ES2828798T5 - Composiciones que comprenden HFC-1234yf y HFC-152a - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Composiciones que comprenden HFC-1234yf y HFC-152a
Referencias cruzadas con la solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud provisional de EE.UU. 60/658.543, presentada el 4 de marzo de 2005, de la solicitud provisional de EE.UU. 60/710.439, presentada el 23 de agosto 2005 y de la solicitud provisional de EE.UU. 60/732.769, presentada el 1 de noviembre de 2005.
Antecedentes de la invención
1. Campo de la invención
La presente invención se refiere a composiciones para uso en sistemas de refrigeración, de acondicionamiento de aire y de bomba de calor en los que la composición comprende una fluoroolefina y al menos otro componente. Las composiciones de la presente invención son útiles en los procesos para producir enfriamiento o calor, y como fluidos de transferencia de calor.
2. Descripción de la técnica relacionada
La industria de la refrigeración ha estado trabajando en las últimas décadas para encontrar refrigerantes de sustitución de los clorofluorocarburos (CFC) y de los hidroclorofluorocarburos (HCFC) que agotan la capa de ozono que se van reduciendo como resultado del Protocolo de Montreal. La solución para la mayoría de los productores de refrigerantes ha sido la comercialización de refrigerantes de hidrofluorocarburos (HFC). Los nuevos refrigerantes HFC, siendo el HFC-134a el más ampliamente utilizado en este momento, tienen potencial nulo de agotamiento del ozono y, por ello, no están afectados por la reducción reguladora actual como resultado del Protocolo de Montreal. Reglamentos medioambientales adicionales pueden causar finalmente una reducción global de ciertos refrigerantes HFC. En la actualidad, la industria automovilística se enfrenta a reglamentos relacionados con el potencial de calentamiento global de los refrigerantes utilizados en sistemas móviles de acondicionamiento de aire. Por lo tanto, existe una gran necesidad actual de identificar nuevos refrigerantes con un potencial de calentamiento global reducido en el mercado del acondicionamiento de aire móvil. Si los reglamentos se aplican de manera más amplia en el futuro, se sentirá una necesidad aún mayor de los refrigerantes que se pueden utilizar en todas las áreas de la industria de la refrigeración y del acondicionamiento del aire.
Refrigerantes de sustitución actualmente propuestos para el HFC-134a incluyen HFC-152a, hidrocarburos puros como butano o propano, o refrigerantes "naturales" como el CO<2>. Muchas de estas sustituciones sugeridas son tóxicas, inflamables y/o tienen baja eficiencia energética. Por lo tanto, se están buscando nuevos refrigerantes alternativos.
El documento US 2004/0256594 A1 divulga el uso de tetrafluoropropenos en una variedad de aplicaciones, incluyendo equipos de refrigeración.
El documento JP 4 110388 A divulga fluidos de transferencia de calor que comprenden un compuesto orgánico basado en propeno sustituido por 1-5 átomos de flúor. Estos compuestos se pueden mezclar con hidrofluorocarburos.
El documento US 2004/127383 A1 divulga composiciones similares a azeótropos que comprenden pentafluoropropeno (HFO-1225) y uno o más de 3,3,3-trifluoropropeno (HFO-1243zf), 1,1-difluoroetano (HFC-152a), trans-1,3,3,3-tetrafluoropropeno (HFO-1234ze).
El objeto de la presente invención es proporcionar novedosas composiciones refrigerantes y composiciones de fluidos de transferencia de calor que proporcionen características únicas para satisfacer las demandas de bajo o nulo potencial de agotamiento del ozono y menor potencial de calentamiento global en comparación con los refrigerantes actuales.
Breve compendio de la invención
La presente invención se refiere a una composición que comprende HFC-1234yf y HFC-152a.
La presente invención se refiere además a una composición como la definida en las reivindicaciones 2 a 10, a un procedimiento como el definido en las reivindicaciones 11 a 14, y a un aparato de refrigeración, aparato de acondicionamiento de aire o aparato de bomba de calor como se define en la reivindicación 15.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se refiere a composiciones que comprenden HFC-1234yf y HFC-152a.
Los compuestos fluoroolefinas y otros compuestos se enumeran en la Tabla 1.
Tabla 1
Los componentes individuales enumerados en la Tabla 1 se pueden preparar por procedimientos conocidos en la técnica.
Las composiciones de la presente invención pueden ser generalmente útiles cuando el fluoroolefina está presente desde el 1 por ciento en peso hasta el 99 por ciento en peso, preferiblemente desde el 20 por ciento en peso hasta el 99 por ciento en peso, más preferiblemente desde el 40 por ciento en peso hasta el 99 por ciento en peso y todavía más preferiblemente desde el 50 por ciento en peso hasta el 99 por ciento en peso.
La presente invención proporciona además composiciones como las enumeradas en la Tabla 2.
Tabla 2
Las composiciones de la presente invención pueden ser composiciones azeotrópicas o casi azeotrópicas. Por composición azeotrópica se quiere indicar una mezcla de temperatura de ebullición constante de dos o más sustancias que se comportan como una sola sustancia. Una manera de caracterizar una composición azeotrópica es que el vapor producido por evaporación o destilación parcial del líquido tiene la misma composición que el líquido desde el cual es evaporado o destilado, es decir, la mezcla se destila/se somete a reflujo sin que se produzca un cambio en su composición. Las composiciones de temperatura de ebullición constante se caracterizan como azeotrópicas porque presentan una temperatura de ebullición máxima o mínima, en comparación con la de la mezcla no azeotrópica de los mismos compuestos. Una composición azeotrópica no se fraccionará dentro de un sistema de refrigeración o de acondicionamiento de aire durante el funcionamiento, lo que puede reducir la eficiencia del sistema. Además, una composición azeotrópica no se fraccionará en una fuga de un sistema de refrigeración o de acondicionamiento de aire. En la situación en la que un componente de una mezcla sea inflamable, el fraccionamiento durante la fuga podría dar lugar a una composición inflamable ya sea dentro del sistema o fuera del sistema.
Una composición casi azeotrópica (normalmente conocida también como una "composición similar a un azeótropo") es una mezcla líquida de temperatura de ebullición sustancialmente constante de dos o más sustancias que se comportan esencialmente como una sola sustancia. Una forma de caracterizar una composición casi azeotrópica es que el vapor producido por evaporación o destilación parcial del líquido tiene sustancialmente la misma composición que el líquido del que se evaporó o destiló, es decir, la mezcla se destila/se somete a reflujo sin un cambio sustancial de su composición. Otra manera de caracterizar una composición casi azeotrópica es que la presión de vapor en el punto de burbuja y la presión de vapor en el punto de rocío de la composición a una temperatura concreta son sustancialmente iguales. En el presente documento, una composición es casi azeotrópica si, después de que se haya retirado el 50 por ciento en peso de la composición, ya sea por evaporación o por ebullición, la diferencia de presión de vapor entre la composición original, y la composición que queda después de que se haya retirado el 50 por ciento en peso de la composición original es menor que el 10 por ciento.
Composiciones azeotrópicas de la presente invención a una temperatura especificada se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3
Además, se han encontrado las composiciones de azeótropo ternarias enumeradas en la Tabla 4.
Tabla 4
Las composiciones casi azeotrópicas de la presente invención a una temperatura especificada se enumeran en la Tabla 5.
Tabla 5
Las composiciones casi azeotrópicas ternarias y de orden superior que comprenden fluoroolefina también han sido identificadas como se enumeran en la Tabla 6.
Tabla 6
Algunas de las composiciones de la presente invención son composiciones no azeotrópicas. Esas composiciones de la presente invención que caen dentro de los intervalos preferidos de la Tabla 2, pero fuera de los intervalos casi azeotrópicos de la Tabla 5 y la Tabla 6 pueden ser consideradas como no azeotrópicas.
Una composición no azeotrópica puede tener ciertas ventajas sobre las mezclas azeotrópicas o casi azeotrópicas. Una composición no azeotrópica es una mezcla de dos o más sustancias que se comporta como una mezcla más que como una sola sustancia. Una forma de caracterizar una composición no azeotrópica es que el vapor producido por evaporación o destilación parcial del líquido tiene una composición sustancialmente diferente que el líquido del que se evaporó o destiló, es decir, la mezcla se destila/se somete a reflujo con un cambio sustancial de la composición. Otra manera de caracterizar una composición no azeotrópica es que la presión de vapor en el punto de burbuja y la presión de vapor en el punto de rocío de la composición a una temperatura concreta son sustancialmente diferentes. En el presente documento, una composición es no azeotrópica si, después de que se retira 50 por ciento en peso de la composición, ya sea por evaporación como por ebullición, la diferencia de presión de vapor entre la composición original y la composición que queda después de haber retirado el 50 por ciento en peso de la composición original es mayor que el 10 por ciento.
Las composiciones de la presente invención se pueden preparar por cualquier procedimiento conveniente combinando las cantidades deseadas de los componentes individuales. Un procedimiento preferido es pesar las cantidades deseadas de los componentes y, posteriormente, combinar los componentes en un recipiente apropiado. Si se desea, se puede utilizar agitación.
Un medio alternativo para la fabricación de las composiciones de la presente invención puede ser un procedimiento para fabricar una composición de la mezcla de refrigerante, en el que dicha composición mezcla de refrigerante comprende una composición como se ha descrito en el presente documento, comprendiendo dicho procedimiento (i) recuperar un volumen de uno o más componentes de una composición refrigerante a partir de al menos un recipiente de refrigerante, (ii) eliminar impurezas suficientemente para permitir la reutilización de dichos uno o más de los componentes recuperados, (iii) y, opcionalmente, combinar la totalidad o parte de dicho volumen recuperado de los componentes con al menos una composición o componente refrigerante adicional.
Un recipiente de refrigerante puede ser cualquier recipiente en el que se almacena una composición mezcla refrigerante que se ha utilizado en un aparato de refrigeración, en un aparato de acondicionamiento de aire o en un aparato de bomba de calor. Dicho recipiente de refrigerante puede ser el aparato de refrigeración, aparato de acondicionamiento de aire o el aparato de bomba de calor en el que se utilizó la mezcla refrigerante. Además, el recipiente de refrigerante puede ser un recipiente de almacenamiento para la recogida de componentes de la mezcla refrigerante recuperada, que incluye pero no se limita a los cilindros de gas a presión.
Refrigerante residual significa cualquier cantidad de mezcla refrigerante o componente de la mezcla refrigerante que se puede sacar del recipiente de refrigerante por cualquier procedimiento conocido para transferir mezclas refrigerantes o componentes de mezclas refrigerantes.
Impurezas pueden ser cualquier componente que se encuentre en la mezcla refrigerante o en el componente de la mezcla refrigerante debido a su uso en un aparato de refrigeración, en un aparato de acondicionamiento de aire o en un aparato de bomba de calor. Las impurezas de este tipo incluyen, pero no se limitan a los lubricantes de refrigeración, que son los descritos anteriormente en el presente documento, partículas que incluyen pero que no se limitan a metales, sales metálicas o partículas de elastómeros, que pueden proceder del aparato de refrigeración, del aparato de acondicionamiento de aire o del aparato de bomba de calor, y cualesquiera otros contaminantes que pueden afectar negativamente al comportamiento de la composición de la mezcla refrigerante.
Estas impurezas se pueden eliminar suficientemente para permitir la reutilización de la mezcla refrigerante o del componente de la mezcla refrigerante sin afectar negativamente al comportamiento o al equipo en el que se utilizarán la mezcla refrigerante o el componente de la mezcla refrigerante.
Puede que sea necesario proporcionar mezcla de refrigerante o componente de la mezcla refrigerante adicionales a la mezcla refrigerante o componente de la mezcla refrigerante residuales con el fin de producir una composición que satisfaga las especificaciones requeridas para un producto determinado. Por ejemplo, si una mezcla refrigerante tiene 3 componentes en un intervalo de porcentaje en peso particular, puede que sea necesario añadir uno o más de los componentes en una cantidad dada con el fin de restaurar la composición dentro de los límites de la especificación.
Las composiciones de la presente invención tienen nulo o bajo potencial de agotamiento de ozono y bajo potencial de calentamiento global (PCG). Además, las composiciones de la presente invención tendrán potenciales de calentamiento global que son menores del de muchos refrigerantes de hidrofluorocarburos actualmente en uso. Un aspecto de la presente invención es proporcionar un refrigerante con un potencial de calentamiento global menor de 1.000, menor de 500, menor de 150, menor de 100 o menor de 50. Otro aspecto de la presente invención es reducir el PCG neto de las mezclas refrigerantes añadiendo fluoroolefinas a dichas mezclas.
Las composiciones de la presente invención pueden ser útiles como sustituciones de bajo potencial de calentamiento global (PCG) de los refrigerantes actualmente utilizados, que incluyen pero que no se limitan a R134a (o HFC-134a, 1,1,1,2-tetrafluoroetano), R22 (o HCFC-22, clorodifluorometano), R<1>23 (o h Fc -123, 2,2-dicloro-1,1,1-trifluoroetano), R11 (CFC-11, fluorotriclorometano), R12 (CFC-12, diclorodifluorometano), R245fa (o HFC-245fa, 1.1.1.3.3- pentafluoropropano), R114 (o CFC-114, 1,2-dicloro-1,1,2,2-tetrafluoroetano), R236fa (o HFC-236fa, 1.1.1.3.3.3- hexafluoropropano), R124 (o HCFC-124, 2-cloro-1,1,1,2-tetrafluoroetano), R407C (designación ASHRAE para una mezcla de 52 por ciento en peso de R134a, 25 por ciento en peso de R125 (pentafluoroetano), y 23 por ciento en peso de R32 (difluorometano), R410A (designación ASHRAE para una mezcla de 50 por ciento en peso de R125 y 50 por ciento en peso de R32), R417A (designación ASHRAE para una mezcla de 46,6 por ciento en peso de R125, 50,0 por ciento en peso de R134a, y 3,4 por ciento en peso de n-butano), R422A, (designación ASHRAE para una mezcla de 85,1 por ciento en peso de R125, 11,5 por ciento en peso de R134a, y 3,4 por ciento en peso de isobutano), R404A (designación ASHRAE para un mezcla de 44 por ciento en peso de R125, 52 por ciento en peso de R143a (1,1,1-trifluoroetano), y 4,0 por ciento en peso de R134a) y R507A (designación ASHRAE para una mezcla de 50 por ciento en peso de R125 y 50 por ciento en peso de R143a). Además, las composiciones de la presente invención pueden ser útiles como sustituciones de R12 (CFC-12, diclorodifluorometano) o R502 (designación ASHRAE para una mezcla de 51,2 por ciento en peso de CFC-115 (cloropentafluoroetano) y 48,8 por ciento en peso de HCFC-22).
A menudo, los refrigerantes de sustitución son los más útiles si pueden ser utilizados en el equipo de refrigeración original diseñado para un refrigerante diferente. Las composiciones de la presente invención pueden ser útiles como sustitutos de los refrigerantes anteriormente mencionados en el equipo original. Además, las composiciones de la presente invención pueden ser útiles como sustituciones de los refrigerantes anteriormente mencionados en el equipo diseñado para utilizar los refrigerantes anteriormente mencionados.
Las composiciones de la presente invención pueden comprender además un lubricante.
Los lubricantes de la presente invención comprenden lubricantes de refrigeración, es decir esos lubricantes adecuados para su uso con un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. Entre estos lubricantes están los convencionalmente utilizados en aparatos de la refrigeración por compresión que utilizan refrigerantes de clorofluorocarburos. Los lubricantes de este tipo y sus propiedades se comentan en el Manual ASHRAE de 1990, Refrigeration Systems and Applications, Capítulo 8, titulado ''Lubricants in Refrigeration Systems”, páginas 8.1 a 8.21. Los lubricantes de la presente invención pueden comprender los comúnmente conocidos como "aceites minerales" en el campo de la lubricación de la refrigeración por compresión. Los aceites minerales comprenden parafinas (es decir, hidrocarburos saturados, de cadena lineal y de cadena de carbonos ramificada), naftenos (es decir, parafinas cíclicas) y aromáticos (es decir, hidrocarburos cíclicos, insaturados, que contienen uno o más anillos caracterizados por dobles enlaces alternos). Los lubricantes de la presente invención comprenden además los comúnmente conocidos como "aceites sintéticos" en el campo de la lubricación de la refrigeración por compresión. Los aceites sintéticos comprenden alquilarilos (es decir, alquilbencenos con alquilo lineal y ramificado), parafinas sintéticas y naftenos, y poli(alfa-olefinas). Los lubricantes convencionales representativos de la presente invención son los comercialmente disponibles BVM 100 N (aceite mineral parafínico vendido por BVA Oils), Suniso® 3GS y Suniso® 5GS (aceite mineral nafténico vendido por Crompton Co.), Sontex® 372LT (aceite mineral nafténico vendido por Pennzoil), Calumet® RO-30 (aceite mineral nafténico vendido por Calumet Lubricants), Zerol® 75, Zerol® 150 y Zerol® 500 (alquilbencenos lineales vendidos por Shrieve Chemicals) y HAB 22 (alquilbenceno ramificado vendido por Nippon Oil).
Los lubricantes de la presente invención comprenden además aquellos que han sido diseñados para su uso con refrigerantes de hidrofluorocarburos y son miscibles con los refrigerantes de la presente invención en las condiciones de funcionamiento de un aparato de la refrigeración por compresión, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. Los lubricantes de este tipo y sus propiedades se comentan en "Synthetic Lubricants and High-Performance Fluids", R. L. Shubkin, redactor, Marcel Dekker, 1993. Los lubricantes de este tipo incluyen pero no se limitan a ésteres de poliol (POE) tal como Castrol® 100 (Castrol, Reino Unido), poli(alquilenglicoles) (PAG) tal como RL-488A de Dow (Dow Chemical, Midland, Michigan) y poli(éteres de vinilo) (PVE). Estos lubricantes están fácilmente disponibles de varias fuentes comerciales.
Los lubricantes de la presente invención se seleccionan teniendo en cuenta los requisitos de un compresor dado y el medio ambiente al que estará expuesto el lubricante. Los lubricantes de la presente invención tienen preferiblemente una viscosidad cinemática de al menos aproximadamente 510-6 m2 s-1 (5 cSt (centistokes)) a 40°C.
Opcionalmente, a las composiciones de la presente invención pueden añadirse aditivos del sistema de refrigeración normalmente utilizados, según se desee, con el fin de mejorar la lubricidad y la estabilidad del sistema. Estos aditivos son generalmente conocidos en el campo de la lubricación de compresores de refrigeración, e incluyen agentes antidesgaste, lubricantes de extrema presión, inhibidores de corrosión y oxidación, desactivadores de las superficies metálicas, eliminadores de radicales libres, espumantes y agentes de control antiespumante, detectores de fugas y similares. En general, estos aditivos están presentes sólo en pequeñas cantidades con respecto a la composición total del lubricante. Se utilizan típicamente en concentraciones de menos el 0,1% hasta tanto como el 3% de cada aditivo. Estos aditivos se seleccionan sobre la base de los requisitos individuales del sistema. Algunos ejemplos típicos de tales aditivos pueden incluir pero no se limitan a aditivos que mejoren la lubricación, tal como alquil- o aril-ésteres del ácido fosfórico y de tiofosfatos. Además, dialquil-ditiofosfatos metálicos (p. ej., dialquilditiofosfato de zinc o ZDDP, Lubrizol 1375) y otros miembros de esta familia de productos químicos se pueden usar en las composiciones de la presente invención. Otros aditivos antidesgaste incluyen aceites de productos naturales y aditivos de lubricación con polihidroxilos asimétricos como Synergol TMS (International Lubricants). De manera similar, se pueden emplear estabilizantes tal como antioxidantes, eliminadores de radicales libres y captadores de agua. Los compuestos de esta categoría pueden incluir pero no se limitan a hidroxitolueno butilado (BHT) y epóxidos.
Las composiciones de la presente invención pueden comprender además desde el 0,01 por ciento en peso hasta el 5 por ciento en peso de un aditivo tal como, por ejemplo, un estabilizante, un eliminador de radicales libres y/o un antioxidante. Tales aditivos incluyen pero no se limitan a nitrometano, fenoles obstaculizados, hidroxilaminas, tioles, fosfitos o lactonas. Se pueden utilizar aditivos individuales o combinaciones.
Las composiciones de la presente invención pueden comprender además desde aproximadamente el 0,01 por ciento en peso hasta aproximadamente el 5 por ciento en peso de un captador de agua (compuesto desecante). Tales captadores de agua pueden comprender orto-ésteres tales como ortoformiato de trimetilo, trietilo o tripropilo.
Las composiciones de la presente invención pueden comprender además un trazador seleccionado del grupo que consiste en hidrofluorocarburos (HFC), hidrocarburos deuterados, hidrofluorocarburos deuterados, perfluorocarburos, éteres fluorados, compuestos bromados, compuestos yodados, alcoholes, aldehídos, cetonas, óxido nitroso (N<2>O) y combinaciones de los mismos. Los compuestos trazadores se añaden a las composiciones en cantidades previamente determinadas para permitir la detección de cualquier dilución, contaminación u otra alteración de la composición, como se describe en la solicitud de patente publicada de EE.UU. N° de serie 11/062044, presentada el 18 de febrero de 2005.
Compuestos trazadores típicos para uso en las presentes composiciones se enumeran en la Tabla 7.
Tabla 7
Los compuestos enumerados en la Tabla 7 están disponibles comercialmente (de casas de suministros de productos químicos) o se pueden preparar por procesos conocidos en la técnica.
Se pueden utilizar compuestos trazadores individuales en combinación con un fluido de refrigeración/de calefacción en las composiciones de la presente invención o se pueden combinar múltiples compuestos trazadores en cualquier proporción para servir como una mezcla trazadora. La mezcla trazadora puede contener múltiples compuestos trazadores de la misma clase de compuestos o múltiples compuestos trazadores de diferentes clases de compuestos. Por ejemplo, una mezcla trazadora puede contener 2 o más hidrofluorocarburos deuterados, o un hidrofluorocarburo deuterado en combinación con uno o más perfluorocarburos.
Además, algunos de los compuestos de la Tabla 7 existen como isómeros múltiples, estructurales u ópticos. Isómeros individuales o isómeros múltiples del mismo compuesto pueden usarse en cualquier proporción para preparar el compuesto trazador. Además, los isómeros individuales o múltiples de un compuesto dado se pueden combinar en cualquier proporción con cualquier número de otros compuestos para servir como una mezcla trazadora.
El compuesto trazador o la mezcla trazadora pueden estar presentes en las composiciones en una concentración total de 50 partes por millón en peso (ppm) a 1.000 ppm. Preferiblemente, el compuesto trazador o la mezcla trazadora está presente en una concentración total de 50 ppm a 500 ppm y, lo más preferiblemente, el compuesto trazador o la mezcla trazadora está presente en una concentración total de 100 ppm a 300 ppm.
Las composiciones de la presente invención pueden comprender además un compatibilizador seleccionado del grupo que consiste en éteres de polioxialquilenglicol, amidas, nitrilos, cetonas, clorocarburos, ésteres, lactonas, éteres de arilo, fluoroéteres y 1,1,1-trifluoroalcanos. El compatibilizador se utiliza para mejorar la solubilidad de los refrigerantes de hidrofluorocarburos en los lubricantes de refrigeración convencionales. Los lubricantes de refrigeración se necesitan para lubricar el compresor de un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. El lubricante debe moverse por todo el aparato con el refrigerante, en particular, debe volver desde las zonas no integradas en el compresor hasta el compresor para seguir funcionando como lubricante y evitar el fallo del compresor.
Los refrigerantes de hidrofluorocarburos no son generalmente compatibles con los lubricantes de refrigeración convencionales tal como los aceites minerales, alquilbencenos, parafinas sintéticas, naftenos sintéticos y poli(alfa)olefinas. Se han propuesto muchos lubricantes de sustitución, sin embargo, los polialquilenglicoles, los ésteres de polioles y los poli(éteres de vinilo), sugeridos para su uso con refrigerantes de hidrofluorocarburos son caros y absorben agua fácilmente. El agua en un sistema de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor puede conducir a corrosión y a formación de partículas que pueden obstruir los tubos capilares y otros pequeños orificios en el sistema causando, finalmente, un fallo del sistema. Además, en los equipos existentes, para cambiar a un nuevo lubricante se requieren mucho tiempo y costosos procedimientos de purga. Por lo tanto, si es posible, es deseable continuar utilizando el lubricante original.
Los compatibilizadores pueden mejorar la solubilidad de los refrigerantes de hidrofluorocarburos en los lubricantes de refrigeración convencionales y, por lo tanto, mejoran el retorno del aceite al compresor.
Los compatibilizadores éteres de polioxialquilenglicol pueden estar representados por la fórmula R1[(OR2)xOR3]y, en donde: x es un número entero de 1-3; y es un número entero de 1-4; R1 se selecciona de hidrógeno y radicales de hidrocarburos alifáticos que tienen 1 a 6 átomos de carbono y sitios de enlace; R2 se selecciona de radicales hidrocarbileno alifáticos que tienen de 2 a 4 átomos de carbono; R3 se selecciona de hidrógeno y radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos que tienen de 1 a 6 átomos de carbono; al menos uno de R1 y R3 es dicho radical de hidrocarburo; y en donde dichos éteres de polioxialquilenglicol tienen un peso molecular de aproximadamente 100 a aproximadamente 300 unidades de masa atómica. Como se usa en el presente documento, sitios de enlace significan sitios de radicales disponibles para formar enlaces covalentes con otros radicales. Los radicales hidrocarbileno significan radicales de hidrocarburos divalentes. Los compatibilizadores de éter de polioxialquilenglicol preferidos están representados por R1[(OR2)xOR3]y: x es preferiblemente 1-2; y es preferiblemente 1; R1 y R3 se seleccionan, preferiblemente, de forma independiente entre hidrógeno y radicales de hidrocarburos alifáticos que tienen 1 a 4 átomos de carbono; R2 se selecciona preferiblemente de radicales hidrocarbileno alifáticos que tienen de 2 o 3 átomos de carbono, lo más preferiblemente 3 átomos de carbono; el peso molecular del éter de polioxialquilenglicol es preferiblemente de 100 a 250 unidades de masa atómica, lo más preferiblemente de 125 a 250 unidades de masa atómica. Los radicales de hidrocarburos R1 y R3 que tienen de 1 a 6 átomos de carbono pueden ser lineales, ramificados o cíclicos. Radicales de hidrocarburos R1 y R3 representativos incluyen metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, sec-butilo, ter-butilo, pentilo, isopentilo, neopentilo, terpentilo, ciclopentilo, y ciclohexilo. Cuando los radicales hidroxilo libres en los presentes compatibilizadores de éter de polioxialquilenglicol pueden ser incompatibles con ciertos materiales de construcción (por ejemplo, Mylar®) del aparato de la refrigeración por compresión, R1 y R3 son, preferiblemente, radicales de hidrocarburos alifáticos que tienen 1 a 4 átomos de carbono, lo más preferiblemente 1 átomo de carbono. Los radicales hidrocarbileno alifáticos R2 que tienen de 2 a 4 átomos de carbono forman radicales oxialquileno, -(OR2)x-, que se repiten, que incluyen radicales oxietileno, radicales oxipropileno y radicales oxibutileno. El radical oxialquileno R2 en una molécula de compatibilizador de éter de polioxialquilenglicol puede ser el mismo, o una molécula puede contener grupos R2 oxialquileno diferentes. Los presentes compatibilizadores de éter de polioxialquilenglicol comprenden, preferiblemente, al menos un radical oxipropileno. Si R1 es un radical hidrocarbonado alifático o alicíclico que tiene de 1 a 6 átomos de carbono e y sitios de enlace, el radical puede ser lineal, ramificado o cíclico. Radicales de hidrocarburos alifáticos R1 representativos que tienen dos sitios de unión incluyen, por ejemplo, un radical etileno, un radical propileno, un radical butileno, un radical pentileno, un radical hexileno, un radical ciclopentileno y un radical ciclohexileno. Radicales de hidrocarburos alifáticos R1 representativos que tienen tres o cuatro sitios de enlace incluyen restos derivados de polialcoholes, tales como trimetilolpropano, glicerina, pentaeritritol, 1,2,3-trihidroxiciclohexano y 1,3,5-trihidroxiciclohexano, mediante la eliminación de sus radicales hidroxilo.
Los compatibilizadores de éteres de polioxialquilenglicol representativos incluyen pero no se limitan a: CHaOCH2CH(CH3)O(H o CHa) (éter metílico (o dimetílico) de propilenglicol), CHaO[CH<2>CH(CHa)O]<2>(H o CHa) (éter metílico (o dimetílico) de dipropilenglicol), CH3O[CH2CH(CH3)O]3(H o CH<3>) (éter metílico (o dimetílico) de tripropilenglicol), C2H5OCH2CH(CH3)O(H o C<2>H<5>) (éter etílico (o dietílico) de propilenglicol), C2HaO[CH2CH(CH3)O]2(H o C<2>H<5>) (éter etílico (o dietílico) de dipropilenglicol), C2HaO[CH2CH(CH3)O]3(H o C<2>H<5>) (éter etílico (o dietílico) de tripropilenglicol), C3H7OCH2CH(CH3)O(H o C<3>H<7>) (éter n-propílico (o di-n-propílico) de propilenglicol), C3H7O[CH2CH(CH3)O]2(H o C<3>H<7>) (éter n-propílico (o di-n-propílico) de dipropilenglicol), C3H7O[CH2CH(CH3)O]3(H o C<3>H<7>) (éter n-propílico (o din-propílico) de tripropilenglicol), C4HgOCH2CH(CH3)OH (éter n-butílico de propilenglicol), C4HgO[CH2CH(CH3)O]2(H o C4Hg) (éter n-butílico (o di-n-butílico) de dipropilenglicol), C4HgO[CH2CH(CH3)O]3(H o C4Hg) (éter n-butílico (o di-n-butílico) de tripropilenglicol), (CH3)3COCH2CH(CH3)OH (éter t-butílico de propilenglicol), (CH3)3Co[CH2CH(CH3)O]2(H o (CH3)3) (éter t-butílico (o di-t-butílico) de dipropilenglicol), (CH3)3CO[CH2CH(CH3)O]3(H o (CH3)3) (éter t-butílico (o di-t-butílico) de tripropilenglicol), C5H11OCH2CH(CH3)OH (éter n-pentílico de propilenglicol), C<4>HgOCH<2>CH(C<2>H<5>)OH (éter n-butílico de butilenglicol), C<4>HgO[CH<2>CH(C<2>H<5>)O]<2>H (éter n-butílico de dibutilenglicol), éter tri-n-butílico de trimetilolpropano (C2H5C(CH2O(CH2)3CH3)3) y éter di-n-butílico de trimetilolpropano (C2H5C(CH2OC(CH2)3CH3)2CH2OH).
Los compatibilizadores de amidas pueden comprender los representados por la fórmulas R1C(O)NR2R3 y ciclo-[R4C(O)N(R5)], en las que R1, R2, R3 y R5 se seleccionan independientemente de radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos que tienen de 1 a 12 átomos de carbono; R4 se selecciona de radicales hidrocarbileno alifáticos que tienen de 3 a 12 átomos de carbono; y en donde dichas amidas tienen un peso molecular de 100 a 300 unidades de masa atómica. El peso molecular de dichas amidas es, preferiblemente, de 160 a 250 unidades de masa atómica. R1, R2, R3 y R5 pueden incluir, opcionalmente, radicales de hidrocarburos sustituidos, es decir, radicales que contienen sustituyentes no hidrocarburos seleccionados de halógenos (p. ej., flúor, cloro) y alcóxidos (p. ej., metoxi). R1, R2, R3 y R5 pueden incluir, opcionalmente, radicales de hidrocarburos sustituidos por heteroátomos, es decir, radicales que contienen átomos de nitrógeno (aza-), oxígeno (oxa-) o de azufre (tia-) en una cadena radical compuesta, por otro lado, de átomos de carbono. En general, no estarán presentes más de tres sustituyentes no hidrocarburos y heteroátomos, y preferiblemente no más de uno, por cada 10 átomos de carbono en R1-3, y la presencia de cualquiera de tales sustituyentes no hidrocarburos y heteroátomos debe ser considerada en la aplicación de las limitaciones antes mencionadas del peso molecular. Los compatibilizadores de amida preferidos consisten en carbono, hidrógeno, nitrógeno y oxígeno. Los radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos R1, R2, R3 y R5 representativos incluyen metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, sec-butilo, terbutilo, pentilo, isopentilo, neopentilo, ter-pentilo, ciclopentilo, ciclohexilo, heptilo, octilo, nonilo, decilo, undecilo, dodecilo y sus isómeros configuracionales. Una realización preferida de compatibilizadores de amida son aquellos en los que R4 en la fórmula ciclo[-R4C(O)N(R5)-] antes mencionada puede ser representada por el radical hidrocarbileno (CR6R7)n, en otras palabras, la fórmula: ciclo[-(CR6R7)nC(O)N(R5)-] en la que: se aplican los valores indicados previamente para peso molecular; n es un número entero de 3 a 5; R5 es un radical de hidrocarburo saturado que contiene 1 a 12 átomos de carbono, R6 y R7 se seleccionan independientemente (para cada n) por las reglas previamente ofrecidas que definen R1-3. En las lactamas representadas por la fórmula: ciclo[-(CR6R7)nC(O)N(R5)-], todos los R6 y R7 son preferiblemente hidrógeno, o contienen un único radical de hidrocarburo saturado entre las n unidades de metileno, y R5 es un radical de hidrocarburo saturado que contiene 3 a 12 átomos de carbono. Por ejemplo, 1 -(radical de hidrocarburo saturado)-5-metilpirrolidin-2-onas.
Los compatibilizadores de amidas representativos incluyen pero no se limitan a: 1 -octilpirrolidin-2-ona, 1-decilpirrolidin-2-ona, 1-octil-5-metilpirrolidin-2-ona, 1-butilcaprolactama, 1 -ciclohexilpirrolidin-2-ona, 1 -butil-5-metilpiperid-2-ona, 1-pentil-5-metilpiperid-2-ona, 1-hexilcaprolactama, 1-hexil-5-metilpirrolidin-2-ona, 5-metil-1-pentilpiperid-2-ona, 1,3-dimetilpiperid-2-ona, 1-metilcaprolactama, 1 -butil-pirrolidin-2-ona, 1,5 dimetilpiperid-2-ona, 1-decil-5-metilpirrolidin-2-ona, 1-dodecilpirrolid-2-ona, N,N-dibutilformamida y N,N-diisopropilacetamida.
Los compatibilizadores de cetonas pueden comprender las cetonas representadas por la fórmula R1C(O)R2, en la que R1 y R2 se seleccionan independientemente de radicales de hidrocarburos alifáticos, alicíclicos y arílicos que tienen de 1 a 12 átomos de carbono, y en donde dichas cetonas tienen un peso molecular de desde 70 a 300 unidades de masa atómica. R1 y R2 en dichas cetonas se seleccionan, preferiblemente, de forma independiente de radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos que tienen de 1 a 9 átomos de carbono. El peso molecular de dichas cetonas es preferiblemente de 100 a 200 unidades de masa atómica. R1 y R2 pueden formar juntos un radical hidrocarbileno conectado y formando una cetona cíclica de anillo de cinco, seis, o siete miembros, por ejemplo, ciclopentanona, ciclohexanona y cicloheptanona. R1 y R2 pueden incluir, opcionalmente, radicales de hidrocarburos sustituidos, es decir, radicales que contienen sustituyentes no hidrocarburos seleccionados de halógenos (p. ej., flúor, cloro) y alcóxidos (p. ej., metoxi). R1 y R2 pueden incluir, opcionalmente, radicales de hidrocarburos sustituidos por heteroátomos, es decir, radicales que con tienen átomos nitrógeno (aza-), oxígeno (ceto-, oxa-) o azufre (tia-) en una cadena compuesta, por otro lado, de átomos de carbono. En general, no estarán presentes más de tres sustituyentes no hidrocarburos y heteroátomos, y preferiblemente no más de uno, por cada 10 átomos de carbono en R1 y R2, y la presencia de cualquiera de tales sustituyentes no hidrocarburos y heteroátomos debe ser considerada en la aplicación de las limitaciones antes mencionadas del peso molecular. Radicales de hidrocarburos alifáticos, alicíclicos y arílicos R1 y R2 representativos en la fórmula general R1C(O)R2 incluyen metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, sec-butilo, ter-butilo, pentilo, isopentilo, neopentilo, ter-pentilo, ciclopentilo, ciclohexilo, heptilo, octilo, nonilo, decilo, undecilo, dodecilo y sus isómeros configuracionales, así como fenilo, bencilo, cumenilo, mesitilo, tolilo, xililo y fenetilo.
Los compatibilizadores de cetonas representativos incluyen pero no se limitan a: 2-butanona, 2-pentanona, acetofenona, butirofenona, hexanofenona, ciclohexanona, cicloheptanona, 2-heptanona, 3-heptanona, 5-metil-2-hexanona, 2-octanona, 3-octanona, diisobutilcetona, 4-etilciclohexanona, 2-nonanona, 5-nonanona, 2-decanona, 4-decanona, 2-decalona, 2-tridecanona, dihexilcetona y diciclohexilcetona.
Los compatibilizadores de nitrilos pueden comprender nitrilos representados por la fórmula R1NC, en donde R1 se selecciona de radicales de hidrocarburos alifáticos, alicíclicos o arílicos que tienen de 5 a 12 átomos de carbono, y en donde dichos nitrilos tienen un peso molecular de 90 a 200 unidades de masa atómica. R1 en dichos compatibilizadores de nitrilo se selecciona, preferiblemente, de radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos que tienen de 8 a 10 átomos de carbono. El peso molecular de dichos compatibilizadores de nitrilo es, preferiblemente, de 120 a 140 unidades de masa atómica. R1 puede incluir, opcionalmente, radicales de hidrocarburos sustituidos, es decir, radicales que contienen sustituyentes no hidrocarburos seleccionados de halógenos (p. ej.,flúor, cloro) y alcóxidos (p. ej., metoxi). R1 puede incluir, opcionalmente, radicales de hidrocarburos sustituidos con heteroátomos, es decir, radicales que contienen átomos de nitrógeno (aza-), oxígeno (ceto-, oxa-) o azufre (tia-) en una cadena radical compuesta, por otro lado, de átomos de carbono. En general, no estarán presentes más de tres sustituyentes no hidrocarbonatos y heteroátomos, y preferiblemente no más de uno, por cada 10 átomos de carbono en R1, y la presencia de cualquiera de tales sustituyentes no hidrocarburos y heteroátomos debe ser considerada en la aplicación de las limitaciones antes mencionadas del peso molecular. Los radicales de hidrocarburos alifáticos, alicíclicos y arílicos R1 representativos en la fórmula general R1CN incluyen pentilo, isopentilo, neopentilo, ter-pentilo, ciclopentilo, ciclohexilo, heptilo, octilo, nonilo, decilo, undecilo, dodecilo y sus isómeros configuracionales, así como fenilo, bencilo, cumenilo, mesitilo, tolilo, xililo y fenetilo.
Los compatibilizadores de nitrilo representativos incluyen pero no se limitan a: 1-cianopentano, 2,2-dimetil-4-cianopentano, 1-cianohexano, 1-cianoheptano, 1-cianooctano, 2-cianooctano, 1-cianononano, 1-cianodecano, 2-cianodecano, 1-cianoundecano y 1-cianododecano.
Los compatibilizadores de clorocarburos pueden comprender clorocarburos representados por la fórmula RCIx, en donde: x se selecciona de los números enteros 1 o 2; R se selecciona de radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos que tienen de 1 a 12 átomos de carbono; y en donde dichos clorocarburos tienen un peso molecular de 100 a 200 unidades de masa atómica. El peso molecular de dichos compatibilizadores de clorocarburos es, preferiblemente, de 120 a 150 unidades de masa atómica. Los radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos R representativos en la fórmula general RCIx incluyen metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, sec-butilo, terbutilo, pentilo, isopentilo, neopentilo, ter-pentilo, ciclopentilo, ciclohexilo, heptilo, octilo, nonilo, decilo, undecilo, dodecilo y sus isómeros configuracionales.
Los compatibilizadores de clorocarburos representativos incluyen pero no se limitan a: 3-(clorometil) pentano, 3-cloro-3-metilpentano, 1-clorohexano, 1,6-diclorohexano, 1-cloroheptano, 1-clorooctano, 1-clorononano, 1-clorodecano y 1,1,1-triclorodecano.
Los compatibilizadores de ésteres pueden comprender ésteres representados por la fórmula general R1CO<2>R2, en donde R1 y R2 se seleccionan independientemente de radicales alquilo y arilo, saturados e insaturados, lineales y cíclicos. Los esteres preferidos constan, esencialmente, de los elementos C, H y O, teniendo un peso molecular de 80 a 550 unidades de masa atómica.
Ésteres representativos incluyen pero no se limitan a: (CH3)2CHCH2OOC(CH2)2-4OCOCH2CH(CH3)2 (éster diisobutílico dibásico), hexanoato de etilo, heptanoato de etilo, propionato de n-butilo, propionato de n-propilo, benzoato de etilo, ftalato de di-n-propilo, éster etoxietílico de ácido benzoico, carbonato de dipropilo, "Exxate 700" (un acetato comercial de alquilo C<7>),"Exxate 800" (un acetato comercial de alquilo Cs), ftalato de dibutilo y acetato de ter-butilo.
Los compatibilizadores de lactona pueden comprender lactonas representadas por las estructuras [A], [B] y [C]:
Estas lactonas contienen el grupo funcional -CO<2>- en un anillo de seis (A), o preferiblemente cinco átomos (B), en donde para las estructuras de [A] y [B], R<1>a Rs se seleccionan independientemente de hidrógeno o radicales hidrocarbilo lineales, ramificados, cíclicos, bicíclicos, saturados e insaturados. Cada R<1>a Rs pueden estar conectados formando un anillo con otro R1 a Rs. La lactona puede tener un grupo alquilideno exocíclico como en la estructura [C], en la que R<1>a R6 se seleccionan independientemente de hidrógeno o radicales hidrocarbilo lineales, ramificados, cíclicos, bicíclicos, saturados e insaturados. Cada R<1>a R6 pueden estar conectados formando un anillo con otro R1 a R6. Los compatibilizadores de lactona tienen un intervalo de peso molecular de 80 a 300 unidades de masa atómica, preferido de 80 a 200 unidades de masa atómica.
Los compatibilizadores de lactona representativos incluyen pero no se limitan a los compuestos enumerados en la Tabla 8.
Tabla 8
Los compatibilizadores de lactona generalmente tienen una viscosidad cinemática de menos que aproximadamente 7-10-6 m2-s-1 (7 centistokes) a 40°C. Por ejemplo, gamma-undecalactona tiene una viscosidad cinemática de 5,4-10-6 m2-s-1 (5,4 centistokes) y cis-(3-hexil-5-metil)dihidrofuran-2-ona tiene una viscosidad de 4,5-10-6 m2-s-1 (4,5 centistokes) ambas a 40°C. Los compatibilizadores de lactona pueden estar disponibles comercialmente o preparados por procedimientos como se describe en la solicitud de patente de EE.UU. 10/910.495 presentada el 3 de agosto de 2004.
Los compatibilizadores de éteres de arilo pueden comprender además éteres de arilo representados por la fórmula R1OR2, en la que: R1 se selecciona de radicales de hidrocarburos de arilo que tienen de 6 a 12 átomos de carbono; R2 se selecciona de radicales de hidrocarburos alifáticos que tienen de 1 a 4 átomos de carbono; y en donde dichos éteres de arilo tienen un peso de molecular desde 100 a 150 unidades de masa atómica. Radicales arilo R1 representativos en la fórmula general R1OR2 incluyen fenilo, bifenilo, cumenilo, mesitilo, tolilo, xililo, naftilo y piridilo. Los radicales hidrocarburos alifáticos R2 representativos en la fórmula general R1OR2 incluyen metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, sec-butilo y ter-butilo. Los compatibilizadores de éteres aromáticos representativos incluyen pero no se limitan a: metilfeniléter (anisol), 1,3-dimetiloxibenceno, etilfeniléter y butilfeniléter.
Los compatibilizadores de fluoroéteres pueden comprender los representados por la fórmula general R1OCF<2>CF<2>H, en donde R1 se selecciona de radicales de hidrocarburos alifáticos, alicíclicos y aromáticos que tienen desde 5 a 15 átomos de carbono, preferiblemente radicales alquilo primarios, lineales, saturados. Compatibilizadores de fluoroéteres representativos incluyen pero no se limitan a: C<8>H<17>OCF<2>CF<2>H y C<6>H<13>OCF<2>CF<2>H. Debe señalarse que si el refrigerante es un fluoroéter, entonces el compatibilizador puede no ser el mismo fluoroéter.
Los compatibilizadores de fluoroéteres pueden comprender además éteres derivados de fluoroolefinas y polioles. Las fluoroolefinas pueden ser del tipo CF<2>=CXY, en donde X es hidrógeno, cloro o flúor, e Y es cloro, flúor, CF<3>o ORf, en donde Rf es CF<3>, C<2>F<5>, o C<3>F<7>. Fluoroolefinas representativas son tetrafluoroetileno, clorotrifluoroetileno, hexafluoropropileno y perfluorometilviniléter. Los polioles pueden ser lineales o ramificados. Los polioles lineales pueden ser del tipo HOCH<2>(CHOH)x(CRR’)yCH<2>OH, en donde R y R’ son hidrógeno, o CH<3>, o C<2>H<5>y en donde x es un número entero de 0-4, e y es un número entero de 0-4. Los polioles ramificados pueden ser del tipo C(OH)t(R)u(CH<2>OH)v[(CH<2>)mCH<2>OH]w, en donde R puede ser hidrógeno, CH<3>o C<2>H<5>, m puede ser un número entero de 0 a 3, t y u pueden ser 0 o 1, v y w son números enteros de 0 a 4, y también en donde t u v w = 4. Los polioles representativos se trimetilolpropano, pentaeritritol, butanodiol y etilenglicol.
Los compatibilizadores de 1,1,1-trifluoroalcanos pueden comprender 1,1,1-trifluoroalcanos representados por la fórmula general CF<3>R<1>, en la que R1 se selecciona de radicales de hidrocarburos alifáticos y alicíclicos que tienen de 5 a 15 átomos de carbono, preferentemente radicales alquilo primarios, lineales, saturados. Los compatibilizadores de 1,1,1-trifluoroalcano representativos incluyen pero no se limitan a: 1,1,1-trifluorohexano y 1,1,1-trifluorododecano.
Por cantidad eficaz de compatibilizador se entiende la cantidad de compatibilizador que conduce a una eficiente solubilización del lubricante en la composición y, por lo tanto, proporciona un adecuado retorno del aceite para optimizar el funcionamiento del aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor.
Las composiciones de la presente invención contendrán, típicamente, del 0,1 al 40 por ciento en peso, preferiblemente del 0,2 al 20 por ciento en peso, y más preferiblemente del 0,3 al 10 por ciento en peso de compatibilizador en las composiciones de la presente invención.
En este documento se describe además un procedimiento de solubilización de una composición de refrigerante o de un fluido de transferencia de calor que comprende las composiciones de la presente invención en un lubricante de refrigeración seleccionado del grupo que consiste en aceites minerales, alquilbencenos, parafinas sintéticas, naftenos sintéticos y poli(alfa)olefinas, en donde dicho procedimiento comprende poner en contacto dicho lubricante con dicha composición en presencia de una cantidad eficaz de un compatibilizador, en donde dicho compatibilizador se selecciona del grupo que consiste en éteres de polioxialquilenglicol, amidas, nitrilos, cetonas, clorocarburos, ésteres, lactonas, éteres de arilo, fluoroéteres y 1,1,1-trifluoroalcanos.
En este documento se describe además un procedimiento para mejorar el retorno del aceite al compresor en un aparato de la refrigeración por compresión, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor, comprendiendo dicho procedimiento el uso de una composición que comprende un compatibilizador en dicho aparato.
Las composiciones de la presente invención pueden comprender además un colorante ultravioleta (UV) y, opcionalmente, un agente solubilizante. El colorante UV es un componente útil para la detección de fugas de la composición al permitir que se observe la fluorescencia del colorante de la composición en un punto de fuga o en las proximidades del aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. Puede observarse la fluorescencia del colorante bajo una luz ultravioleta. Pueden ser necesarios agentes solubilizantes debido a la pobre solubilidad de tales colorantes UV en algunas composiciones.
Por colorante "ultravioleta" se entiende una composición fluorescente UV que absorbe la luz en la región ultravioleta o ultravioleta "cercana" del espectro electromagnético. Puede detectarse la fluorescencia producida por el colorante fluorescente UV bajo iluminación por una luz UV que emite radiación con una longitud de onda en cualquier lugar desde 10 nanómetros a 750 nanómetros. Por lo tanto, si existe una fuga de una composición que contenga un colorante fluorescente UV de este tipo por un punto dado del aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor, la fluorescencia se puede detectar en el punto de la fuga. Los colorantes fluorescentes UV de este tipo incluyen pero no se limitan a naftalimidas, perilenos, cumarinas, antracenos, fenantrenos, xantenos, tioxantenos, naftoxantenos, fluoresceínas y derivados o combinaciones de los mismos.
Los agentes solubilizantes pueden comprender al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en hidrocarburos, éteres de hidrocarburos, éteres de polioxialquilenglicol, amidas, nitrilos, cetonas, clorocarburos, ésteres, lactonas, éteres de arilo, fluoroéteres y 1,1,1-trifluoroalcanos. Los agentes solubilizantes éteres de polioxialquilenglicol, amidas, nitrilos, cetonas, clorocarburos, ésteres, lactonas, éteres de arilo, fluoroéteres y 1,1,1-trifluoroalcanos se han definido previamente en el presente documento de ser compatibilizadores para uso con lubricantes de refrigeración convencionales.
Los agentes solubilizantes de hidrocarburos pueden comprender hidrocarburos que incluyen alcanos o alquenos de cadena lineal, de cadena ramificada o cíclicos que contienen 5 o menos átomos de carbono y solo hidrógeno con ningún otro grupo funcional. Agentes solubilizantes de hidrocarburos representativos comprenden propano, propileno, ciclopropano, n-butano, isobutano, 2-metilbutano y n-pentano. Debe señalarse que si la composición contiene un hidrocarburo, entonces el agente solubilizante puede no ser el mismo hidrocarburo.
Los agentes solubilizantes éteres de hidrocarburos pueden comprender éteres que contienen sólo carbono, hidrógeno y oxígeno, tal como dimetiléter (DME).
Los agentes solubilizantes puede estar presentes como un solo compuesto, o pueden estar presentes como una mezcla de más de un agente solubilizante. Las mezclas de agentes solubilizantes pueden contener dos agentes solubilizantes de la misma clase de compuestos, digamos dos lactonas, o dos agentes solubilizantes de dos clases diferentes, tal como una lactona y un éter de polioxialquilenglicol.
En las presentes composiciones que comprenden refrigerante y colorante fluorescente UV, o que comprenden fluido de transferencia de calor y colorante fluorescente UV, desde el 0,001 por ciento en peso hasta el 1,0 por ciento en peso de la composición es colorante UV, preferiblemente desde el 0,005 por ciento en peso hasta el 0,5 por ciento en peso, y más preferiblemente desde 0,01 por ciento en peso hasta aproximadamente el 0,25 por ciento en peso. Agentes solubilizantes tales como cetonas pueden tener un olor desagradable, que puede enmascararse por la adición de un agente o fragancia que enmascara el olor. Ejemplos típicos de agentes o fragancias que enmascaran el olor pueden incluir Evergreen, Limón Fresco, Cerezas, Canela, Hierbabuena, Floral o Cáscara de Naranja todos disponibles comercialmente, así como d-limoneno y pineno. Tales agentes enmascarantes del olor se pueden utilizar en concentraciones desde el 0,001% a como mucho el 15% en peso basado en el peso combinado de agente enmascarante del olor y agente solubilizante.
La solubilidad de estos colorantes fluorescentes UV en las composiciones de la presente invención puede ser pobre. Por lo tanto, los procedimientos para introducir estos colorantes en el aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor han sido incómodos, costosos y requieren mucho tiempo. La patente de EE.UU. n° RE 36.951 describe un procedimiento, que utiliza un colorante en polvo, gránulos sólidos o suspensión de colorante que puede ser insertado en un componente del aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. A medida que el refrigerante y el lubricante se hacen circular a través del aparato, el colorante se disuelve o dispersa y se lleva por todo el aparato. En la bibliografía se describen otros numerosos procedimientos para introducir el colorante en un aparato de refrigeración o acondicionamiento de aire.
Idealmente, el colorante fluorescente UV podría ser disuelto en el propio refrigerante sin requerir por ello de ningún procedimiento especializado para la introducción en el aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. La presente invención se refiere a composiciones que incluyen colorante fluorescente UV, que se puede introducir en el sistema como una solución en el refrigerante. Las composiciones inventivas permitirán el almacenamiento y transporte de composiciones que contienen colorante incluso a bajas temperaturas mientras se mantiene el colorante en solución.
En las presentes composiciones que comprenden refrigerante, el colorante fluorescente UV y el agente solubilizante, o que comprenden fluido de transferencia de calor y colorante fluorescente UV y agente solubilizante, desde el 1 al 50 por ciento en peso, preferiblemente desde el 2 al 25 ciento en peso, y lo más preferiblemente desde el 5 al 15 por ciento en peso de la composición combinada es agente solubilizante. En las composiciones de la presente invención, el colorante fluorescente UV está presente en una concentración del 0,001 por ciento en peso hasta el 1,0 por ciento en peso, preferiblemente desde el 0,005 por ciento en peso hasta el 0,5 por ciento en peso, y lo más preferiblemente desde el 0,01 por ciento en peso hasta el 0,25 por ciento en peso.
En este documento se describe además un procedimiento de usar las composiciones que comprende además colorante fluorescente ultravioleta, y, opcionalmente, agente solubilizante, en un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. El procedimiento comprende introducir la composición en el aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. Esto puede hacerse disolviendo el colorante fluorescente UV en la composición en presencia de un agente solubilizante e introduciendo la combinación en el aparato. Alternativamente, esto se puede hacer combinando el agente de solubilización y el colorante fluorescente UV e introduciendo dicha combinación en el aparato de refrigeración o de acondicionamiento de aire que contiene refrigerante y/o fluido de transferencia de calor. La composición resultante se puede usar en el aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor.
La presente invención se refiere además a un procedimiento de usar las composiciones que comprenden colorante fluorescente ultravioleta para detectar fugas. La presencia del colorante en las composiciones permite la detección de una fuga de refrigerante en un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor. La detección de fugas ayuda a abordar, resolver o evitar el funcionamiento ineficiente del aparato o del sistema o el fallo del equipo. La detección de fugas también ayuda a que se retengan los productos químicos utilizados en el funcionamiento del aparato.
El procedimiento comprende proporcionar la composición que comprende refrigerante, colorante fluorescente ultra violeta, tal como se describió en el presente documento y, opcionalmente, un agente solubilizante como se describió en el presente documento, a un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor y emplear un medio adecuado para detectar el refrigerante que contiene colorante fluorescente en el UV. Medios adecuados para detectar el colorante incluyen pero no se limitan a lámparas ultravioleta, a menudo denominadas "luz negra" o "luz azul". Tales lámparas ultravioletas están disponibles comercialmente de numerosas fuentes específicamente diseñadas para este propósito. Una vez que se ha introducido en el aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor la composición que contiene el colorante fluorescente ultra-violeta, y se ha dejado circular a través de todo el sistema, se puede encontrar una fuga por el resplandor producido por dicha lámpara ultra-violeta en el aparato y la observación de la fluorescencia del colorante en las proximidades de cualquier punto de fuga.
La presente invención se refiere además a un procedimiento para sustituir un refrigerante de alto PCG en un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor, en el que dicho refrigerante de alto PCG se selecciona del grupo que consiste en R134a, R22, R245fa, R114, R236fa, R124, R410A, R407C, R417A, R422A, R507A y R404A, comprendiendo dicho procedimiento proporcionar una composición de la presente invención a dicho aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor que utiliza, utilizó o está diseñado para utilizar dicho refrigerante con alto PCG.
Los sistemas de la refrigeración por compresión de vapor, acondicionamiento de aire o bomba de calor incluyen un evaporador, un compresor, un condensador y un dispositivo de expansión. Un ciclo de compresión de vapor reutiliza refrigerante en múltiples etapas produciendo un efecto de enfriamiento en una etapa y un efecto de calentamiento en una etapa diferente. El ciclo se puede describir de una forma sencilla como sigue. El refrigerante líquido entra en un evaporador a través de un dispositivo de expansión, y el refrigerante líquido hierve en el evaporador a una baja temperatura para formar un gas y producir enfriamiento. El gas a baja presión entra en un compresor donde el gas es comprimido hasta alcanzar su presión y temperatura. El refrigerante gaseoso a mayor presión (comprimido) entra entonces en el condensador en el que el refrigerante se condensa y descarga su calor al ambiente. El refrigerante vuelve al dispositivo de expansión a través del cual el líquido se expande desde el nivel de mayor presión en el condensador hasta el nivel de baja presión en el evaporador, repitiéndose así el ciclo.
Como se utiliza en el presente documento, aparato móvil de refrigeración o aparato móvil de acondicionamiento de aire se refiere a cualquier aparato de refrigeración o de acondicionamiento de aire incorporado en una unidad de transporte por carretera, ferrocarril, mar o aire. Además, se incluyen en la presente invención los aparatos que se supone que proporcionan refrigeración o acondicionamiento de aire a un sistema independiente con cualquier soporte móvil, conocidos como sistemas “intermodales”. Tales sistemas intermodales incluyen "contenedores" (transporte combinado marítimo/terrestre) así como "cajas móviles" (transporte combinado por carretera y ferrocarril). La presente invención es particularmente útil para un aparato de refrigeración o de acondicionamiento de aire para el transporte por carretera, tal como un aparato de acondicionamiento de aire de un automóvil o de un equipo de transporte por carretera refrigerado.
La presente invención se refiere además a un procedimiento para producir enfriamiento que comprende evaporar las composiciones de la presente invención en las proximidades de un cuerpo que ha de ser enfriado, y después de ello condensar dichas composiciones.
La presente invención se refiere además a un procedimiento para producir calor que comprende condensar las composiciones de la presente invención en las proximidades de un cuerpo que ha de ser calentado, y después de ello evaporar dichas composiciones.
La presente invención se refiere además a un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor que contiene una composición de la presente invención, tal como un aparato móvil de acondicionamiento de aire que contiene una composición de la presente invención.
En este documento se describe además un procedimiento para la detección temprana de una fuga de refrigerante en un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor comprendiendo dicho procedimiento la utilización de una composición no azeotrópica en dicho aparato, y el seguimiento de una disminución del rendimiento del enfriamiento. Las composiciones no azeotrópicas se fraccionarán en la fuga de un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor, y el componente de menor temperatura de ebullición (mayor presión de vapor) saldrá del aparato en primer lugar. Cuando esto sucede, si el componente de menor temperatura de ebullición en esa composición proporciona la mayoría de la capacidad de refrigeración, habrá una marcada disminución de la capacidad y, por ello, del rendimiento del aparato. En un sistema de acondicionamiento de aire de un automóvil, como ejemplo, los pasajeros en el automóvil detectarán una disminución en la capacidad de enfriar del sistema. Esta disminución de la capacidad de enfriar puede interpretarse de indicar que se está perdiendo refrigerante y que el sistema necesita ser reparado.
En este documento se describe además un procedimiento de usar las composiciones de la presente invención como una composición de fluido de transferencia de calor, comprendiendo dicho proceso el transporte de dicha composición desde una fuente de calor hasta un disipador de calor.
Los fluidos de transferencia de calor se utilizan para transferir, mover o eliminar calor de un espacio, lugar, objeto o cuerpo hasta un espacio, lugar, objeto o cuerpo diferente por radiación, conducción o convección. Un fluido de transferencia de calor puede funcionar como un refrigerante secundario proporcionando medios de transferencia para el enfriamiento (o calentamiento) desde un sistema de refrigeración (o calentamiento) remoto. En algunos sistemas, el fluido de transferencia de calor puede permanecer en un estado constante durante todo el proceso de transferencia (es decir, sin evaporarse ni condensar). Alternativamente, los procesos de enfriamiento por evaporación pueden utilizar también fluidos de transferencia de calor.
Una fuente de calor se puede definir como cualquier espacio, lugar, objeto o cuerpo del que se desea transferir, mover o eliminar el calor. Ejemplos de fuentes de calor pueden ser espacios (abiertos o cerrados) que requieren refrigeración o enfriamiento, tal como los ejemplos de frigoríficos o congeladores en un supermercado, edificios que requieren el acondicionamiento de aire o el compartimento de pasajeros de un automóvil que requiere acondicionamiento del aire. Un disipador de calor se puede definir como cualquier espacio, lugar, objeto o cuerpo capaz de absorber calor. Un sistema de refrigeración por compresión de vapor es un ejemplo de un disipador de calor de este tipo.
Ejemplos
Ejemplo 1
Impacto de la fuga de vapor
Un recipiente se carga con una composición inicial, a una temperatura de -25°C o, si se especifica, a 25°C, y se mide la presión de vapor inicial de la composición. Se deja que la composición se fugue del recipiente, mientras la temperatura se mantiene constante, hasta que se elimina el 50 por ciento en peso de la composición inicial, en cuyo momento se mide la presión de vapor de la composición que permanece en el recipiente. Los resultados se muestran en la Tabla 9.
Tabla 9
% en peso de la P. inicial P. inicial Después de Después de AP composición 50% de fuga 50% de fuga
(psia) (kPa) (psia) (kPa) (%) HFC-1234yf/HFC-152a
91,0/9,0 17,9 123 17,9 123 0,0% 99/1 17,9 123 17,8 123 0,1% 60/40 17,4 120 17,2 119 0,7% 40/60 16,6 115 16,4 113 1,6% 20/80 15,7 108 15,4 106 2,0% 10/90 15,1 104 14,9 103 1,5% 1/99 14,6 100 14,5 100 0,2% % en peso de la P. inicial P. inicial Después de Después deAP50% de fuga 50% de fuga
composición (psia) (kPa) (psia) (kPa)<(%)>HFC-1225ye/HFC-1234yf/HFC-152a (25 °C)
70/25/5 85,1 587 83,4 575 2,0% 25/70/5 95,4 658 94,9 654 0,5%
La diferencia de presión de vapor entre la composición original y la composición que queda después de eliminar el 50 por ciento en peso es menor que aproximadamente el 10 por ciento para composiciones de la presente invención. Esto indica que las composiciones de la presente invención serían azeotrópicas o casi azeotrópicas. Ejemplo 2
Datos del comportamiento en refrigeración
La Tabla 10 muestra el comportamiento de varias composiciones refrigerantes de la presente invención en comparación con HFC-134a. En la Tabla 10, Pres. Evap. es la presión del evaporador, Pres. Cond. es la presión del condensador, T. Desc. Comp. es la temperatura de descarga del compresor, COP es la eficiencia energética, y CAP es capacidad. Los datos se basan en las siguientes condiciones.
Temperatura del evaporador 40,0°F (4,4°C)
Temperatura del condensador 130,0°F (54,4°C)
Temperatura de subenfriamiento 10,0°F (5,5°C)
Temperatura del gas de retorno 60,0°F (15,6°C)
La eficiencia del compresor es 100%
Téngase en cuenta que el sobrecalentamiento está incluido en los cálculos de la capacidad de enfriamiento.
Tabla 10
Las composiciones tienen menores presiones y temperaturas de descarga que HFC-134a. La capacidad de las presentes composiciones es también similar a R134a indicando que éstas podrían ser refrigerantes de sustitución de R134a en refrigeración y acondicionamiento de aire, y en aplicaciones móviles de acondicionamiento de aire en particular.
Claims (15)
1. Una composición que comprende HFC-1234yf y HFC-152a.
2. La composición de la reivindicación 1, que comprende del 1 al 99 por ciento en peso de HFC-1234yf y del 99 al 1 por ciento en peso de HFC-152a.
3. La composición de la reivindicación 1 o 2, que comprende del 40 al 99 por ciento en peso de HFC-1234yf y del 60 al 1 por ciento en peso de HFC-152a, preferiblemente del 40 al 80 por ciento en peso de HFC-1234yf y del 60 al 20 por ciento en peso de HFC-152a, o del 80 al 99 por ciento en peso de HFC-1234yf y del 1 al 20 por ciento en peso de HFC-152a.
4. La composición de la reivindicación 1, 2 o 3, que comprende el 80 por ciento en peso de HFC-1234yf y el 20 por ciento en peso de HFC-152a.
5. La composición de la reivindicación 1, 2 o 3, que comprende el 91,0 por ciento en peso de HFC-1234yf y el 9,0 por ciento en peso de HFC-152a.
6. La composición de la reivindicación 5, que es una composición azeotrópica a -25°C.
7. La composición de la reivindicación 1, que comprende
del 1 al 98 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 0,1 al 98 por ciento en peso de HFC-152a y del 1 al 98 por ciento en peso de HFC-1225ye, preferiblemente del 10 al 90 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 0,1 al 50 por ciento en peso de HFC-152a y del 10 al 90 por ciento en peso de HFC-1225ye, más preferiblemente el 25 por ciento en peso de HFC-1234yf, el 5 por ciento en peso de HFC-152a y el 70 por ciento en peso de HFC-1225ye o el 70 por ciento en peso de HFC-1234yf, el 5 por ciento en peso de HFC-152a y el 25 por ciento en peso de HFC-1225ye;
del 1 al 98 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 1 al 98 por ciento en peso de HFC-152a y del 1 al 30 por ciento en peso de n-butano, preferiblemente del 10 al 80 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 10 al 80 por ciento en peso de HFC-152a y del 1 al 20 por ciento en peso de n-butano, más preferiblemente el 86,6 por ciento en peso de HFC-1234yf, el 10,8 por ciento en peso de HFC-152a y el 2,7 por ciento en peso de n-butano;
del 1 al 98 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 1 al 90 por ciento en peso de HFC-152a y del 1 al 40 por ciento en peso de isobutano, preferiblemente del 10 al 80 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 10 al 80 por ciento en peso de HFC-152a y del 1 al 20 por ciento en peso de isobutano, más preferiblemente el 75,3 por ciento en peso de HFC-1234yf, el 11,8 por ciento en peso de HFC-152a y el 12,9 por ciento en peso de isobutano; o
del 1 al 70 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 1 al 98 por ciento en peso de HFC-152a y del 1 al 98 por ciento en peso de DME, preferiblemente del 10 al 70 por ciento en peso de HFC-1234yf, del 10 al 80 por ciento en peso de HFC-152a y del 1 al 20 por ciento en peso de DME, más preferiblemente el 24,6 por ciento en peso de HFC-1234yf, el 43,3 por ciento en peso de HFC-152a y el 32,1 por ciento en peso de DME.
8. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que comprende además un lubricante seleccionado del grupo que consiste en ásteres de poliol, polialquilenglicoles, poli(éteres de vinilo), aceites minerales, parafinas sintéticas, naftenos sintéticos, y poli(alfa)olefinas.
9. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende un trazador seleccionado del grupo que consiste en hidrofluorocarburos, hidrocarburos deuterados, hidrofluorocarburos deuterados, perfluorocarburos, fluoroéteres, compuestos bromados, compuestos yodados, alcoholes, aldehidos, cetonas, óxido nitroso (N<2>O) y combinaciones de los mismos.
10. La composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende además al menos un colorante fluorescente ultravioleta seleccionado del grupo que consiste en naftalimidas, perilenos, cumarinas, antracenos, fenantracenos, xantenos, tioxantenos, naftoxantenos, fluoresceinas, derivados de dicho colorante y combinaciones de los mismos.
11. Un procedimiento de producción de enfriamiento, comprendiendo el procedimiento: evaporar la composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en las proximidades de un cuerpo que ha de ser enfriado y, después, condensar la composición.
12. Un procedimiento para producir calefacción, comprendiendo el procedimiento: condensar la composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 en las proximidades de un cuerpo que ha de ser calentado y, después, evaporar la composición.
13. Un procedimiento para detectar la composición de la reivindicación 10 en un aparato de refrigeración por compresión o de acondicionamiento de aire, comprendiendo el procedimiento proporcionar la composición al aparato, y proporcionar un medio adecuado para la detección de la composición en un punto de fuga o en las proximidades del aparato.
14. Un procedimiento para sustituir un refrigerante de alto PCG en un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor, en el que el refrigerante de alto PCG se selecciona del grupo que consiste en R134a, R22, R123, R11, R245fa, R114, R236fa, R124, R12 , R410A, R407C, R417A, R422A, R507A, R502 y R404A, comprendiendo el procedimiento proporcionar la composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 al aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor que utiliza, utilizó o está diseñado para utilizar el refrigerante con algo PCG.
15. Un aparato de refrigeración, de acondicionamiento de aire o de bomba de calor que contiene la composición de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
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