Procesos Industriales y Refrigeración Industrial: Soluciones eutécticas y Refrigerantes secundarios

Soluciones eutécticas

La información incluida a continuación puede servir de guía al usuario para la selección de las salmueras y el conocimiento de las propiedades de las salmueras comúnmente utilizadas.

A temperaturas superiores a 0 ºC, el agua es el medio de transferencia más comúnmente utilizado para transportar la carga de refrigeración hasta un evaporador. A temperaturas inferiores a 0 ºC se utilizan las salmueras. Estas pueden ser:

Una solución acuosa de sales inorgánicas, por ejemplo, cloruro de sodio o cloruro de calcio, es decir para bajas temperaturas se puede utilizar una mezcla eutéctica.

Una solución acuosa de compuestos orgánicos, por ejemplo, alcoholes o glicoles; ejemplos las mezclas de agua y etanol o agua y metanol, el etilenglicol y el propilenglicol.

Hidrocarburos halocarburosclorados o fluorados.

Una solución de cualquier sal en agua, o en general cualquier solución, tiene un cierta concentración en la que el punto de congelación es un mínimo. Una solución de esta concentración se llama mezcla eutéctica. La temperatura a que se congela es la temperatura eutéctica. Una solución en cualquier otra concentración comienza a congelarse a temperaturas más altas.

Cuando la temperatura de una salmuera cuya concentración es inferior a la eutéctica desciende por debajo del punto de congelación, se forman cristales de hielo y la concentración de la solución residual aumenta hasta alcanzar la temperatura eutéctica. Por debajo de esta temperatura la solución se solidifica formando una mezcla de hielo y solución eutéctica solidificada.

Cuando la temperatura de una salmuera con concentración superior a la eutéctica desciende por debajo del punto de congelación, se depositan cristales del cuerpo disuelto y la concentración disminuye hasta que, a la temperatura eutéctica, la solución restante alcanza la concentración eutéctica. Por debajo de esta temperatura una mezcla da sal y solución eutéctica solidificada.

Selección de una salmuera

La selección de una salmuera está basada en la consideración de los siguientes factores:

1. Punto de congelación. La salmuera debe ser adecuada para el funcionamiento a la temperatura más baja.

2. Aplicación. Cuando se emplea un sistema de canalización abierta, habrá que verificar la posibilidad de contaminación del producto por la salmuera.

3. Coste. La carga inicial y la cantidad necesarias por producto para la reposición o relleno son factores que intervienen en la determinación de los costes.

4. Seguridad. Toxicidad e inflamabilidad de la salmuera.

5. Comportamiento térmico. La viscosidad, el peso específico, el calor específico y la conductividad se utilizan para determinar el comportamiento térmico.

6. Adecuabilidad. La canalización y el material de equipo del sistema requieren una salmuera estable y relativamente exenta de propiedades corrosivas.

7. Reglamentación. La salmuera no debe ser recusable por la reglamentación o disposición de carácter general, ordenanzas locales y compañías de seguros.

Las salmueras que más se utilizan son soluciones acuosas de cloruro de calcio y de cloruro de sodio. Aunque éstas tienen la ventaja de que su coste es bajo, tienen el inconveniente de ser corrosivas. Para evitar la corrosión se puede añadir un inhibidor satisfactorio y económico. El hidróxido de sodio se añade para que la salmuera sea ligeramente alcalina.

El cloruro de sodio es más barato que la salmuera de cloruro de calcio, pero no se puede utilizar por debajo de su punto eutéctico de –21 ºC. Es preferible cuando no sea admisible el contacto con la salmuera de cloruro de calcio, por ejemplo, en productos alimenticios no herméticamente cerrado. El uso de cloruro de calcio de grado comercial, no es satisfactorio a temperaturas inferiores a –40 ºC.

Los sistemas que utilizan soluciones acuosas alcohol o glicol son más susceptibles a fugas que aquellos en que se utilizan sales. Una desventaja del alcohol es su inflamabilidad. Se le utiliza principalmente en proceso industriales en que ya existen riesgos análogos, y en el mismo margen de temperaturas que las sales (hasta –40 ºC). La toxicidad de la mezcla de agua y metanol (alcohol de madera) es un inconveniente. Por el contrario, la no toxicidad de la solución de agua y etanol (alcohol) es una ventaja.

Los inhibidores de corrosión deben utilizarse con salmueras del tipo de alcohol de acuerdo con las recomendaciones del fabricante del alcohol.

Las soluciones acuosas de glicol se utilizan principalmente en aplicaciones comerciales y no en los procesos industriales. El etilenglicol y el propilenglicol tienen igual corrosividad, la cual puede ser neutralizada por un inhibidor. Las superficies galvanizadas son particularmente propensas a ser atacadas por los glicoles, por lo que no se las debe utilizar.

Para la reposición de salmueras de glicol son recomendables los inhibidores y el agua potable. Deberá ser consultado al fabricante del glicol en cuanto al uso del inhibidor. Algunos fabricantes tienen un servicio de análisis de muestras de salmueras para facilitar el mantenimiento de condiciones satisfactorias de la salmuera en el sistema. Existen glicoles destinados a la transferencia de calor con inhibidores no aceitosos que no disminuyen las propiedades de transferencia (nitruro de sodio o boro).

Se puede utilizar los glicoles como medios de transferencia de calor a temperaturas relativamente altas. Con estabilizadores, la oxidación del glicol en el aire a altas temperaturas es eliminada para todos los fines prácticos.

El etilenglicol es más tóxico que el propilenglicol, pero menos que el agua de metanol. El propilenglicol es preferible al etilenglicol en la congelación de alimentos, por ejemplo.

Los hidrocarburos clorados y fluorados son caros y se utiliza en servicios de muy baja temperatura (inferiores a –40 ºC).

Temperatura Vs Conductividad térmica de la salmuera