Un refrigerante es una sustancia, normalmente líquida o gaseosa , que se utiliza para reducir o regular la temperatura de un sistema. Un refrigerante ideal tiene alta capacidad térmica , baja viscosidad , es de bajo costo, no tóxico , químicamente inerte y no causa ni promueve la corrosión del sistema de enfriamiento. Algunas aplicaciones también requieren que el refrigerante sea un aislante eléctrico .
Si bien el término "refrigerante" se usa comúnmente en aplicaciones de automoción y HVAC , en el procesamiento industrial, el fluido de transferencia de calor es un término técnico que se usa con más frecuencia en aplicaciones de fabricación de alta temperatura y baja temperatura. El término también cubre los fluidos de corte . El fluido de corte industrial se ha clasificado ampliamente como refrigerante soluble en agua y fluido de corte puro. El refrigerante soluble en agua es una emulsión de aceite en agua. Tiene un contenido de aceite variable desde el aceite nulo (refrigerante sintético).
Este refrigerante puede mantener su fase y permanecer líquido o gaseoso, o puede experimentar una transición de fase , y el calor latente se suma a la eficiencia de enfriamiento. Este último, cuando se utiliza para alcanzar una temperatura inferior a la ambiente , se conoce más comúnmente como refrigerante .
Gases [ editar ]
El aire es una forma común de refrigerante. La refrigeración por aire utiliza un flujo de aire convectivo (refrigeración pasiva) o una circulación forzada mediante ventiladores .
El hidrógeno se utiliza como refrigerante gaseoso de alto rendimiento. Su conductividad térmica es superior a todos los demás gases, tiene alta capacidad calorífica específica , baja densidad y por lo tanto baja viscosidad , lo que es una ventaja para máquinas rotativas susceptibles a pérdidas por efecto del viento . Los turbogeneradores refrigerados por hidrógeno son actualmente los generadores eléctricos más comunes en las grandes centrales eléctricas.
Los gases inertes se utilizan como refrigerantes en reactores nucleares refrigerados por gas . El helio tiene una baja tendencia a absorber neutrones y volverse radioactivo . El dióxido de carbono se utiliza en reactores Magnox y AGR .
El hexafluoruro de azufre se usa para enfriar y aislar algunos sistemas de energía de alto voltaje ( disyuntores , interruptores , algunos transformadores , etc.).
El vapor se puede utilizar cuando se requiere una alta capacidad calorífica específica en forma gaseosa y se tienen en cuenta las propiedades corrosivas del agua caliente.
Bifásico [ editar ]
Algunos refrigerantes se utilizan en forma líquida y gaseosa en el mismo circuito, aprovechando el alto calor latente específico del cambio de fase de ebullición / condensación , la entalpía de vaporización , además de la capacidad calorífica sin cambio de fase del fluido .
Los refrigerantes son refrigerantes que se utilizan para alcanzar bajas temperaturas al experimentar un cambio de fase entre líquido y gas. Los halometanos se usaban con frecuencia, con mayor frecuencia R-12 y R-22 , a menudo con propano licuado u otros haloalcanos como el R-134a . El amoníaco anhidro se usa con frecuencia en grandes sistemas comerciales y el dióxido de azufre se usaba en los primeros refrigeradores mecánicos. Dióxido de carbono(R-744) se utiliza como fluido de trabajo en sistemas de control de clima para automóviles, aire acondicionado residencial, refrigeración comercial y máquinas expendedoras. Muchos refrigerantes por lo demás excelentes se eliminan gradualmente por razones ambientales (los CFC debido a los efectos de la capa de ozono, ahora muchos de sus sucesores enfrentan restricciones debido al calentamiento global, por ejemplo, el R134a).
Los tubos de calor son una aplicación especial de refrigerantes.
A veces se emplea agua de esta manera, por ejemplo, en reactores de agua hirviendo . El efecto de cambio de fase puede usarse intencionalmente o puede ser perjudicial.
Los materiales de cambio de fase utilizan la otra transición de fase entre sólido y líquido.
Los gases líquidos pueden caer aquí o en refrigerantes, ya que su temperatura a menudo se mantiene por evaporación. El nitrógeno líquido es el ejemplo más conocido que se encuentra en los laboratorios. El cambio de fase puede no ocurrir en la interfaz enfriada, sino en la superficie del líquido, donde el calor se transfiere por convección o flujo forzado.
Líquidos [ editar ]
El agua es el refrigerante más común. Su alta capacidad calorífica y su bajo costo lo convierten en un medio de transferencia de calor adecuado. Suele utilizarse con aditivos, como inhibidores de corrosión y anticongelantes . El anticongelante, una solución de un químico orgánico adecuado (generalmente etilenglicol , dietilenglicol o propilenglicol ) en agua, se usa cuando el refrigerante a base de agua tiene que soportar temperaturas por debajo de 0 ° C, o cuando su punto de ebullición debe ser elevado. La betaína es un refrigerante similar, con la excepción de que está hecho de jugo puro de plantas y, por lo tanto, no es tóxico ni es difícil de eliminar ecológicamente. [1]
- El agua desionizada muy pura , debido a su conductividad eléctrica relativamente baja , se utiliza para enfriar algunos equipos eléctricos, a menudo transmisores de alta potencia y tubos de vacío de alta potencia .
- El agua pesada es un moderador de neutrones que se utiliza en algunos reactores nucleares ; también tiene una función secundaria como refrigerante . Reactores de agua ligera , tanto de agua en ebullición y reactores de agua presurizada el tipo más común, el uso ordinario (luz) de agua . Algunos diseños, por ejemplo, el reactor CANDU , utilizan ambos tipos; agua pesada en el tanque de calandria no presurizado como moderador y refrigerante suplementario, y agua ligera como fluido primario de transferencia de calor.
El polialquilenglicol (PAG) se utiliza como fluidos de transferencia de calor térmicamente estables y de alta temperatura que exhiben una fuerte resistencia a la oxidación. Los PAG modernos también pueden ser no tóxicos y no peligrosos. [2]
El fluido de corte es un refrigerante que también sirve como lubricante para máquinas herramienta para dar forma a metales .
Los aceites se utilizan a menudo para aplicaciones en las que el agua no es adecuada. Con puntos de ebullición más altos que el agua, los aceites se pueden elevar a temperaturas considerablemente más altas (por encima de 100 grados Celsius) sin introducir altas presiones dentro del contenedor o sistema de circuito en cuestión. [3] Muchos aceites tienen usos que incluyen transferencia de calor, lubricación, transferencia de presión (fluidos hidráulicos), a veces incluso combustible, o varias funciones similares a la vez.
- Los aceites minerales sirven como refrigerantes y lubricantes en muchos engranajes mecánicos. También se utilizan algunos aceites vegetales, por ejemplo, aceite de ricino . Debido a sus altos puntos de ebullición, los aceites minerales se utilizan en calefactores portátiles de tipo radiador eléctrico en aplicaciones residenciales y en sistemas de circuito cerrado para calefacción y refrigeración de procesos industriales. El aceite mineral se usa a menudo en sistemas de PC sumergidos, ya que no es conductor y, por lo tanto, no produce cortocircuitos ni daña ninguna pieza.
- Los aceites de éter polifenílico son adecuados para aplicaciones que necesitan estabilidad a altas temperaturas, muy baja volatilidad, lubricidad inherente y / o resistencia a la radiación. Los aceites de perfluoropoliéter son su variante más químicamente inerte.
- Se utiliza una mezcla eutéctica de difenil éter (73,5%) y bifenilo (26,5%) por su amplio rango de temperatura y estabilidad a 400 ° C.
- Los bifenilos policlorados y los terfenilos policlorados se utilizaron en aplicaciones de transferencia de calor, favorecidos debido a su baja inflamabilidad, resistencia química, hidrofobicidad y propiedades eléctricas favorables, pero ahora se eliminan gradualmente debido a su toxicidad y bioacumulación .
- Los aceites de silicona y los aceites de fluorocarbonos (como el fluorinert ) son los preferidos por su amplia gama de temperaturas de funcionamiento . Sin embargo, su alto costo limita sus aplicaciones.
- El aceite de transformador se utiliza para la refrigeración y el aislamiento eléctrico adicional de transformadores eléctricos de alta potencia . Se suelen utilizar aceites minerales. Los aceites de silicona se emplean para aplicaciones especiales. Los bifenilos policlorados se usaban comúnmente en equipos antiguos, que ahora pueden presentar riesgo de contaminación.
Los combustibles se utilizan con frecuencia como refrigerantes para motores. Un combustible frío fluye sobre algunas partes del motor, absorbiendo su calor residual y precalentando antes de la combustión. El queroseno y otros combustibles para aviones suelen desempeñar este papel en los motores de aviación. El hidrógeno líquido se utiliza para enfriar las boquillas de los motores de los cohetes .
El refrigerante sin agua se utiliza como alternativa a los refrigerantes convencionales de agua y etilenglicol. Con puntos de ebullición más altos que el agua (alrededor de 370F), la tecnología de enfriamiento resiste la ebullición. El líquido también previene la corrosión . [4]
Los freones se usaban con frecuencia para el enfriamiento inmersivo de, por ejemplo, la electrónica.
Metales y sales fundidos [ editar ]
Las aleaciones líquidas fundibles se pueden utilizar como refrigerantes en aplicaciones donde se requiere estabilidad a alta temperatura, por ejemplo, algunos reactores nucleares reproductores rápidos . El sodio (en reactores rápidos refrigerados por sodio ) o la aleación NaK de sodio y potasio se utilizan con frecuencia; en casos especiales se puede emplear litio . Otro metal líquido utilizado como refrigerante es el plomo , por ejemplo, en reactores rápidos refrigerados con plomo , o una aleación de plomo- bismuto . Algunos de los primeros reactores de neutrones rápidos usaban mercurio .
Para ciertas aplicaciones, los vástagos de las válvulas de asiento para automóviles pueden ser huecos y estar rellenos de sodio para mejorar el transporte y la transferencia de calor.
Para aplicaciones de muy alta temperatura, por ejemplo, reactores de sales fundidas o reactores de muy alta temperatura , se pueden usar sales fundidas como refrigerantes. Una de las posibles combinaciones es la mezcla de fluoruro de sodio y tetrafluoroborato de sodio (NaF-NaBF 4 ). Otras opciones son FLiBe y FLiNaK .
Gases líquidos [ editar ]
Los gases licuados se utilizan como refrigerantes para aplicaciones criogénicas , incluida la microscopía crioelectrónica , el overclocking de procesadores de computadora, aplicaciones que usan superconductores o sensores extremadamente sensibles y amplificadores de muy bajo ruido .
Dióxido de carbono (la fórmula química es CO 2 ): se utiliza como reemplazo del refrigerante [5] para los fluidos de corte. El CO 2 puede proporcionar un enfriamiento controlado en la interfaz de corte de modo que la herramienta de corte y la pieza de trabajo se mantengan a temperatura ambiente. El uso de CO 2 prolonga en gran medida la vida útil de la herramienta y en la mayoría de los materiales permite que la operación sea más rápida. Este se considera un método muy respetuoso con el medio ambiente, especialmente si se compara con el uso de aceites de petróleo como lubricantes; las piezas permanecen limpias y secas, lo que a menudo puede eliminar las operaciones de limpieza secundarias.
El nitrógeno líquido , que hierve a aproximadamente -196 ° C (77K), es el refrigerante más común y menos costoso en uso. El aire líquido se utiliza en menor medida, debido a su contenido de oxígeno líquido que lo hace propenso a provocar incendios o explosiones cuando entra en contacto con materiales combustibles (ver oxilíquidos ).
Se pueden alcanzar temperaturas más bajas utilizando neón licuado que hierve a unos -246 ° C. Las temperaturas más bajas, utilizadas para los imanes superconductores más potentes , se alcanzan utilizando helio líquido .
El hidrógeno líquido a una temperatura de -250 a -265 ° C también se puede utilizar como refrigerante. El hidrógeno líquido también se utiliza como combustible y como refrigerante para enfriar las boquillas y las cámaras de combustión de los motores de cohetes .
Nanofluidos [ editar ]
Una nueva clase de refrigerantes son los nanofluidos que consisten en un líquido portador, como el agua, dispersado con diminutas partículas a nanoescala conocidas como nanopartículas . Las nanopartículas de diseño específico de, por ejemplo , CuO , alúmina , [6] dióxido de titanio , nanotubos de carbono , sílice o metales (por ejemplo , nanobarras de cobre o plata ) dispersas en el líquido portador mejoran la capacidad de transferencia de calor del refrigerante resultante en comparación con el líquido portador. solo. [7]La mejora puede ser teóricamente tan alta como 350%. Sin embargo, los experimentos no demostraron mejoras de conductividad térmica tan elevadas, pero encontraron un aumento significativo del flujo de calor crítico de los refrigerantes. [8]
Se pueden lograr algunas mejoras significativas; por ejemplo, nanobarras de plata de 55 ± 12 nm de diámetro y 12,8 µm de longitud media a 0,5% en volumen aumentaron la conductividad térmica del agua en un 68%, y 0,5% en volumen de nanovarillas de plata aumentaron la conductividad térmica del refrigerante a base de etilenglicol en un 98%. [9] Las nanopartículas de alúmina al 0,1% pueden aumentar el flujo de calor crítico del agua hasta en un 70%; las partículas forman una superficie porosa rugosa sobre el objeto enfriado, lo que fomenta la formación de nuevas burbujas, y su naturaleza hidrófila ayuda a alejarlas, lo que dificulta la formación de la capa de vapor. [10] Los nanofluidos con una concentración superior al 5% actúan como fluidos no newtonianos .
Sólidos [ editar ]
En algunas aplicaciones, se utilizan materiales sólidos como refrigerantes. Los materiales requieren mucha energía para vaporizarse; esta energía luego es llevada por los gases vaporizados. Este enfoque es común en los vuelos espaciales , para los escudos de reentrada atmosférica ablativos y para el enfriamiento de las toberas de los motores de los cohetes . El mismo enfoque también se utiliza para la protección contra incendios de estructuras, donde se aplica un revestimiento ablativo.
El hielo seco y el hielo de agua también se pueden utilizar como refrigerantes, cuando están en contacto directo con la estructura que se está enfriando. A veces se utiliza un fluido caloportador adicional; agua con hielo y hielo seco en acetona son dos combinaciones populares.
Se utilizó sublimación de hielo de agua para enfriar el traje espacial del Proyecto Apolo .
Referencias [ editar ]
- ^ Betaína como refrigerante. Archivado el 9 de abril de 2011 en la Wayback Machine.
- ^ Fluidos Duratherm de larga duración
- ^ Corporación Paratherm
- ^ Sturgess, Steve (agosto de 2009). "Columna: mantén la calma" . Camiones de servicio pesado . Consultado el 2 de abril de 2018 .
- ^ ctemag.com
- ^ "Bibliografía de Noghrehabadi" . Archivado desde el original el 13 de noviembre de 2013 . Consultado el 13 de noviembre de 2013 .
- ^ Wang, Xiang-Qi; Mujumdar, Arun S. (diciembre de 2008). "Una revisión sobre nanofluidos - parte II: experimentos y aplicaciones" . Revista Brasileña de Ingeniería Química . 25 (4): 631–648. doi : 10.1590 / S0104-66322008000400002 .
- ^ scienceblog.com Archivado el 5 de enero de 2010 en Wayback Machine.
- ↑ Oldenburg, Steven J .; Siekkinen, Andrew R .; Darlington, Thomas K .; Baldwin, Richard K. (9 de julio de 2007). "Refrigerantes de nanofluidos optimizados para sistemas de control térmico de naves espaciales". Serie de documentos técnicos SAE . 1 . págs. 2007–01–3128. doi : 10.4271 / 2007-01-3128 .
- ^ mit.edu
Enlaces externos [ editar ]
 | Busque refrigerante en Wikcionario, el diccionario gratuito. |
- CO 2 como refrigerante natural - Preguntas frecuentes
