BR0016089B1 - composição refrigerante, uso de uma composição, e, processo para produzir refrigeração. - Google Patents
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Description
"COMPOSIÇÃO REFRIGERANTE, USO DE UMA COMPOSIÇÃO, E, PROCESSO PARA PRODUZIR REFRIGERAÇÃO"
A presente invenção diz respeito a composições refrigerantes, particularmente para uso como substituições em equipamento de refrigeração correntemente empregando, ou projetado para empregar, os refrigerantes Rl 2 e R22.
O refrigerante Rl 2 (CCl2F2) tem sido um refrigerante comumente usado especialmente em refrigeradores domésticos. No entanto, o Rl 2 contém átomos de cloro e tem sido envolvido em agressão ambiental à camada de ozônio. Como resultado, esforços têm sido feitos para substituir o Rl2 por uma formulação refrigerante que não envolva o uso de refrigerantes tais como o Rl2, que contenham átomos de cloro. Comentários similares se aplicam ao R22, que é usado principalmente para sistemas de condicionamento de ar.
Entre as alternativas, atenção particular tem sido direcionada para o Rl34a (C2H2F4; 1,1,1,2-tetrafluoroetano) junto com pentafluoroetano (R125) (ponto de ebulição -48,6°C). Formulações comerciais destes dois refrigerantes envolvem o uso de um hidrocarboneto, a saber, propano, propileno ou isobutano. Embora estas formulações refrigerantes sejam em geral eficazes como substituições para o Rl2 e o R22, tem sido observado que seu uso não é inteiramente satisfatório.
Dificuldades têm surgido com a inflamabilidade da composição fracionada, o que eqüivale a dizer que o vapor acima da composição líquida possui problemas de inflamabilidade. Como um resultado, estas formulações comerciais podem produzir composições inflamáveis sob algumas condições de incidente de vazamento. O inflamabilidade destas composições refrigerantes reside em seu teor de hidrocarboneto. Uma das finalidades de incorporar o hidrocarboneto é, assim, que a formulação fique compatível com os lubrificantes comumente usados no equipamento de refrigeração de Rl2 e R22. Os hidrocarbonetos específicos têm sido selecionados, porque eles possuem o ponto de ebulição correto em relação àquele do fluorocarboneto.
Em nossa GB 2327427 descrevemos e reivindicamos uma composição refrigerante que compreende:
(a) Rl 25, R218 (octafluoropropano; ponto de ebulição de - 36,7°C), trifluorometóxi-difluorometano (ponto de ebulição de -34,6°C) ou hexafluoro-ciclopropano (ponto de ebulição de -31,5°C), ou uma mistura de dois ou mais destes, em uma quantidade de 5 a 60% em peso, com base no peso da composição.
(b) Rl25, Rl34a, Rl34 (1,1,2,2-tetrafluoroetano), 1,1- difluoroerano (RI 52a; ponto de ebulição de -24,7°C), trifluorometoxipenta- fluoroetano (ponto de ebulição de 23,30C), 1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropano (R227ea; ponto de ebulição de -18,3°C) ou 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoropropano (R227ca; ponto de ebulição de -16,30C), ou uma mistura de dois ou mais destes, em uma quantidade de 30 a 94% em peso, com base no peso da composição, e
(c) um hidrocarboneto não substituído da fórmula CnHm, em que η é pelo menos 4 e m é pelo menos 2n-2, que não o metilpropano, em uma quantidade de 1 a 10% em peso, com base no peso da composição.
Surpreendentemente, se um hidrocarboneto com pelo menos 4 átomos de carbono, outro que não o metilpropano (isobutano), é usado, no lugar daqueles previamente pleiteados, a inflamabilidade da composição fracionada é grandemente reduzida.
Duas formulações específicas são mencionadas neste pedido. Ambas estas formulações têm 50% em peso de Rl 34a e ou 46,5% em peso de R125 e 4% em peso de n-butano, ou 46% em peso de R125 e 3,5% em peso de n-butano. Experiências têm sido conduzidas com variações nesta formulação, de modo a avaliar seu desempenho tanto com respeito à sua capacidade de resfriamento quanto ao seu coeficiente de desempenho.
Como deve ser esperado, quando a concentração de n-butano é reduzida, a capacidade de resfriamento geralmente se reduz. Surpreendentemente, no entanto, de acordo com a presente invenção, foi observado que abaixo de um nível particular, cerca de 2,3% em peso de n-butano, o desempenho aumenta novamente de tal modo que o desempenho em uma concentração de apenas 1,5% em peso fique comparável com aquela da formulação contendo 3,5% em peso. Foi também surpreendentemente observado que quantidades semelhantes de isobutano (metilpropano) também é muito eficaz. Quantidades maiores do que cerca de 2,3% de isobutano tendem a dar origem a problemas de inflamabilidade, que não surgem em concentrações menores. Conseqüentemente, a presente invenção provê uma composição refrigerante líquida que compreende (geralmente na fase líquida):
(a) pentafluoroetano, octafluoropropano, trifluorometoxidi- fluorometano ou hexafluoro-ciclopropano, ou uma mistura de dois ou mais destes, em uma quantidade de pelo menos 35% com base no peso da composição,
(b) 1,1,1,2- ou 1,1,2,2-tetrafluoroetano, trifluorometoxipenta- fluoroetano, 1,1,1,2,3,3-heptafluoropropano ou uma mistura de dois ou mais destes, em uma quantidade de pelo menos 30% em peso, com base no peso da composição, e
(c) n-butano ou isobutano, em uma quantidade de 1% a menos do que 2,3% em peso, com base no peso da composição.
A presente invenção também provê um processo para produzir refrigeração, que compreende condensar uma composição da presente invenção e, depois disso, evaporar a composição na vizinhança de um corpo a ser esfriado. A invenção também provê um aparelho de refrigeração contendo, como refrigerante, uma composição da presente invenção.
O componente (a) está presente em uma quantidade de pelo menos 35% em peso, com base no peso da composição. Na prática, a concentração será geralmente de pelo menos 40% em peso, embora uma faixa geral seja de 35 a 65% em peso. Uma faixa preferida é de 40 a 55% em peso, especialmente de 45 a 52% em peso. Preferivelmente, o componente (a) é R125 ou uma mistura contendo pelo menos uma metade (em massa) do R1 25. Neste último caso, é recomendável que o conteúdo do Rl25 na composição total seja de pelo menos 35%, preferivelmente de 40%, em peso. Mais preferivelmente, o componente (a) é R125.
O componente (b) está presente na composição em uma quantidade de pelo menos 30% em peso, com base no peso da composição. Tipicamente, o componente está presente em uma quantidade de 35% a 60% em peso, preferivelmente de 45 a 60% e especialmente, de 47,5 a 55% em peso. O componente (b) é preferivelmente R134a.
Quando o componente (a) é R125 e o componente (b) é R134a, o conteúdo de cada é desejavelmente de 35 a 60% em peso, geralmente de 40 a 60% em peso, quando o componente (c) seja n-butano. Preferivelmente a concentração de cada um situa-se acima de 45 a 55% em peso.
A presença de pelo menos um outro componente na composição não é excluída. Assim, conquanto, tipicamente, a composição compreenda os três componentes essenciais, um quarto componente, pelo menos, também pode estar presente. Outros componentes típicos incluem hidrocarbonetos tais como propano, bem como outros fluorocarbonetos e, em particular, hidrofluorocarbonetos, tais como aqueles que possuem um ponto de ebulição na pressão atmosférica de no máximo -40°C, preferivelmente no máximo -49°C, especialmente aqueles em que a relação F/H na molécula seja de pelo menos 1, preferivelmente R23, trifluorometano, e o mais preferível, R32, difluorometano. Em geral, a concentração máxima destes outros ingredientes não excede os 30% em peso, tipicamente não excedendo os 20%, preferivelmente não excedendo os 10% e, especialmente, não excedendo os 5% e mais especialmente não excedendo os 2%, em peso, com base na soma dos pesos dos componentes (a), (b) e (c). A presença de hidrofluorocarbonetos geralmente tem um efeito neutro sobre as propriedades desejadas da formulação. Desejavelmente o butano, especialmente n-butano, representa pelo menos 70%, preferivelmente pelo menos 80% e, mais preferivelmente, pelo menos 90%, em peso do peso total de hidrocarbonetos na composição. Será observado que é preferível evitar per-halocarbonetos, de modo a minimizar qualquer efeito estufa.
Foi observado que as composições da presente invenção são altamente compatíveis com os lubrificantes de óleos minerais que têm sido convencionalmente usados com os refrigerantes CFC. Conseqüentemente, as composições da presente invenção podem ser usadas com lubrificantes de óleos minerais e de alquilbenzeno, incluindo os óleos naftênicos, os óleos parafmicos e os óleos de silicona, e não existe qualquer necessidade de empregar lubrificantes completamente sintéticos, tais como os ésteres de polióis (POE), os polialquilenoglicóis (PAG) e os polioxipropileno glicóis, que são necessários para muitas das composições refrigerantes mais novas. Outros detalhes de lubrificantes adequados que podem ser empregados são apresentados na EP-A-399817.
Os aditivos comuns podem ser usados, incluindo de "pressão extrema" e aditivos antidesgaste, melhoradores da oxidação e da estabilidade térmica, inibidores da corrosão, melhoradores do índice de viscosidade, depressores do ponto de escoamento, detergentes, agentes antiespumantes e reguladores da viscosidade. Exemplos de aditivos adequados acham-se incluídos na Tabela D da US-A-4755316. Os seguintes exemplos ilustram ainda a presente invenção.
Método experimental.
0 aparelho usado incorporava um compressor alternado hermética, condensador resfriado de ar forçado, válvula manual de expansão e um evaporador incluído em um banho isolado enchido com uma mistura aquosa de glicol. Elementos aquecedores elétricos foram ajustados à montagem do banho de modo a fornecer uma carga de calor sobre o evaporador. Numerosos termopares foram ajustados ao redor do sistema, para permitir a determinação do superaquecimento e do sub-resfriamento do refrigerante. Calibradores de pressão foram também ajustados para permitir que as temperaturas do evaporador e do condensador fossem determinadas.
A composição refrigerante foi carregada ao calorimetro do acesso do cilindro de fase líquida de modo a evitar qualquer deslocamento da composição. A capacidade (índice ou serviço de extração de calor) das composições refrigerantes foram determinadas pela medição da entrada de calor para o banho equilibrada em relação à extração de calor pelo refrigerante. O consumo de potência do compressor foi medido, permitindo que o coeficiente de desempenho (C.O.P.) fosse determinado. A temperatura de evaporação foi de 0°C, a temperatura de condensação foi de 40°C e o superaquecimento de 8K.
Os resultados das formulações para R600 são apresentados na Tabela 1, com o índice de Desempenho na ordem descendente. Estes resultados são mostrados graficamente na Figura 1 dos desenhos anexos; os contornos numerados representam os seguintes valores:
Chave de Contorno
1= 3,4 5 = 3,0
2= 3,3 6 = 2,9
3= 3,2 7 = 2,8
4= 3,1 8 = 2,7 TABELA 1
<table>table see original document page 8</column></row><table>
índice de Desempenho - Serviço χ C.O.P., isto é a medida do desempenho total.
Os resultados das formulações com R600a são apresentados de forma semelhante na Tabela 2 e na Figura 2; os contornos numerados representam os seguintes valores:
<table>table see original document page 8</column></row><table>
TABELA 2
<table>table see original document page 8</column></row><table>
Claims (23)
1. Composição refrigerante, caracterizada pelo fato de que compreende: (a) pentafluoroetano, octafluoropropano, trifluorometoxi- difluorometano ou hexafluorociclopropano, ou uma mistura de dois ou mais destes, em uma quantidade de pelo menos 35%, com base no peso da composição, (b) 1,1,1,2- ou 1,1,2,2-tetrafluoroetano, trifluorometoxipenta- fluoroetano, 1,1,1,2,3,3-heptafluoropropano, ou uma mistura de dois ou mais destes, em uma quantidade de pelo menos 30% em peso, com base no peso da composição, e (c) n-butano ou isobutano, em uma quantidade de 1% a menos do que 2,3% em peso, com base no peso da composição.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente (c) está presente em uma quantidade acima de -1,0 até 2,0% em peso, com base no peso da composição.
3. Composição de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o componente (b) está presente em uma quantidade de cerca de 1,5% em peso, com base no peso da composição.
4. Composição de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o componente (a) é pentafluoroetano.
5. Composição de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o componente (a) está presente em uma quantidade de 35 a -65% em peso, com base no peso da composição.
6. Composição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que o componente (a) está presente em uma quantidade de 40 a -55% em peso, com base no peso da composição.
7. Composição de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que o componente (a) está presente em uma quantidade de 45 a -52% em peso, com base no peso da composição.
8. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o componente (b) é -1,1,1,2-tetrafluoroetano.
9. Composição de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o componente (b) está presente em uma quantidade de 35 a -60% em peso, com base no peso da composição.
10. Composição de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o componente (b) está presente em uma quantidade de 45 a 60% em peso, com base no peso da composição.
11. Composição de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o componente (b) está presente em uma quantidade de 47,5 a 55% em peso, com base no peso da composição.
12. Composição de acordo com as reivindicações 4 ou 8, caracterizada pelo fato de que ambos os componentes estão presentes em uma quantidade de 35 a 60% em peso, com base no peso da composição.
13. Composição de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que ambos os componentes estão presentes em uma quantidade acima de 45 até 55% em peso, com base no peso da composição.
14. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que o componente (c) é n- butano.
15. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que compreende um outro componente.
16. Composição de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que o outro componente é um hidrofluorocarboneto.
17. Composição de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que o hidrofluorocarboneto tem um ponto de ebulição na pressão atmosférica de no máximo -40°C.
18. Composição de acordo com as reivindicações 16 ou 17, caracterizada pelo fato de que a relação F/H no hidrofluorocarboneto é de pelo menos 1.
19. Composição de acordo com a reivindicação 18, caracterizada pelo fato de que o hidrofluorocarboneto é difluorometano ou trifluorometano.
20. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações de 15 a 19, caracterizada pelo fato de que o outro componente está presente em uma quantidade não excedente a 5% em peso, com base no peso de (a), (b) e (c).
21. Composição de acordo com a reivindicação 20, caracterizada pelo fato de que o outro componente está presente em uma quantidade não excedente a 2% em peso, com base no peso de (a), (b) e (c).
22. Uso de uma composição como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 21, caracterizado pelo fato de ser como um refrigerante em um aparelho de refrigeração.
23. Processo para produzir refrigeração, caracterizado pelo fato de que compreende condensar uma composição como definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 21, e depois disso evaporar a composição na vizinhança de um corpo a ser esfriado.
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