente una máquina de alto volumen y baja presión. Un compresor centrífugo funciona mejor con un refrigerante de baja presión, tal como el triclorofluorometano (CFC-11). Cuando parte del enfriador, particularmente el evaporador, se opera a un nivel de presión por debajo de la presión ambiente, el enfriador se conoce como un sistema de presión negativa. Uno de los beneficios de un sistema de baja presión o de presión negativa es la baja tasa de fugas. Las fugas de refrigerante son impulsadas por diferenciales de presión, por lo que presiones más bajas darán como resultado menores tasas de fugas que los sistemas de alta presión. Además, las fugas en el sistema que funciona a una presión ambiental inferior tienen como resultado que el aire ingrese al equipo en lugar de que se escape el refrigerante. Aunque tal operación requiere un dispositivo de purga para eliminar el aire y la humedad,

Sumario de la invención

En la presente invención, se descubrió que los cloro-trifluoropropenos son refrigerantes particularmente útiles para sistemas de enfriadores de líquidos a presión negativa, tales como para la sustitución del R-11 y del R-123. Se descubrió que los cloro-trifluoropropenos de la presente invención proporcionan condiciones operativas comparables a las de los refrigerantes de los enfriadores actuales y también que son compatibles con los lubricantes de los enfriadores actuales. Los cloro-trifluoropropenos de la presente invención son 1-cloro-3,3,3-trifluoropropeno y/o 2- cloro-3,3,3-trifluoropropeno, y más preferiblemente trans-1-cloro-3,3,3 -trifluoropropeno.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es un esquema de un sistema de enfriador típico.

La Figura 2 es un gráfico de COP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de -10°C.

La Figura 3 es un cuadro de CAP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de -10°C.

La Figura 4 es un gráfico de COP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de 0°C.

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La Figura 5 es un cuadro de CAP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de 0°C.

La Figura 6 es un gráfico de COP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de 5°C.

La Figura 7 es un cuadro de CAP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de 5°C.

La Figura 8 es un gráfico de COP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de 10°C.

La Figura 9 es un cuadro de CAP para R-123, R-1233zd y R-1234ze a una temperatura del evaporador de 10°C.

Descripción detallada de la invención

La composición de refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención se puede añadir a un nuevo sistema de enfriador o se puede emplear en un método de relleno o de reacondicionamiento de un sistema de enfriador existente. La composición de refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención se usa en enfriadores operados a presión negativa, usando compresores centrífugos y preferiblemente en evaporadores inundados. El método de reacondicionamiento comprende las etapas de eliminar el refrigerante existente del sistema de enfriador mientras que opcionalmente se retiene una porción sustancial del lubricante en dicho sistema; e introducir en dicho sistema una composición que comprende un refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención que es miscible con el lubricante presente en el sistema sin la necesidad de la adición de tensioactivos y/o de agentes solubilizantes. En el relleno de un sistema de enfriador existente, el refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención se añade para rellenar a una carga de refrigerante o como una sustitución parcial para sustituir el refrigerante perdido o después de eliminar parte del refrigerante existente y luego añadir el refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención. El refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención es 1-cloro-3,3,3-trifluoropropeno y/o 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, y más preferiblemente trans-1-cloro-3,3,3- trifluoropropeno.

Como se usa en la presente invención, el término "porción sustancial" se refiere generalmente a una cantidad de lubricante que es al menos aproximadamente el 50 % (todos los porcentajes en la presente invención son en peso a menos que se indique lo contrario) de la cantidad de lubricante contenido en el sistema de refrigeración antes de la eliminación del refrigerante anterior. Preferiblemente, la porción sustancial de lubricante en el sistema según la presente invención es una cantidad de al menos aproximadamente el 60 % del lubricante contenido originalmente en el sistema de refrigeración, y más preferiblemente una cantidad de al menos aproximadamente el 70 %.

Cualquiera de una amplia gama de métodos conocidos se puede usar para eliminar los refrigerantes anteriores de un sistema de enfriador mientras se elimina menos de una porción importante del lubricante contenido en el sistema. Según las realizaciones preferidas, el lubricante es un lubricante a base de hidrocarburos y la etapa de eliminación tiene como resultado que al menos aproximadamente el 90 %, e incluso más preferiblemente al menos aproximadamente el 95 %, de dicho lubricante permanezca en el sistema. La etapa de eliminación se puede realizar fácilmente bombeando los refrigerantes originales en estado gaseoso de un sistema de refrigeración que contiene lubricantes en estado líquido, porque los refrigerantes son bastante volátiles con relación a los lubricantes tradicionales a base de hidrocarburos. El punto de ebullición de los refrigerantes es generalmente inferior a 30°C, mientras que el punto de ebullición de los aceites minerales es generalmente superior a 200°C. Dicha eliminación se puede lograr de cualquiera de una serie de formas conocidas en la técnica, incluido el uso de un sistema de recuperación de refrigerante. Alternativamente, un recipiente de refrigerante evacuado, refrigerado, se puede unir al lado de baja presión de un sistema de refrigeración de manera que el refrigerante previo gaseoso se aspire al recipiente evacuado y se retire.

Además, se puede unir un compresor a un sistema de refrigeración para bombear el refrigerante anterior desde el sistema a un recipiente evacuado. A la luz de la descripción anterior, los expertos en la técnica podrán eliminar fácilmente los refrigerantes anteriores de los sistemas de enfriadores y proporcionar un sistema de refrigeración que comprende una cámara que contiene un lubricante a base de hidrocarburos y un refrigerante de cloro- trifluoropropeno según la presente invención.

El método de la presente invención comprende la introducción a un sistema enfriador, de una composición que comprende al menos un refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención miscible con el lubricante presente en el sistema. Los lubricantes en el sistema de enfriador pueden ser aceites lubricantes de hidrocarburos, aceites lubricantes oxigenados o mezclas de los mismos.

Un proceso para producir refrigeración en un sistema de enfriador comprende un compresor centrífugo y un evaporador que comprende comprimir un refrigerante de hidrocloro-trifluoropropeno en dicho compresor centrífugo en donde la presión del evaporador es inferior a la presión ambiente, y evaporar el refrigerante de hidrocloro- trifluoropropeno en la proximidad de un cuerpo a ser enfriado, en donde dicho refrigerante de hidrocloro- trifluoropropeno comprende un cloro-trifluoropropeno seleccionado del grupo que consiste en 1-cloro-3,3,3- trifluoropropeno, 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, y mezclas de los mismos.

Además del refrigerante de cloro-trifluoropropeno de la presente invención, la composición introducida en el sistema puede incluir un refrigerante adicional seleccionado de hidrofluorocarburos, hidroclorofluorocarburos,

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clorofluorocarburos, hidrocloroolefinas, hidrofluoroéteres, fluorocetonas, hidrocarburos, amoníaco, o mezclas de los mismos, preferiblemente cuando el refrigerante adicional es no inflamable y/o la composición de refrigerante resultante es no inflamable.

El hidrofluorocarburo se puede seleccionar de diflurometano (HFC-32), 1-fluoroetano (HFC-161), 1,1-difluoroetano (HFC-152a), 1,2-difluoroetano (HFC-152), 1,1,1-trifluoroetano (HFC-143a), 1,1,2-trifluoroetano (HFC-143), 1,1,1,2- tetrafluoroetano (HFC-134a), 1,1,2,2-tetrafluoroetano (HFC-134), pentafluoroetano (HFC-125), 1,1,1,2,3-

pentafluoropropano (HFC-245eb), 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa), 1,1,2,2,3-pentafluoropropano (HFC- 245ca), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropano (HFC-236fa), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (HFC-227ea), 1,1,1,3,3- pentafluorobutano (HFC-365mfc), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropropano (HFC-4310) y mezclas de los mismos.

El hidroclorofluorocarburo se puede seleccionar de 1,1-dicloro-2,2,2-trifluoroetano (R-123), 1-cloro-1,2,2,2- tetrafluoroetano (R-124), 1,1-dicloro-1-fluoroetano (R-141b). 1-cloro-1,1-difluoroetano (R-142b) y mezclas de los mismos, preferiblemente R-123.

Los clorofluorocarburos pueden ser triclorofluorometano (R-11), diclorodifluorometano (R-12), 1,1,2-tricloro-1,2,2- trifluoroetano (R-113), 1,2-dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano (R-114), cloropentafluoroetano (R-115) o mezclas de los mismos, preferiblemente R-11.

Ejemplos de hidrofluoroéteres incluyen 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoro-3-metoxipropano, 1,1,1,2,2,3,3,4,4-nonafluoro-4- metoxi-butano, o mezclas de los mismos. Un ejemplo de fluorocetona es 1,1,1,2,2,4,5,5,5-nonafluoro- 4(trifluorometil)-3-pentanona.

Las hidrofluoroolefinas pueden ser una hidrofluoroolefina de C3 a C5 que contiene al menos un átomo de flúor, al menos un átomo de hidrógeno y al menos un enlace alqueno. Ejemplos de hidrofluoroolefinas incluyen 3,3,3- trifluoropropeno (HFO-1234zf), E-1,3,3,3-tetrafluoropropeno, (E-HFO-1234ze), Z-1,3,3,3-tetrafluoropropeno (Z-HFO- 1234ze), 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf), E-1,2,3,3,-pentafluoropropeno (E-HFO-1255ye), Z-1,2,3,3,3- pentafluoropropeno (Z-HFO-125ye), E-1,1,1,3,3,3-hexafluorobut-2-eno (E-HFO-1336mzz), Z-1,1,1,3,3,3-

hexafluorobut-2-eno (Z-HFO-1336mzz), 1,1,1,4,4,5,5,5-octafluoropent-2-eno (HFO-1438mzz) o mezclas de los mismos.

Un ejemplo de hidrocloroolefina es trans-1,2-dicloroetileno.

Los hidrocarburos pueden alcanos de C3 a C7, preferiblemente butanos, pentanos o mezclas de los mismos, más preferiblemente n-pentano, isopentano, ciclopentano o mezclas de los mismos.

Los lubricantes de enfriadores actuales incluyen, pero no se limitan a, aceites minerales, aceites de poliol-éster, aceites de polialquilen-glicol, aceites de polivinil-éter, aceites de poli(alfaolefina), aceites de alquil-benceno y mezclas de los mismos. Los lubricantes de enfriadores preferidos son aceites minerales. Se descubrió que los cloro- trifluopropenos de la presente invención son miscibles con los aceites minerales, así como con otros lubricantes de enfriadores.

Además del refrigerante de cloro-trifluoropropeno miscible con el lubricante de la presente invención, la composición introducida en el sistema puede incluir otros aditivos o materiales del tipo usado en las composiciones de refrigerante para mejorar su rendimiento en los sistemas de refrigeración. Por ejemplo, la composición puede incluir aditivos antidesgaste y de presión extrema, mejoradores de estabilidad a la oxidación, inhibidores de corrosión, mejoradores del índice de viscosidad, depresores del punto de flotación y de floculación, agentes antiespumantes, ajustadores de la viscosidad, tintes UV, trazadores y similares.

En la presente invención se proporcionan a modo de referencia los siguientes ejemplos no limitantes:

Ejemplos

Datos de rendimiento del enfriador de líquidos

El rendimiento de los refrigerantes R-123 (1,1-dicloro-2,2,2-trifluoroetano), R-1233zd (1-cloro-3,3,3-trifluoropropeno, predominantemente isómero trans) y R-1234yf (2,3,3,3-tetrafluoropropeno) en una aplicación de un enfriador de líquidos se evaluó en los siguientes ejemplos. En cada ejemplo, se proporcionan datos a una temperatura dada del evaporador y a múltiples temperaturas del condensador, que variaban desde 30°C a 55°C. La eficacia isoentrópica en cada caso fue de 0,7. Los datos para el R-123 y para el R-1234yf se proporcionan como ejemplos comparativos.

En los siguientes ejemplos, se usa la siguiente nomenclatura:

Temperatura de descarga del condensador: T cond

Presión del condensador: P cond

Presión del evaporador: P evap

Diferencia de presiones entre el condensador y el evaporador: P dif Relación de presiones del condensador a la del evaporador: Relación P Coeficiente de rendimiento (eficiencia de la energía): COP (por sus siglas en ingles)

Capacidad: CAP 5 Ejemplo 1

En este ejemplo, se usaron las siguientes condiciones:

Temperatura del evaporador = -10°C. Temperatura de entrada del compresor = -5°C. Eficiencia isentrópica = 0,7. Los resultados están tabulados en la Tabla 1.

Las Figuras 2 y 3 muestran el COP (por sus siglas en inglés) y la CAP del R-1233zd y del R-1234ze con relación al 10 R-123.

Tabla 1

T evap -10°C.

Intercambiador de calor interno

Entrada del compresor -5°C

Eficiencia isoentrópica 0,7

T cond P evap P cond P dif Relación P CAP COP

(°C) (kPa) (kPa) (kPa) (p/p) (kJ/m3)

R-1234yf

30,0 219 772 554 3,53 1.456 3,6

35,0 219 882 663 4,03 1.372 3,1

40,0 219 1.003 785 4,58 1.287 2,7

45,0 219 1.137 918 5,19 1.200 2,3

50,0 219 1.283 1.064 5,86 1.111 2,0

55,0 219 1.443 1.224 6,59 1.019 1,7

R-1233zd

30,0 28 155 127 5,51 280 3,9

35,0 28 184 156 6,54 269 3,4

40,0 28 217 189 7,71 257 2,9

45,0 28 254 226 9,04 245 2,6

50,0 28 296 268 10,52 233 2,3

55,0 28 343 314 12,18 222 2,1

R-123

30,0 20 110 90 5,44 206 4,0

35,0 20 131 111 6,47 199 3,5

40,0 20 155 135 7,66 192 3,1

45,0 20 182 162 9,00 184 2,7

50,0 20 213 192 10,52 177 2,4

55,0 20 247 227 12,23 169 2,2

Ejemplo 2

En este ejemplo, se usaron las siguientes condiciones:

Temperatura del evaporador = 0°C. Temperatura de entrada del compresor = 5°C. Eficiencia isentrópica = 0,7. Los resultados están tabulados en la Tabla 2.

5 Las Figuras 4 y 5 muestran el COP (por sus siglas en ingles) y la CAP del R-1233zd y del R-1234ze con relación al R-123.

Tabla 2

T evap 0°C

Intercambiador de calor interno

Entrada del compresor 5°C

Eficiencia isoentrópica 0,7

T cond (°C) P evap (kPa) P cond (kPa) P dif (kPa) Relación P (p/p) CAP (kJ/m3) COP

R-1234yf

30,0 312 772 461 2,48 2.152 5,3

35,0 312 882 570 2,83 2.035 4,4

40,0 312 1.003 691 3,22 1.915 3,7

45,0 312 1.137 825 3,64 1.793 3,1

50,0 312 1.283 971 4,11 1.668 2,7

55,0 312 1.443 1.131 4,62 1.540 2,3

R-1233zd

30,0 46 155 109 3,37 463 5,6

35,0 46 184 138 4,00 444 4,7

40,0 46 217 171 4,72 426 4,0

45,0 46 254 208 5,53 407 3,5

50,0 46 296 250 6,43 389 3,0

55,0 46 343 297 7,45 370 2,7

R-123

30,0 33 110 77 3,36 337 5,7

35,0 33 131 98 4,00 325 4,8

40,0 33 155 122 4,74 314 4,1

45,0 33 182 149 5,57 302 3,6

50,0 33 213 180 6,51 290 3,1

55,0 33 247 215 7,56 279 2,8

Ejemplo 3

10 En este ejemplo, se usaron las siguientes condiciones:

Temperatura del evaporador = 5°C. Temperatura de entrada del compresor = 10°C. Eficiencia isentrópica = 0,7. Los resultados están tabulados en la Tabla 3.

Las Figuras 6 y 7 muestran el COP (por sus siglas en ingles) y la CAP del R-1233zd y del R-1234ze con relación al R-123.

5 Tabla 3

T evap 5°C Intercambiador de calor interno Entrada del compresor 10°C Eficiencia isoentrópica 0,7

T cond P evap P cond P dif T salida CAP

COP

(°C) (kPa) (kPa) (kPa) compresor (kJ/m3)

R-1234yf

30,0 368 772 404 39 2.610 6,7

35,0 368 882 514 45 2.472 5,4

40,0 368 1.003 635 51 2.332 4,4

45,0 368 1.136 768 56 2.188 3,7

R-1233zd

30,0 58 154 96 44 585 7,0

35,0 58 183 125 50 562 5,7

40,0 58 216 158 55 539 4,8

45,0 58 254 196 61 516 4,1

R-123

30,0 41 110 69 44 423 7,2

35,0 41 131 90 50 409 5,8

40,0 41 155 114 56 395 4,9

45,0 41 182 141 61 381 4,2

Ejemplo 4

En este ejemplo, se usaron las siguientes condiciones:

Temperatura del evaporador = 10°C. Temperatura de entrada del compresor = 15°C. Eficiencia isentrópica = 0,7. 10 Los resultados están tabulados en la Tabla 4.

Las Figuras 8 y 9 muestran el COP (por sus siglas en inglés) y la CAP del R-1233zd y del R-1234ze con relación al R-123.

Tabla 4

T evap 10°C. Intercambiador de calor interno Entrada del compresor 15°C Eficiencia isoentrópica 0,7

T cond P evap P cond P dif Relación P CAP COP

(°C) (kPa) (kPa) (kPa) (p/p) (kJ/m3)

R-1234yf

30,0 432 772 340 1,79 3.097 8,7

35,0 432 882 450 2,04 2.936 6,7

40,0 432 1.003 571 2,32 2.773 5,4

45,0 432 1.137 705 2,63 2.606 4,4

50,0 432 1.283 851 2,97 2.435 3,7

55,0 432 1.443 1.011 3,34 2.258 3,1

R-1233zd

30,0 72 155 83 2,16 731 9,1

35,0 72 184 112 2,57 703 7,1

40,0 72 217 145 3,03 674 5,8

45,0 72 254 182 3,55 646 4,8

50,0 72 296 224 4,13 618 4,1

55,0 72 343 271 4,78 591 3,6

R-123

30,0 51 110 59 2,17 528 9,3

35,0 51 131 80 2,58 510 7,3

40,0 51 155 104 3,05 493 5,9

45,0 51 182 131 3,59 475 5,0

50,0 51 213 162 4,19 458 4,3

55,0 51 247 196 4,88 440 3,7

En las Figuras 2 a 9 se muestran los datos representativos de las Tablas 1 a 4.

En todos estos ejemplos, la eficiencia del R-1233zd fue muy similar a la del R-123, estando dentro de un pequeño 5 porcentaje de la eficiencia del R-123. En contraste, la eficiencia del R-1234yf fue significativamente menor que la del R-1233zd y la del R-123, siendo desde un 6,4 % menor a más de un 20 % menor que la del R-123. También se descubrió inesperadamente que la capacidad del R-1233zd era del 30 % al 40 % mayor que la del R-123.

También se muestra que para el R-1233zd y para el R-123 el sistema funciona como un sistema de presión negativa, donde la presión en el evaporador está por debajo de la temperatura ambiente. Para el R-1234yf todo el 10 sistema funciona a presión positiva.

Se encontró que el R-1233zd proporciona una coincidencia cercana a las presiones operativas, a la relación de presiones y a la diferencia de presiones del R-123 y se puede usar como un sustituto más aceptable ambientalmente.

Ejemplo 5 Velocidad acústica

La velocidad acústica para R-11, R-123, R-134a, R-1233zd y R-1234yf se determinó a 40°C y 1 bar. La velocidad acústica del R-1233zd es cercana a la del R-11 y más cercana a la del R-123 que a cualquiera de R-134a o R- 5 1234yf.

Tabla 5. Velocidad acústica de refrigerantes Condiciones: 40°C y 1 bar

Refrigerante

Velocidad acústica (m/s)

R123

131,9

R-11

142,0

R-1233zd

143,7

R-1234yf

155,6

R-134a

165,7

Ejemplo 8

10 Velocidad específica adimensional

El rendimiento de R-123, R-1233zd y R-1234yf en un enfriador de líquidos se determinó como en el Ejemplo 2, con una temperatura de entrada del compresor a 5°C y una temperatura del condensador a 40°C. Los resultados se muestran en la Tabla 6, que también da la relación de la velocidad específica adimensional, O, del refrigerante a la del R-123 (O123), suponiendo que los enfriadores se operan para proporcionar la misma capacidad de refrigeración. 15 Se encontró que el R-1233zd es un buen sustituto para el R-123 en comparación con el R-1234ze.

Tabla 6: Velocidad específica adimensional de refrigerantes a capacidad de enfriamiento equivalente.

Temperatura del evaporador: 5°C. Temperatura del condensador: 40°C.

P Temp

Refrigerante

Compresor (bar) (°C) O/O123

entrada 0,33 5

R123

salida 1,55 58 1

entrada 0,46 5

R-1233zd

salida 2,17 58 0,76

entrada 3,12 5

R-1234yf

salida 10,03 52 0,44

Estos resultados muestran que el R-1233, particularmente el R-1233zd es útil como refrigerante para enfriadores de 20 líquidos, particularmente enfriadores de presión negativa, y especialmente en sistemas grandes debido a los beneficios de la eficiencia del R-1233zd sobre el R-1234yf o refrigerantes similares.

Claims (54)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   REIVINDICACIONES

   1. Un proceso para producir refrigeración en un sistema de enfriador que comprende comprimir un compresor centrífugo y un evaporador que comprende comprimir un refrigerante de hidroclorofluoropropeno en dicho compresor centrífugo en donde la presión del evaporador es menor que la presión ambiente, y evaporar el refrigerante de hidroclorofluoropropeno en la proximidad de un cuerpo a enfriar, en donde dicho refrigerante de hidroclorofluoropropeno comprende un cloro-trifluoropropeno seleccionado del grupo que consiste en 1-cloro-3,3,3- trifluoropropeno, 2-cloro-3,3,3-trifluoropropeno y mezclas de los mismos.
2. 2. El proceso de la reivindicación 1, en donde dicho refrigerante de hidroclorofluoropropeno comprende además un co-refrigerante seleccionado del grupo que consiste en un hidrofluorocarburo, una hidrofluoroolefina, un hidroclorofluorocarburo, un clorofluorocarburo, una hidrocloroolefina, una fluorocetona, hidrofluoroéter, hidrocarburo, amoníaco o mezclas de los mismos.
3. 3. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho clorofluorocarburo se selecciona del grupo que consiste en triclorofluorometano (R-11), diclorodifluorometano (R-12), 1,1,2-tricloro-1,2,2-trifluoroetano (R-113), 1,2-dicloro- 1,1,2,2-tetrafluoroetano (R-114), cloropentafluoroetano (R-115) y mezclas de los mismos.
4. 4. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho clorofluorocarburo es triclorofluorometano (R-11).
5. 5. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidroclorofluorocarburo se selecciona del grupo que consiste en

   1.1- dicloro-2,2,2-trifluoroetano (R-123), 1-cloro-1,2,2,2-tetrafluoroetano (R-124), 1,1-dicloro-1-fluoroetano (R-141b). 1-cloro-1,1-difluoroetano (R-142b) y mezclas de los mismos.
6. 6. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidroclorofluorocarburo es 1,1-dicloro-2,2,2-trifluoroetano (R- 123).
7. 7. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidrofluorocarburo se selecciona del grupo que consiste en difluorometano (HFC-32), 1-fluoroetano (HFC-161), 1,1-difluoroetano (HFC-152a), 1,2-difluoroetano (HFC-152),

   1.1.1- trifluoroetano (HFC-143a), 1,1,2-trifluoroetano (HFC-143), 1,1,1,2-tetrafluoroetano (HFC-125), 1,1,1,2,3- pentafluoropropano , (HFC-245eb), 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa), 1,1,2,2,3-pentafluoropropano (HFC- 245ca), 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropano (HFC-236fa), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (HFC-227ea), 1,1,1,3,3- pentafluorobutano (HFC-365mfc), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropropano (HFC-4310) y mezclas de los mismos.
8. 8. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidrofluorocarburo se selecciona del grupo que consiste en

   1.1.1.2.3- pentafluoropropano, (HFC-245eb), 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa), 1,1,2,2,3-

   pentafluoropropano (HFC-245ca), 1,1,1,3,3-pentafluorobutano (HFC-365mfc), 1,1,1,2,3,4,4,5,5,5-decafluoropropano (HFC-4310) y mezclas de los mismos.
9. 9. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidrofluorocarburo es 1,1,1,3,3-pentafluoropropano (HFC-245fa).
10. 10. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicha(s) hidrofluoroolefina(s) es una (son) hidrofluoroolefina de C3 de a C5 que contiene al menos un átomo de flúor, al menos un átomo de hidrógeno y al menos un enlace alqueno.
11. 11. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicha hidrofluoroolefina se selecciona del grupo que consiste en
12. 3.3.3- trifluoropropeno (HFO-1234zf), E-1,3,3,3-tetrafluoropropeno, (E-HFO-1234ze), Z-1,3,3,3-tetrafluoropropeno (Z- HFO-1234ze), 2,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234yf), E-1,2,3,3,3-pentafluoropropeno (E-HFO-1255ye), Z-

    1.2.3.3.3- pentafluoropropeno (Z-HFO-1225ye), E-1,1,1,3,3,3-hexafluorobut-2-eno (E-HFO-1336mzz), Z-1,1,1,3,3,3- hexafluorobut-2-eno (Z-HFO-1336mzz), 1,1,1,4,4,5,5,5-octafluoropent-2-eno (HFO-1438mzz) y mezclas de los mismos.
13. 12. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicha hidrofluoroolefina se selecciona del grupo que consiste en E-

    1.1.1.3.3.3- hexafluorobut-2-eno (E-HFO-1336mzz), Z-1,1,1,3,3,3-hexafluorobut-2-eno (Z-HFO-1336mzz) y mezclas de los mismos.
14. 13. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicha hidrocloroolefina es trans-1,2-dicloroetileno.
15. 14. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidrofluoroéter es 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoro-3-metoxipropano, 1,1,1,2,2,3,3,4,4,-nonafluoro-4-metoxi-butano y mezclas de los mismos.
16. 15. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicha fluorocetona es 1,1,1,2,2,4,5,5,5-nonafluoro-4(trifluorometil)-3- pentanona.
17. 16. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidrocarburo es un alcano saturado de C3 a C7.
18. 17. El proceso de la reivindicación 2, en donde dicho hidrocarburo es n-pentano, isopentano, ciclopentano y mezclas de los mismos.
19. 18. El proceso de la reivindicación 2 que comprende además un lubricante en donde dicho lubricante se selecciona del grupo que consiste en aceites minerales, aceites de poliol-éster, aceites de polialquilen-glicol, aceites de polivinil- éter, aceites de poli(alfaolefina), aceites de alquil-benceno y mezclas de los mismos.

    29,4°C(85°F) AGUA DEL 35°C (95°F)

    imagen1

    6,6°C(44°F) AGUA ENFRIADA 12,20C (54°F)

    Figura 2

    imagen2

    imagen3

    Figura 4

    imagen4

    Temperatura Evaporador= 0°C
20. 102.0%
21. 100.0%
22. 98.0% --
23. 96.0%

    R-123
24. 94.0% ■

    R-1233zd
25. 92.0%
26. 90.0%

    □ R-1234yf
27. 88.0%
28. 86.0%
29. 84.0%
30. 82.0% --
31. 80.0%
32. 55.0
33. 50.0
34. 40.0
35. 45.0
36. 30.0
37. 35.0

    Temperatura Condensador (°C)

    Temperatura Evaporador= 0°C

    160%

    imagen5

    30 35 40 45 50 55

    Temperatura Condensador (°C)

    Figura 6

    imagen6

    imagen7

    Figura 8

    imagen8

    Temperatura Evaporador = 10°C
38. 102.0%
39. 100.0%

    98,0%
40. 96.0%

    R-123
41. 94.0%

    R-1233zd
42. 92.0%
43. 90.0%

    lj R-1234yf
44. 88.0%
45. 85.0%
46. 84.0%
47. 82.0%
48. 80.0%
49. 55.0
50. 45.0
51. 50.0
52. 30.0
53. 35.0
54. 40.0

    Temperatura Condensador (°C)

    Temperatura Evaporador = 10°C

    160%

    imagen9

    30 35 40 45 50 55

    Temperatura Condensador (°C)