ES2204120T3 - Composiciones ternarias de amoniaco, pentafluoroetano y difluorometano. - Google Patents
Composiciones ternarias de amoniaco, pentafluoroetano y difluorometano.Info
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Abstract
Composición azeotrópica o de tipo azeotrópico que consta esencialmente de amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano en cantidades definidas por la superficie circundada por las siguientes líneas rectas en el diagrama de fases ternario de amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano: una línea que une el punto A (amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 1/1/98 por ciento en peso) con el punto B (amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 23/1/76 por ciento en peso), una línea que une el punto B con el punto C (amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 40/59/1 por ciento en peso), una línea que une el punto C con el punto D (amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 1/98/1 por ciento en peso) y una línea que une el punto D con el punto A, teniendo dicha composición definida por la superficie circundada por el polígono ABCD una presión de vapor de 873 kPa a 1204, 3 kPa a una temperatura de 12, 7ºC, y siendo dicha composición tal que, tras haber sido retirado por evaporación opor ebullición un 80 por ciento en peso de dicha composición, la presión de vapor de la composición restante ha variado un 10 por ciento o menos con respecto a la presión de vapor de dicha composición antes de la evaporación o ebullición.
Description
Composiciones ternarias de amoníaco,
pentafluoretano y difluorometano.
Esta invención se refiere a composiciones
azeotrópicas, de tipo azeotrópico o zeotrópicas ternarias de
amoníaco (NH_{3}), pentafluoroetano (HFC-125) y
difluorometano (HFC-32). La presente invención se
refiere además a procesos de refrigeración en los que se usan estas
composiciones.
En los últimos años se ha argumentado que los
refrigerantes que contienen cloro y son liberados a la atmósfera
pueden afectar negativamente la capa de ozono estratosférico. Como
resultado de ello, hay un movimiento hacia la eliminación del uso y
de la producción de clorofluorocarburos (CFCs) y de hidrocarburos
clorofluorados (HCFCs) según un convenio internacional.
En consecuencia, hay una demanda de desarrollo de
refrigerantes que tengan un potencial de agotamiento del ozono
menor que el de los refrigerantes existentes pero puedan seguir
alcanzando un rendimiento aceptable en las aplicaciones de
refrigeración. Los hidrocarburos fluorados (HFCs) están siendo
usados como sustitutos de los CFCs y los HCFCs puesto que los HFCs
no contienen cloro y tienen por consiguiente un potencial de
agotamiento del ozono cero.
En las aplicaciones de refrigeración, a menudo se
pierde refrigerante durante el funcionamiento debido a fugas en los
retenes, en las conexiones de los tubos flexibles, en las juntas
soldadas y en las roturas de tuberías. Además puede ser liberado
refrigerante a la atmósfera durante las operaciones de
mantenimiento que se realizan en los equipos de refrigeración. Si
el refrigerante no es un componente puro o una mezcla azeotrópica o
de tipo azeotrópico, la composición del refrigerante puede cambiar
al producirse en el equipo de refrigeración fugas o descargas de
refrigerante a la atmósfera, lo cual puede hacer que el refrigerante
llegue a ser inflamable o presente un bajo rendimiento de
refrigeración.
En consecuencia, es deseable usar como
refrigerante un sólo hidrocarburo fluorado o una composición
azeotrópica o de tipo azeotrópico que incluya dos o más
hidrocarburos fluorados. Una composición azeotrópica ya identificada
como una alternativa al clorodifluorometano
(HCFC-22) es una mezcla al 50/50 por ciento en peso
de difluorometano y pentafluoroetano.
Pueden ser también útiles en determinados
sistemas de compresión de vapor composiciones refrigerantes que son
no azeotrópicas, es decir zeotrópicas. Las mezclas zeotrópicas
pueden hervir dentro de una amplia gama de temperaturas bajo
condiciones de presión constante, y pueden así dar lugar a un
corrimiento de temperatura en el evaporador y el condensador. Este
corrimiento de temperatura puede reducir la energía necesaria para
hacer que funcione el sistema aprovechando el ciclo de Lorenz. El
método preferido supone el uso de intercambiadores de calor en
contracorriente en el evaporador y/o en el condensador, en cuyos
intercambiadores de calor el refrigerante y el fluido de
termotransferencia fluyen en contracorriente. Este método hace que
disminuya la diferencia de temperaturas entre el refrigerante en
evaporación y el refrigerante en condensación, pero hace que la
diferencia de temperaturas entre el refrigerante y el fluido de
termotransferencia externa se mantenga lo suficientemente alta como
para transferir calor con buen rendimiento. Otra ventaja de este
tipo de sistema es la de que son también minimizadas las
diferencias de presión. Esto puede redundar en un mejoramiento del
rendimiento energético y/o de la capacidad en comparación con los
sistemas convencionales.
Por las razones anteriormente expuestas, hay
necesidad de composiciones ternarias que sean útiles como
refrigerantes, y en particular como alternativas de gran capacidad
y alto rendimiento a las composiciones binarias de difluorometano y
pentafluoroetano.
La JP-A-07/188687
describe varios compuestos y mezclas inespecíficas como
refrigerantes.
La presente invención está dirigida a
composiciones ternarias que comprenden amoníaco, pentafluoroetano y
difluorometano, satisfacen como refrigerantes las necesidades
anteriormente mencionadas y constituyen alternativas de gran
capacidad y alto rendimiento a las composiciones binarias de
difluorometano y pentafluoroetano. Las composiciones de la presente
invención incluyen composiciones azeotrópicas, de tipo azeotrópico y
zeotrópicas de amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano. La
presente invención se refiere además a procesos para producir calor
o refrigeración usando composiciones ternarias que comprenden
amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano.
\newpage
La Figura 1 es un diagrama de composiciones
ternarias representado en coordenadas triangulares y describe las
presentes composiciones refrigerantes ternarias.
La Figura 2 es un gráfico de las relaciones de
los valores del Coeficiente de Rendimiento (COP) para amoníaco y
difluorometano/pentafluoroetano referidas a la temperatura del
condensador.
La Figura 3 es un gráfico de las relaciones de
los valores de la capacidad de refrigeración para
amoníaco/pentafluo-
roetano/difluorometano y difluorometano/pentafluoroetano referidas a la temperatura del condensador.
roetano/difluorometano y difluorometano/pentafluoroetano referidas a la temperatura del condensador.
La presente invención se refiere al
descubrimiento de composiciones refrigerantes ternarias específicas
de amoníaco (NH_{3}, que tiene un punto de ebullición en
condiciones normales de -33,4ºC), pentafluoroetano
(HFC-125, CF_{3}CHF_{2}, que tiene un punto de
ebullición en condiciones normales de -48,5ºC) y difluorometano
(HFC-32, CH_{2}F_{2}, que tiene un punto de
ebullición en condiciones normales de -51,7ºC). Las composiciones
ternarias que comprenden un 1-98% en peso de
amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano son útiles como
refrigerantes, y en particular como alternativas de gran capacidad y
alto rendimiento a las mezclas binarias de difluorometano y
pentafluoroetano.
Se entiende por "azeotrópica" una mezcla
líquida de punto de ebullición constante de dos o más sustancias
que se comporta como una compuesto puro. Una manera de caracterizar
una composición azeotrópica es la de que el vapor producido por
evaporación o destilación parcial del líquido tiene la misma
composición como el líquido a partir del cual dicho vapor fue
evaporado o destilado, es decir que la mezcla se destila/refluye sin
modificación composicional. Las composiciones de punto de
ebullición constante son caracterizadas como azeotrópicas porque
presentan una presión de vapor o punto de ebullición
máxima(o) o mínima(o) en comparación con la (el) de
las mezclas no azeotrópicas de los mismos componentes.
Se entiende por composición "de tipo
azeotrópico" una mezcla líquida de punto de ebullición constante
o de punto de ebullición prácticamente constante de dos o más
sustancias que se comporta como un compuesto puro. Una manera de
caracterizar una composición de tipo azeotrópico es la de que el
vapor producido por evaporación o destilación parcial del líquido
tiene prácticamente la misma composición como el líquido a partir
del cual dicho vapor fue evaporado o destilado, es decir que la
mezcla se destila/refluye sin una importante modificación de la
composición. Otra manera de caracterizar una composición de tipo
azeotrópico es la de que la presión de vapor del punto de burbujeo
y la presión de vapor del punto de rocío de la composición a una
temperatura determinada son prácticamente las mismas. A este
respecto, una composición es de tipo azeotrópico si, tras haber
sido retirado el 80 por ciento en peso de la composición por
ejemplo por evaporación o ebullición, la diferencia entre las
presiones de vapor de la composición original y de la composición
que queda tras haber sido retirado el 80 por ciento en peso de la
composición original es inferior al 10 por ciento. Si está presente
un azeótropo, no hay diferencia entre las presiones de vapor de la
composición original y de la composición que queda tras haber sido
retirado el 80 por ciento en peso de la composición original.
La presente invención incluye composiciones
ternarias específicas que comprenden cantidades eficaces de
amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano que forman
composiciones azeotrópicas o de tipo azeotrópico. Estas
composiciones quedan definidas por la superficie que queda
circundada por las líneas que se indican a continuación en la Figura
1, que es un diagrama de composiciones ternarias de NH_{3}
(amoníaco), HFC-125 (pentafluoroetano) y
HFC-32 (difluorometano): una línea recta que une el
punto A (NH_{3}/HFC-125/HFC-32 =
1/1/98% en peso) con el punto B
(NH_{3}/HFC-125/HFC-32 = 23/1/76%
en peso), una línea recta que une el punto B con el punto C
(NH_{3}/HFC-125/HFC-32 = 40/59/1%
en peso), una línea recta que une el punto C con el punto D
(NH_{3}/HFC-125/HFC-32 = 1/98/1%)
y una línea recta que une el punto D con el punto A, teniendo dicha
composición definida por la superficie circundada por el polígono
ABCD una presión de vapor de 873 kPa a 1204,3 kPa a una temperatura
de 12,7ºC, y siendo dicha composición tal que, tras haber sido
retirado por evaporación o ebullición un 80 por ciento en peso de
dicha composición, la presión de vapor de la composición que queda
ha variado en un 10 por ciento o menos con respecto a la presión de
vapor de dicha composición antes de la evaporación o ebullición.
Una segunda composición de tipo azeotrópico queda definida por la
superficie circundada por las líneas siguientes: una línea recta que
une el punto E
(NH_{3}/HFC-125/HFC-32 = 88/1/11%
en peso) con el punto G
(NH_{3}/HFC-125/HFC-32 = 98/1/1%
en peso), una línea recta que une el punto G con el punto F
(NH_{3}/HFC-125/HFC-32 = 88/11/1%
en peso), y una línea recta que une el punto F con el punto E,
teniendo dicha composición definida por la superficie circundada
por el triángulo EFG una presión de vapor de 1022,2 kPa a 1109,4 kPa
a una temperatura de 25ºC, y siendo dicha composición tal que, tras
haber sido retirado por evaporación o ebullición un 80 por ciento
en peso de dicha composición, la presión de vapor de la composición
que queda ha variado en un 10 por ciento o menos con respecto a la
presión de vapor de dicha composición antes de la evaporación o
ebullición. Una preferida gama de porcentajes de la composición es
la de un 5-25 por ciento en peso de NH_{3}, un
1-94 por ciento en peso de HFC-125 y
un 1-94 por ciento en peso de
HFC-32; una gama de porcentajes particularmente
preferida es la de un 5-20 por ciento en peso de
NH_{3}, un 1-89 por ciento en peso de
HFC-125 y un 1-89 por ciento en peso
de HFC-32; y una gama de porcentajes de la
composición que es la gama más preferida es la de un
5-15 por ciento en peso de NH_{3}, un
20-70 por ciento en peso de HFC-125
y un 20-70 por ciento en peso de
HFC-32.
HFC-32.
Para las composiciones que son azeotrópicas, hay
una gama de composiciones en torno al punto azeotrópico que, para
un azeótropo de punto de ebullición máximo, tienen a una presión
determinada puntos de ebullición que son más altos que los de los
componentes puros de la composición a esa presión y a una
temperatura determinada tienen presiones de vapor que son más bajas
que las de los componentes puros de la composición a esa
temperatura, y que, para un azeótropo de punto de ebullición
mínimo, tienen a una presión determinada puntos de ebullición que
son más bajos que los de los componentes puros de la composición a
esa presión y tienen a una temperatura determinada presiones de
vapor que son más altas que las de los componentes puros de la
composición a esa temperatura. Las temperaturas de ebullición y las
presiones de vapor situadas por encima o por debajo de las de los
componentes puros son ocasionadas por fuerzas intermoleculares
inesperadas entre las moléculas de las composiciones, que pueden
ser una combinación de fuerzas repulsivas y atractivas tales como
fuerzas de van der Waals y enlaces de hidrógeno. Las presiones de
vapor de los componentes puros de las presentes composiciones a
12,7ºC son las siguientes: amoníaco (674,2 kPa), pentafluoroetano
(985,4 kPa) y difluorometano (1194,6 kPa).
La gama de composiciones que tienen un punto de
ebullición máximo o mínimo a una presión determinada o una presión
de vapor máxima o mínima a una temperatura determinada puede ser o
puede no ser coextensiva con la gama de composiciones que tienen una
variación de la presión de vapor de menos de aproximadamente un 10%
cuando es evaporado el 80 por ciento en peso de la composición. En
aquellos casos en los que las gamas de composiciones que tienen
temperaturas de ebullición máximas o mínimas a una presión
determinada o presiones de vapor máximas o mínimas a una
temperatura determinada son más amplias que la gama de
composiciones que tienen una variación de la presión de vapor de
menos del 10% aproximadamente cuando es evaporado el 80 por ciento
en peso de la composición, se cree sin embargo que las fuerzas
intermoleculares inesperadas son importantes por cuanto que las
composiciones refrigerantes que tienen esas fuerzas y no presentan
un punto de ebullición prácticamente constante pueden presentar
inesperados incrementos de la capacidad o del rendimiento en
comparación con los componentes de la composición refrigerante.
Se entiende por "zeotrópica" una mezcla
líquida de punto de ebullición no constante de dos o más
sustancias. Las mezclas zeotrópicas hierven dentro de una amplia
gama de temperaturas bajo condiciones de presión constante y dan
lugar a un corrimiento de temperatura en el evaporador y en el
condensador. Este corrimiento de temperatura puede reducir la
energía que es necesaria para hacer que funcione el sistema
aprovechando el ciclo de Lorenz. El método preferido supone el uso
de intercambiadores de calor en contracorriente en el evaporador y/o
en el condensador, en cuyos intercambiadores de calor el
refrigerante y el fluido de termotransferencia fluyen en
contracorriente. Este método hace que disminuya la diferencia de
temperaturas entre el refrigerante en evaporación y el refrigerante
en condensación, pero hace que la diferencia de temperaturas entre
el refrigerante y el fluido de termotransferencia externa se
mantenga lo suficientemente alta como para transferir el calor con
buen rendimiento. Otra ventaja de este tipo de sistema es la de que
son también minimizadas las diferencias de presión. Esto puede
redundar en un mejoramiento del rendimiento energético y/o de la
capacidad en comparación con los sistemas convencionales.
En este contexto, una composición es zeotrópica
si, después de haber sido retirado por ejemplo por evaporación o
por ebullición un 80 por ciento en peso de la composición, la
diferencia entre la presión de vapor de la composición original y la
presión de vapor de la composición que queda tras haber sido
retirado un 80 por ciento en peso de la composición original es de
más de aproximadamente un 10 por ciento.
Las cantidades eficaces de amoníaco,
pentafluoroetano y difluorometano que forman las composiciones
zeotrópicas que son usadas en los procesos de calefacción y
refrigeración de la presente invención pueden quedar definidas por
la superficie circundada por las siguientes líneas en la Figura 1,
que es un diagrama de composiciones ternarias de NH_{3}
(amoníaco), HFC-125 (pentafluoroetano) y
HFC-32 (difluorometano): una línea recta que une el
punto B con el punto E (siendo dichos puntos como se ha definido
anteriormente en la presente), una línea recta que une el punto E
con el punto F, una línea recta que une el punto F con el punto C, y
una línea recta que une el punto C con el punto B, teniendo dicha
composición definida por la superficie circundada por el polígono
BEFC una presión de vapor de 1109,4 kPa a 1602,9 kPa a una
temperatura de 25ºC, y siendo dicha composición tal que, tras haber
sido retirado por evaporación o por ebullición un 80 por ciento en
peso de dicha composición, la presión de vapor de la composición
que queda ha variado en más de un 10 por ciento con respecto a la
presión de vapor de dicha composición antes de la evaporación o
ebullición. Una composición zeotrópica preferida comprende un
50-70 por ciento en peso de NH_{3}, un
1-49 por ciento en peso de HFC-32 y
un 1-49 por ciento en peso de
HFC-125.
A los efectos de la presente invención, la
"cantidad eficaz" está definida como la cantidad de cada
componente de las composiciones inventivas que, al ser combinada,
redunda en la formación de una composición azeotrópica, de tipo
azeotrópico o zeotrópica como se la define en la presente. En el
caso de las composiciones azeotrópicas y de tipo azeotrópico, esta
definición incluye las cantidades de cada componente, pudiendo
dichas cantidades variar en dependencia de la presión que sea
aplicada a la composición siempre que las composiciones
azeotrópicas o de tipo azeotrópico continúen existiendo a las
distintas presiones, pero con posibles puntos de ebullición
distintos. Por consiguiente, la expresión "cantidad eficaz"
incluye las cantidades, que pueden ser expresadas en porcentajes en
peso, de cada componente de las composiciones de la presente
invención que formen composiciones azeotrópicas, de tipo azeotrópico
o zeotrópicas a temperaturas o presiones distintas de las aquí
descritas.
Es posible caracterizar, en efecto, una mezcla de
punto de ebullición constante que puede aparecer de muchas guisas,
en dependencia de las condiciones elegidas, por medio de cualquiera
de varios criterios:
* La composición puede ser definida como un
azeótropo de A, B, C (y D ...) puesto que la misma expresión
"azeótropo" es al mismo tiempo definitoria y limitativa y
requiere cantidades eficaces de A, B, C (y D ...) para esta
composición específica de materia que es una composición de punto
de ebullición constante.
* Es perfectamente sabido por los expertos en la
materia que a distintas presiones la composición de un determinado
azeótropo variará al menos en cierto grado, y las variaciones de
presión modificarán también, al menos en cierto grado, la
temperatura del punto de ebullición. Así, un azeótropo de A, B, C
(y D ...) representa un tipo singular de relación pero con una
composición variable que depende de la temperatura y/o presión. Por
consiguiente, a menudo se utilizan para definir azeótropos gamas
composicionales en lugar de composiciones fijas.
* La composición puede ser definida como una
determinada relación porcentual en peso o relación porcentual molar
de A, B, C (y D ...), reconociendo que tales valores específicos
señalan tan sólo una determinada relación, y que en realidad existe
para un determinado azeótropo una serie de tales relaciones,
representada por A, B, C (y D ...), variadas por la influencia de
la presión.
* Un azeótropo de A, B, C (y D ...) puede ser
caracterizado definiendo las composiciones como un azeótropo
caracterizado por un punto de ebullición a una presión determinada,
dando así características identificativas sin indebidamente limitar
el alcance de la invención mediante una composición numérica
específica, lo cual está limitado por y es tan sólo tan preciso
como el equipo analítico disponible.
Las composiciones de la presente invención pueden
ser preparadas por cualquier método conveniente, incluyendo la
mezcla o combinación de las cantidades deseadas. Un método
preferido es el de pesar las cantidades deseadas de los componentes
y combinarlas a continuación en un recipiente apropiado.
Se indican a continuación ejemplos específicos
ilustrativos de la invención. A no ser que se indique lo contrario,
todos los porcentajes son en peso. Se entiende que estos ejemplos
son meramente ilustrativos y en modo alguno deben interpretarse como
limitativos del alcance de la invención.
Se hace un estudio de fases sobre composiciones
de difluorometano, pentafluoroetano y amoníaco, siendo variada la
composición y siendo medidas las presiones de vapor a una
temperatura constante. Una composición azeotrópica es obtenida como
queda puesto de manifiesto por la máxima presión de vapor
observada, y es identificada de la manera siguiente:
| NH_{3}/HFC-125/HFC-32 | Presión de Vapor | |
| %en peso/%en peso/%en peso | (kPa) | TºC |
| 3.4/3.8/92.8 | 1111.7 | 10.0 |
| 3.5/3.1/93.4 | 1204.3 | 12.7 |
| 3.9/1.1/95.0 | 1483.7 | 20.0 |
| 4.0/0.4/95.6 | 1589.6 | 22.5 |
Un recipiente es cargado con una composición
inicial, se le deja equilibrarse hasta 12,7ºC, y se mide la presión
de vapor inicial de la composición. Se permite que la composición
se fugue del recipiente, manteniéndose constante la temperatura al
nivel de 12,7ºC, hasta haber sido evacuado un 80 por ciento en peso
de la composición inicial, en cuyo momento es medida la presión de
vapor de la composición que queda en el recipiente. Los resultados
están resumidos a continuación.
\newpage
| Mezcla Refrigerante, %en Peso | Presión de Vapor, kPa | %Variación | |||
| NH_{3} | HFC-125 | HFC-32 | inicial | tras la fuga | Variación porcentual |
| de la presión | |||||
| 1 | 1 | 98 | 1199.7 | 1199.1 | 0.05 |
| 1 | 3.5 | 95.5 | 1200.4 | 1199.9 | 0.04 |
| 1 | 98 | 1 | 969.8 | 956.1 | 1.41 |
| 3.5 | 1 | 95.5 | 1204.2 | 1204.2 | 0.00 |
| 3.5 | 3.1 | 93.4 | 1204.3 | 1204.3 | 0.00 |
| 3.5 | 5 | 91.5 | 1204.2 | 1204.1 | 0.00 |
| 3.5 | 10 | 86.5 | 1203.3 | 1203 | 0.02 |
| 5 | 3 | 92 | 1203.2 | 1202.6 | 0.05 |
| 5 | 5 | 90 | 1202.9 | 1202.1 | 0.07 |
| 5 | 10 | 85 | 1201.3 | 1199.7 | 0.13 |
| 5 | 90 | 5 | 956.8 | 932.2 | 2.57 |
| 10 | 3 | 87 | 1189.5 | 1175.7 | 1.16 |
| 10 | 5 | 85 | 1188.4 | 1173.7 | 1.24 |
| 10 | 10 | 80 | 1185 | 1167.7 | 1.47 |
| 15 | 15 | 70 | 1155.1 | 1106.6 | 4.20 |
| 20 | 20 | 60 | 1118.6 | 1038.4 | 7.17 |
| 20 | 75 | 5 | 925.3 | 903 | 2.41 |
| 23 | 1 | 76 | 1129 | 1037.1 | 8.14 |
| 25 | 25 | 50 | 1078 | 973.9 | 9.66 |
| 30 | 35 | 35 | 1020.7 | 908.9 | 10.95 |
| 30 | 65 | 5 | 906.8 | 866.3 | 4.47 |
| 40 | 59 | 1 | 873 | 795.3 | 8.90 |
| 98 | 1 | 1 | 689.9 | 674.2 | 2.28 |
Los resultados de este Ejemplo muestran que están
presentes composiciones azeotrópicas o de tipo azeotrópico cuando,
después de haber sido retirado un 80% en peso de una composición
original, la presión de vapor de la composición restante es con una
tolerancia de aproximadamente un 10% igual a la presión de vapor de
la composición original, a una temperatura de 12,7ºC. Este Ejemplo
muestra también un azeótropo de presión máxima con una composición
de un 3,5/3,1/93,4 por ciento en peso de
NH_{3}/HFC-125/HFC-32.
Un recipiente es cargado con una composición
inicial, se le deja equilibrarse hasta 25ºC, y se mide la presión
de vapor inicial de la composición. Se permite que la composición
se fugue del recipiente, manteniéndose constante la temperatura al
nivel de 25ºC, hasta haber sido evacuado un 80 por ciento en peso
de la composición inicial, en cuyo momento es medida la presión de
vapor de la composición que queda en el recipiente. Los resultados
están resumidos a continuación y en la Figura 1.
| Mezcla Refrigerante, %en Peso | Presión de Vapor, kPa | %Variación | |||
| NH_{3} | HFC-125 | HFC-32 | inicial | tras la fuga | Variación porcentual |
| de la presión | |||||
| 1 | 1 | 98 | 1694 | 1693.1 | 0.05 |
| 1 | 98 | 1 | 1365.4 | 1351.6 | 1 |
| 5 | 47.5 | 47.5 | 1628.3 | 1581.3 | 2.9 |
| 5 | 90 | 5 | 1361 | 1333 | 2.1 |
| 5 | 5 | 90 | 1700 | 1699 | 0.1 |
| 10 | 40 | 50 | 1614 | 1557 | 3.5 |
| 10 | 45 | 45 | 1597.1 | 1532.4 | 4.1 |
| 10 | 50 | 40 | 1577.6 | 1506.6 | 4.5 |
| 15 | 35 | 50 | 1588 | 1514 | 4.7 |
| 15 | 50 | 35 | 1531.1 | 1450.4 | 5.3 |
| 20 | 40 | 40 | 1526.6 | 1431.3 | 6.3 |
| 20 | 75 | 5 | 1336 | 1312.5 | 1.8 |
| 20 | 5 | 75 | 1618 | 1531 | 5.4 |
(Continuación)
| Mezcla Refrigerante, %en Peso | Presión de Vapor, kPa | %Variación | |||
| NH_{3} | HFC-125 | HFC-32 | inicial | tras la fuga | Variación porcentual |
| de la presión | |||||
| 20 | 30 | 50 | 1561 | 1464.4 | 6.2 |
| 20 | 50 | 30 | 1483.9 | 1396.5 | 5.9 |
| 23 | 1 | 76 | 1602.9 | 1493 | 6.9 |
| 25 | 5 | 70 | 1582 | 1455 | 8 |
| 27.5 | 20 | 52.5 | 1529 | 1388 | 9.2 |
| 29 | 22 | 49 | 1511.4 | 1363.6 | 9.8 |
| 30 | 25 | 45 | 1494.1 | 1344.5 | 10 |
| 30 | 35 | 35 | 1459.1 | .325.7 | 9.1 |
| 30 | 65 | 5 | 1313.4 | 1266 | 3.6 |
| 32 | 33 | 35 | 1450.2 | 1305.1 | 10 |
| 35 | 45 | 20 | 1376 | 1252 | 9 |
| 40 | 30 | 30 | 1398.7 | 1204 | 13.9 |
| 40 | 55 | 5 | 1289 | 1182.8 | 8.2 |
| 40 | 59 | 1 | 1268.7 | 1179.9 | 7 |
| 45 | 50 | 5 | 1277.58 | 1116.5 | 12.6 |
| 50 | 45 | 5 | 1266 | 1056.7 | 16.5 |
| 60 | 20 | 20 | 1289.6 | 1031.1 | 20 |
| 80 | 10 | 10 | 1168.8 | 1006 | 13.9 |
| 88 | 6 | 6 | 1109.4 | 1033.9 | 9.5 |
| 90 | 5 | 5 | 1093.2 | 1003.6 | 8.2 |
| 98 | 1 | 1 | 1022.2 | 1002.8 | 1.9 |
Los resultados de este Ejemplo muestran que están
presentes composiciones azeotrópicas o de tipo azeotrópico cuando,
tras haber sido retirado un 80% en peso de una composición
original, la presión de vapor de la composición restante es con una
tolerancia de aproximadamente un 10% igual a la presión de vapor de
la composición original, a una temperatura de 25ºC. Este Ejemplo
muestra también que están presentes composiciones zeotrópicas
cuando, tras haber sido retirado un 80% en peso de una composición
original, la presión de vapor de la composición restante está fuera
de una tolerancia de aproximadamente un 10% de la presión de vapor
de la composición original. A efectos comparativos, se considera
que es zeotrópico el refrigerante comercial
HFC-32/HFC-125/HFC-134a
(23/25/52% en peso). Durante una fuga de vapor similar, la presión
de vapor del refrigerante
HFC-32/HFC-125/HFC-134a
(23/25/52% en peso) varía pasando de 1185,2 kPa a 896,5 kPa, lo
cual es equivalente a una variación de un 24,4% de la presión de
vapor.
La tabla siguiente muestra el rendimiento de
varios refrigerantes. Los datos están basados en las condiciones
siguientes:
| Temperatura del evaporador | 5ºC |
| Temperatura del condensador | 50ºC |
| Temperatura del gas de retorno | 25ºC |
| Sin Subfusión |
El rendimiento isentrópico del compresor es del
100%.
El recalentamiento está incluido en la capacidad
de refrigeración.
La capacidad de refrigeración está basada en un
compresor con un desplazamiento fijo de 0,1 metros cúbicos por
minuto con compresión isentrópica al 100%. La capacidad significa
la variación de entalpía del refrigerante en el evaporador por libra
de refrigerante en circulación, es decir el calor retirado por el
refrigerante en el evaporador por unidad de tiempo. El Coeficiente
de Rendimiento (COP) significa la relación de la capacidad al
trabajo del compresor, y constituye una medida del rendimiento
energético del refrigerante.
Los resultados de este Ejemplo demuestran que la
adición de NH_{3} a
HFC-32/HFC-125, como queda
evidenciado al comparar una mezcla al 50/50% en peso de
HFC-32/HFC-125 con una mezcla al
15/35/50% en peso de
NH_{3}/HFC-125/HFC-32, redunda en
un considerable mejoramiento de la capacidad y del COP, así como en
una más baja presión de descarga del compresor. Como queda de
manifiesto al comparar una mezcla al 50/50% en peso de
NH_{3}/HFC-32 con una mezcla al 15/35/50% en peso de NH_{3}/HFC-125/HFC-32, la adición de HFC-125 a una mezcla de NH_{3}/HFC-32 redunda en un considerable mejoramiento de la capacidad, en una más baja temperatura de descarga y en una reducción del fraccionamiento en el condensador y en el evaporador. Como queda de manifiesto al comparar una mezcla al 20/80% en peso de NH_{3}/HFC-125 con una mezcla al 20/50/30% en peso de NH_{3}/HFC-125/HFC-32, la adición de HFC-32 a una mezcla de NH_{3}/HFC-125 redunda en un considerable mejoramiento de la capacidad. Las composiciones de NH_{3}/HFC-125/HFC-32 presentan también una capacidad mejorada en comparación con el HCFC-22.
NH_{3}/HFC-32 con una mezcla al 15/35/50% en peso de NH_{3}/HFC-125/HFC-32, la adición de HFC-125 a una mezcla de NH_{3}/HFC-32 redunda en un considerable mejoramiento de la capacidad, en una más baja temperatura de descarga y en una reducción del fraccionamiento en el condensador y en el evaporador. Como queda de manifiesto al comparar una mezcla al 20/80% en peso de NH_{3}/HFC-125 con una mezcla al 20/50/30% en peso de NH_{3}/HFC-125/HFC-32, la adición de HFC-32 a una mezcla de NH_{3}/HFC-125 redunda en un considerable mejoramiento de la capacidad. Las composiciones de NH_{3}/HFC-125/HFC-32 presentan también una capacidad mejorada en comparación con el HCFC-22.
La tabla siguiente muestra el efecto que es
ejercido en el COP y en la capacidad al ser variada la temperatura
del condensador. Estos datos están también ilustrados en las
Figuras 2 y 3. Los resultados ponen de manifiesto que el COP y la
capacidad de una mezcla al 50/50% en peso de
HFC-32/HFC-125 disminuyen más que
los de las composiciones de
NH_{3}/HFC-125/HFC-32 al ser
incrementada la temperatura del condensador. Esto indica que el
comportamiento de las composiciones de
NH_{3}/HFC-125/HFC-32 mejora en
condiciones de temperatura ambiente más alta.
Otros componentes tales como hidrocarburos
alifáticos con un punto de ebullición de aproximadamente -100 a
100ºC, hidrofluorocarbonoalcanos con un punto de ebullición de
aproximadamente -100 a 100ºC, hidrofluoropropanos con un punto de
ebullición de entre aproximadamente 0 y 100ºC, ésteres
hidrocarbúricos con un punto de ebullición de entre aproximadamente
0 y 100ºC, hidrocarburos clorofluorados con un punto de ebullición
de entre aproximadamente -100 y 100ºC, hidrocarburos fluorados con
un punto de ebullición de aproximadamente -100 a 100ºC,
hidrocarburos clorados con un punto de ebullición de entre
aproximadamente -100 y 100ºC, clorocarburos y compuestos
perfluorados pueden ser añadidos en pequeñas cantidades a las
composiciones azeotrópicas o de tipo azeotrópico anteriormente
descritas sin modificar considerablemente las propiedades de las
mismas, incluyendo el comportamiento de las composiciones según el
cual las mismas presentan un punto de ebullición constante.
Pueden ser añadidos a las nuevas composiciones de
la invención para una serie de finalidades aditivos tales como
lubricantes, inhibidores de la corrosión, agentes superficiactivos,
estabilizadores, colorantes y otros materiales apropiados, siempre
que los mismos no afecten considerablemente las básicas y nuevas
características de la presente invención. Los lubricantes
preferidos incluyen ésteres que tienen un peso molecular de más de
25.
Claims (8)
1. Composición azeotrópica o de tipo azeotrópico
que consta esencialmente de amoníaco, pentafluoroetano y
difluorometano en cantidades definidas por la superficie circundada
por las siguientes líneas rectas en el diagrama de fases ternario de
amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano:
una línea que une el punto A
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 1/1/98 por ciento en
peso) con el punto B (amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano =
23/1/76 por ciento en peso),
una línea que une el punto B con el punto C
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 40/59/1 por ciento en
peso),
una línea que une el punto C con el punto D
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 1/98/1 por ciento en
peso) y
una línea que une el punto D con el punto A,
teniendo dicha composición definida por la
superficie circundada por el polígono ABCD una presión de vapor de
873 kPa a 1204,3 kPa a una temperatura de 12,7ºC, y siendo dicha
composición tal que, tras haber sido retirado por evaporación o por
ebullición un 80 por ciento en peso de dicha composición, la presión
de vapor de la composición restante ha variado un 10 por ciento o
menos con respecto a la presión de vapor de dicha composición antes
de la evaporación o ebullición, o bien
constando dicha composición en esencia de
amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano en cantidades definidas
por la superficie circundada por las siguientes líneas rectas en el
diagrama de fases ternario de amoníaco, pentafluoroetano y
difluorometano de la Figura 1:
una línea que une el punto E
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 88/1/11 por ciento en
peso) con el punto G (amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano =
98/1/1 por ciento en peso),
una línea que une el punto G con el punto F
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 88/11/1 por ciento en
peso), y
una línea que une el punto F con el punto E,
teniendo dicha composición definida por la
superficie circundada por el triángulo EFG una presión de vapor de
1022,2 kPa a 1109,4 kPa a una temperatura de 25ºC, y siendo dicha
composición tal que, tras haber sido retirado por evaporación o
ebullición un 80 por ciento en peso de dicha composición, la presión
de vapor de la composición restante ha variado en un 10 por ciento
o menos con respecto a la presión de vapor de dicha composición
antes de la evaporación o ebullición.
2. La composición azeotrópica o de tipo
azeotrópico de la reivindicación 1, constando dicha composición en
esencia de un 5-20 por ciento en peso de amoníaco,
un 1-89 por ciento en peso de pentafluoroetano y un
1-89 por ciento en peso de difluorometano.
3. La composición azeotrópica o de tipo
azeotrópico de la reivindicación 1, constando dicha composición en
esencia de un 5-15 por ciento en peso de amoníaco,
un 20-70 por ciento en peso de pentafluoroetano y un
20-70 por ciento en peso de difluorometano.
4. La composición azeotrópica de la
reivindicación 1, constando dicha composición en esencia de un 1 a
un 5 por ciento en peso de amoníaco, de un 1 a un 10 por ciento en
peso de pentafluoroetano y de un 85 a un 98 por ciento en peso de
difluorometano, teniendo dicha composición una presión de vapor de
1199,1 kPa a 1204,3 kPa a una temperatura de 12,7ºC.
5. Proceso que es para producir refrigeración y
comprende los pasos de condensar una composición de las
reivindicaciones 1, 2, 3 ó 4, y evaporar a continuación dicha
composición en las inmediaciones de un cuerpo a enfriar.
6. Proceso que es para producir calor y comprende
los pasos de condensar una composición de las reivindicaciones 1,
2, 3 y 4 en las inmediaciones de un cuerpo a calentar, y evaporar a
continuación dicha composición.
7. Proceso que es para producir refrigeración y
comprende los pasos de condensar una composición y evaporar a
continuación dicha composición en las inmediaciones de un cuerpo a
enfriar, o proceso que es para producir calor y comprende los pasos
de condensar una composición en las inmediaciones de un cuerpo a
calentar y evaporar a continuación dicha composición, siendo dicha
composición una composición zeotrópica que consta en esencia de
amoníaco, pentafluoroetano y difluorometano en cantidades definidas
por la superficie circundada por las siguientes líneas rectas en el
diagrama de fases ternario de amoníaco, pentafluoroetano y
difluorometano:
una línea que une el punto B
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 23/1/76 por ciento en
peso) con el punto E (amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano =
88/1/11 por ciento en peso),
una línea que une el punto E con el punto F
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 88/11/1 por ciento en
peso),
una línea que une el punto F con el punto C
(amoníaco/pentafluoroetano/difluorometano = 40/59/1 por ciento en
peso), y
una línea que une el punto C con el punto B,
teniendo dicha composición definida por la
superficie circundada por el polígono BEFC una presión de vapor de
1109,4 kPa a 1602,9 kPa a una temperatura de 25ºC, y siendo dicha
composición tal que, tras haber sido retirado por evaporación o
ebullición un 80 por ciento en peso de dicha composición, la presión
de vapor de la composición restante ha variado más de un 10 por
ciento con respecto a la presión de vapor de dicha composición
antes de la evaporación o ebullición.
8. El proceso de la reivindicación 7, constando
dicha composición zeotrópica en esencia de un 50-70
por ciento en peso de amoníaco, un 1-49 por ciento
en peso de pentafluoroetano y un 1-49 por ciento en
peso de difluorometano.
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|---|---|---|---|
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