Refrigerante (refrigeració)

Gas refrigerante en distintes presentacions: R-22, R-134a, R-141b.

Es denomina refrigerante o decorregut frigorígeno a l'utilisat en la transmissió de calor que, en un sistema de refrigeració, absorbix calor a baixes temperatures i pressió, cedint-ho a temperatura i pressió més elevades. Este procés té lloc, generalment, en canvis de fase del decorregut.

Història dels refrigerantes

L'utilisació de métodos químics per mig de mescles refrigerantes es pot considerar una etapa intermija entre la fredor natural i la fredor artificial, ya es coneixia antigament que, afegint nitrat sòdic a l'aigua, es conseguix disminuir la seua temperatura.

Estes mescles varen permetre experiments a baixes temperatures. En 1715,utilisant una mescla de neu i nitrat amònic, Daniel Gabriel Fahrenheit va establir el zero del seu termómetro; en 1760 von Braun solidificó el mercuri a -40 °C. En el XIX numerosos científics varen estudiar les lleis que rigen les mescles frigorífiques, i les mescles de gèl i sal comuna, que permeten disminuir la temperatura fins a -20 °C. No obstant, els métodos de refrigeració per estos productes, són discontinus i de capacitat molt llimitada, per lo que no es pot parlar de refrigeració fins a l'invenció de la refrigeració mecànica.

La primícia de l'obtenció de fredor per evaporament s'adjudica a William Cullen, que cap a 1750 va conseguir produir gèl mecánicamente en aigua com refrigerante. Pocs anys despuix, en 1754, Joseph Priestley va descobrir l'amoníac i el diòxit de carbono, que varen mostrar posseir propietats termodinàmiques convenients per a ser usats en refrigeració.

En el XVIII, numerosos físics i químics, entre els que destaca Antoine Baumé, ampraven mescles refrigerantes en el laboratori. Baumé va publicar Disertation sur l'éther, a on expon com va conseguir gèl artificial. No obstant, ni Cullen ni Baumé varen explotar el seu descobriment per a fabricar gèl. Al voltant de 1761, Joseph Black, alumne de Cullen, va desenrollar la seua teoria de la calor latent de fusió i evaporament.

En 1834 Jacob Perkins va utilisar éter sulfúric a baixa pressió com a procediment de refrigeració en la primera màquina de compressió de vapor.

En 1859, Ferdinand Carré patenta el seu màquina d'absorció en amoníac.

En Austràlia va ser James Harrison qui va construir la primera màquina, que va ser instalada en la cerveseria de Glasgow & Thunder, en Berdigo, Victoria, en 1860 i allí va funcionar durant molts anys.

En 1863 Charles Tellier va patentar l'éter metílico.

En 1872, Robert Boyle investiga les mescles refrigerantes i patenta el primer compressor en amoníac. Per les mateixes dates Thadeus S.C. Lowe introduïx el CO₂. Poc despuix, en 1874, Raoul-Pierre Pictet patenta un compressor en SO₂ i en 1878 el francés Vincent utilisa el clorur de metilo CH₃Cl.

Es pot vore cóm l'éter, molt perillós, va donar pas l'amoníac, al diòxit de sofre, al clorur de metilo i al diòxit de carbono. Pero estes substàncies tenen greus inconvenients. L'amoníac és tòxic, inflamable i ataca al coure, el clorur de metilo és tòxic i explosiu en mescla en el 10 a 15 % d'aire, el diòxit de sofre és tòxic i agressiu en els metals. Per estos motius va continuar la busca de refrigerantes més segurs i de millor rendiment. Esta busca va culminar en 1930 quan Thomas Midgley de Dupont, va anunciar el primer fluorocarbono, el Freon-12, que va conduir a la família que ha dominat la refrigeració per compressió fins a finals dels 80.

Sigles XX i XXI

Els productes clorofluorados, coneguts com CFC, són derivats del metà quan satura els seus àtoms d'hidrogen en àtoms de flúor i de clor. Estes substàncies varen resultar ideals com refrigerantes perque eliminaven en gran partix els inconvenients dels productes anteriors, pero a partir de la troballa de Frank Sherwood Rowland i Mario Molina, pel seu contingut en clor, molts països es reunixen en Montreal i redacten un protocol per a la substitució escalonada d'estos productes frigorígenos per uns atres més ecològics.^{cita requerida}

En el protocol de Montreal es va establir com a data per a la desaparició dels CFC l'1 de giner de 1996 i per als HCFC l'1 de giner de 2030, posteriorment acostada al 2014 i en Europa acordada per al 2004.

Des de l'1 de giner de 2010 està prohibit utilisar HCFC purs per al manteniment i recarrega d'equips existents en eixa data i des de l'1 de giner de 2015, l'us de HCFC reciclats. Tot açò ha provocat que les emissions de gasos fluorados d'efecte hivernàcul hagen disminuït un 60 % des de 1999.

Posteriorment s'han trobat atres solucions, com la coneguda en el nom de «refrigerantes verts», o refrigerantes de baix PCA com el R-407C, el R-134A i el R-410A, pero tampoc podran usar-se en 2022 per a equips nous i està sense determinar la data llímit del seu us per a servici i manteniment. Curiosament, tot este problema està fent que es torne la vista cap als ara denominats «refrigerantes naturals» com l'amoníac, la seua aplicació en equips de refrigeració comercial s'ha mantingut fins a hui en dia i molts professionals ho consideren el refrigerante del futur.

Característiques dels refrigerantes

En principi, podria ser refrigerante qualsevol substància que canvie de fase de líquit a vapor a una temperatura baixa, en funció de les condicions de pressió, pero per a la seua utilisació en un cicle de refrigeració per compressió, deu tindre la majoria de les següents característiques.

Característiques que afecten al rendiment

• Pressió d'evaporament superior a l'atmosfèrica per a evitar infiltracions d'aire en el sistema.
• Pressió de descàrrega no molt alta. Per a evitar la necessitat d'un equip robust, i des de després per baix de la pressió crítica.
• Relació de compressió baixa. La potència del compressor aumenta en la relació de compressió.
• Temperatura de descàrrega no molt alta. Per a evitar la descomposició de l'oli lubrificant o del refrigerante o la formació de contaminants.
• Calor latent de vaporisació lo més alt possible. Quant major, millor producció frigorífica específica i menor cabal másico.
• Temperatura d'ebullició, per baix de la temperatura ambiente a pressió atmosfèrica, fàcilment controlable i per damunt de la temperatura de congelació.
• Volum específic: Deu ser lo més baix possible per a evitar grans tamanys en les llínees d'aspiració i en el desplaçament de compressor.
• Calor específica: Deu ser lo més alt possible en el vapor, per a que absorbixca una gran cantitat de calor i lo més baix possible en estat líquit per a reduir el vapor en la vaporisació súbita
• Punt de congelació: Deu ser inferior a la temperatura mínima del sistema, per a evitar congelamientos en el evaporador.
• Densitat: Deu ser elevada per a requerir menudes dimensions en les llínees líquit.

Característiques de seguritat

• Estabilitat química dins de la gama de temperatures de treball.
• Inactivitat química: que no reaccione en cap dels materials en els que puga tindre contacte.

No deuen ser líquits inflamables, corroents ni tòxics.

Ya que deuen interaccionar en el lubrificant del compressor, deuen ser miscibles en fase líquida i no nocius en l'oli. No tendència a les fugues. Els refrigerantes en baix pes molecular escapen en major facilitat. Els refrigerantes, s'aprofiten en molts sistemes per a refrigerar també el motor del compressor, normalment un motor elèctric, per lo que deuen ser bons dielèctrics, és dir, deuen tindre una baixa conductivitat elèctrica.