Refrigerante

Un refrigerante es una sustancia, generalmente líquida, que se utiliza para reducir o regular la temperatura de un sistema. Un refrigerante ideal posee alta capacidad térmica , baja viscosidad y bajo costo, no es tóxico ni químicamente inerte , y no causa ni promueve la corrosión del sistema de refrigeración. Algunas aplicaciones también requieren que el refrigerante sea un aislante eléctrico .

Si bien el término refrigerante se usa comúnmente en aplicaciones automotrices y de climatización (HVAC) , en procesos industriales, fluido de transferencia de calor es un término técnico más frecuente en aplicaciones de fabricación a altas y bajas temperaturas. El término también abarca los fluidos de corte . El fluido de corte industrial se ha clasificado generalmente como refrigerante soluble en agua y fluido de corte puro. El refrigerante soluble en agua es una emulsión de aceite en agua. Su contenido de aceite varía desde cero (refrigerante sintético).

Este refrigerante puede mantener su fase, permaneciendo líquido o gaseoso, o experimentar una transición de fase , en cuyo caso el calor latente contribuye a la eficiencia de enfriamiento. Este último caso, cuando se utiliza para alcanzar temperaturas inferiores a la ambiente , se conoce más comúnmente como refrigerante .

Un depósito de refrigerante recoge el exceso de refrigerante en un sistema de refrigeración. ^{[ 1 ]}

El aire es un refrigerante común. La refrigeración por aire utiliza flujo de aire convectivo (refrigeración pasiva) o circulación forzada mediante ventiladores .

El hidrógeno se utiliza como refrigerante gaseoso de alto rendimiento. Su conductividad térmica es superior a la de cualquier otro gas, y posee una alta capacidad calorífica específica , baja densidad y, por lo tanto, baja viscosidad , lo que resulta ventajoso para las máquinas rotativas susceptibles a pérdidas por fricción con el aire . 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 radiactivo . El dióxido de carbono se utiliza en reactores Magnox y AGR .

El hexafluoruro de azufre se utiliza para la refrigeración y el aislamiento de algunos sistemas de energía de alta tensión ( interruptores , interruptores , algunos transformadores , etc.).

El vapor puede utilizarse cuando se requiere una alta capacidad calorífica específica en estado gaseoso y se tienen en cuenta las propiedades corrosivas del agua caliente.

Algunos refrigerantes se utilizan tanto en forma líquida como 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 del fluido sin cambio de fase .

Los refrigerantes son fluidos refrigerantes que se utilizan para alcanzar bajas temperaturas mediante un cambio de fase entre líquido y gas. Los halometanos se usaban con frecuencia, sobre todo el R-12 y el R-22 , a menudo combinados con propano líquido u otros haloalcanos como el R-134a . El amoníaco anhidro se usa frecuentemente en grandes sistemas comerciales, y el dióxido de azufre se utilizaba en los primeros refrigeradores mecánicos. El dióxido de carbono (R-744) se utiliza como fluido de trabajo en sistemas de climatización para automóviles, aire acondicionado residencial, refrigeración comercial y máquinas expendedoras. Muchos refrigerantes que, de otro modo, serían excelentes, se están eliminando gradualmente por razones medioambientales (los CFC debido a sus efectos sobre la capa de ozono; ahora muchos de sus sucesores se enfrentan a restricciones debido al calentamiento global, por ejemplo, el R-134a).

Los tubos de calor son una aplicación especial de los refrigerantes.

En ocasiones, el agua se utiliza de esta manera, por ejemplo, en reactores de agua en ebullición . El efecto de cambio de fase puede aprovecharse intencionadamente o resultar 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 se mantiene a menudo 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.

El agua es el refrigerante más común. Su alta capacidad calorífica y bajo costo la convierten en un medio de transferencia de calor adecuado. Generalmente se utiliza con aditivos, como inhibidores de corrosión y anticongelante . El anticongelante, una solución de un compuesto químico orgánico adecuado (generalmente etilenglicol , dietilenglicol o propilenglicol ) en agua, se utiliza cuando el refrigerante a base de agua debe soportar temperaturas inferiores a 0  °C o cuando se debe elevar su punto de ebullición. La betaína es un refrigerante similar, con la excepción de que se elabora a partir de jugo vegetal puro y no es tóxica ni difícil de desechar ecológicamente. ^{[ 2 ]}

• El agua desionizada de alta pureza , 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 utilizado en algunos reactores nucleares ; además, cumple una función secundaria como refrigerante . Los reactores de agua ligera , tanto los de agua en ebullición como los de agua a presión (los más comunes), utilizan agua ordinaria (ligera) . Algunos diseños, como el reactor CANDU , emplean ambos tipos: agua pesada en el tanque de calandria no presurizado como moderador y refrigerante suplementario, y agua ligera como fluido principal de transferencia de calor.

El poliglicol de alquileno (PAG) se utiliza como fluido de transferencia de calor de alta temperatura y estabilidad térmica, que presenta una fuerte resistencia a la oxidación. Los PAG modernos también pueden ser no tóxicos y no peligrosos. ^{[ 3 ]}

El fluido de corte es un refrigerante que también sirve como lubricante para las máquinas herramienta que dan forma a los metales .

Los aceites se utilizan a menudo en aplicaciones donde el agua no es adecuada. Con puntos de ebullición más altos que el agua, los aceites pueden alcanzar temperaturas considerablemente superiores (por encima de los 100 grados Celsius) sin generar altas presiones dentro del recipiente o sistema en cuestión. ^{[ 4 ]} Muchos aceites tienen usos que abarcan la transferencia de calor, la lubricación, la transferencia de presión (fluidos hidráulicos), a veces incluso como combustible, o varias de estas funciones a la vez.

• Los aceites minerales sirven como refrigerantes y lubricantes en muchos engranajes mecánicos. Algunos aceites vegetales, como el aceite de ricino, también se utilizan. Debido a su alto punto de ebullición, los aceites minerales se emplean en calefactores eléctricos portátiles tipo radiador para uso residencial y en sistemas de circuito cerrado para la calefacción y refrigeración de procesos industriales. El aceite mineral se usa frecuentemente en sistemas de PC sumergidos, ya que es no conductor y, por lo tanto, no provoca cortocircuitos ni daña ningún componente.
  • Los aceites de polifeniléter son adecuados para aplicaciones que requieren alta estabilidad a la temperatura, muy baja volatilidad, lubricidad inherente y/o resistencia a la radiación. Los aceites de perfluoropoliéter son su variante químicamente más inerte.
  • Se utiliza una mezcla eutéctica de éter difenilo (73,5 %) y bifenilo  (26,5 %) por su amplio rango de temperatura y su estabilidad hasta 400 °C.
  • Los bifenilos policlorados y los terfenilos policlorados se utilizaban en aplicaciones de transferencia de calor, debido a su baja inflamabilidad, resistencia química, hidrofobicidad y propiedades eléctricas favorables, pero ahora se están eliminando gradualmente debido a su toxicidad y bioacumulación .
• Los aceites de silicona y los aceites fluorocarbonados (como Fluorinert ) son los preferidos por su amplio rango de temperaturas de funcionamiento . Sin embargo, su elevado coste limita sus aplicaciones.
• El aceite para transformadores se utiliza para la refrigeración y el aislamiento eléctrico adicional de transformadores eléctricos de alta potencia . Generalmente se utilizan aceites minerales. Los aceites de silicona se emplean para aplicaciones especiales. Los bifenilos policlorados se utilizaban comúnmente en equipos antiguos, que ahora pueden presentar riesgo de contaminación.

Los combustibles se utilizan frecuentemente como refrigerantes para motores. Un combustible frío fluye sobre ciertas partes del motor, absorbiendo su calor residual y precalentándose antes de la combustión. El queroseno y otros combustibles para aviones suelen cumplir esta función en los motores de aviación. El hidrógeno líquido se utiliza para enfriar las toberas de los motores de 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 370 °F), esta tecnología de refrigeración evita el desbordamiento. El líquido también previene la corrosión . ^{[ 5 ]}

Los freones se utilizaban con frecuencia para la refrigeración por inmersión de, por ejemplo, aparatos electrónicos.

En algunas aplicaciones, se utilizan materiales sólidos como refrigerantes. Estos materiales requieren mucha energía para vaporizarse; dicha energía es transportada por los gases vaporizados. Este método es común en la exploración espacial , para escudos de reentrada atmosférica ablativos y para la refrigeración de toberas de motores de cohetes . El mismo método se utiliza también para la protección contra incendios de estructuras, donde se aplica un recubrimiento ablativo.

El hielo seco y el hielo de agua también pueden utilizarse como refrigerantes, en contacto directo con la estructura que se está enfriando. En ocasiones, se utiliza un fluido de transferencia de calor adicional; dos combinaciones comunes son agua con hielo y hielo seco en acetona.

La sublimación del hielo de agua se utilizó para enfriar el traje espacial del Proyecto Apolo .

La mayoría de los animales de sangre caliente dependen de refrigerantes para mantener una temperatura corporal constante. Uno de los más comunes se encuentra en los mamíferos, donde el cuerpo libera agua salada , que se evapora rápidamente . ^{[ 12 ]}

• Definición de refrigerante en Wikcionario