Líquidos
Contenido
El agua es el refrigerante más común dada su alta capacidad calorífica y su bajo costo. Por lo general, se usa con aditivos, como inhibidores de corrosión y anticongelantes (generalmente etilenglicol, dietilenglicol o propilenglicol). Un anticongelante se usa cuando el refrigerante a base de agua tiene que soportar temperaturas por debajo de 0 °C (32 °F; 273 K), o cuando se deba elevar su punto de ebullición. La betaína es un refrigerante similar, con la excepción de que está hecho de jugo de plantas puro, que no es tóxico ni difícil de desechar ecológicamente.
El polialquilenglicol (PAG) se utiliza como fluidos de transferencia de calor térmicamente estables y de alta temperatura que exhiben una fuerte resistencia a la oxidación. Los PAG modernos también pueden ser no tóxicos y no peligrosos.[1].
El fluido de corte es un refrigerante que también sirve como lubricante para máquinas herramienta de conformado de metales.
Los aceites se utilizan a menudo para aplicaciones en las que el agua no es adecuada. Con puntos de ebullición más altos que el agua, los aceites pueden elevarse a temperaturas considerablemente más altas por encima de los 100 °C (212 °F; 373 K), sin introducir altas presiones dentro del recipiente o sistema de circuito en cuestión.[2] Muchos aceites tienen usos que abarcan transferencia de calor, lubricación, transferencia de presión (fluidos hidráulicos), a veces incluso combustible, o varias funciones similares a la vez.
Los combustibles se utilizan con frecuencia como refrigerantes para motores. Un combustible frío fluye sobre algunas partes del motor, absorbiendo su calor residual y precalentándose antes de la combustión. El queroseno y otros combustibles para aviones cumplen con frecuencia 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 de alrededor de 370 °C (698 °F; 643 K), la tecnología de enfriamiento resiste la ebullición. El líquido también previene la corrosión.[3].
Los freones se usaban con frecuencia para la refrigeración por inmersión.
Sales y metales fundidos
Las aleaciones fusibles líquidas se pueden usar como refrigerantes en aplicaciones donde se requiere estabilidad a alta temperatura, por ejemplo, algunos reactores nucleares reproductores rápidos. Se utilizan con frecuencia sodio (en reactores rápidos refrigerados por sodio) o aleación sodio-potasio NaK; en casos especiales se puede emplear litio. Otro metal líquido utilizado como refrigerante es el plomo, por ejemplo, en reactores rápidos enfriados por plomo o una aleación de plomo y bismuto. Algunos de los primeros reactores de neutrones rápidos usaban mercurio "Mercurio (elemento)").
Para ciertas aplicaciones, los vástagos de las válvulas de asiento automotrices pueden ser huecos y estar llenos de sodio para mejorar el transporte y la transferencia de calor.
Para aplicaciones de muy alta temperatura, por ejemplo, reactores de sal fundida o reactores de muy alta temperatura, las sales "Sal (química)") fundidas se pueden usar como refrigerantes. Una de las posibles combinaciones es la mezcla de fluoruro de sodio y tetrafluoroborato de sodio (NaF-NaBF). Otras opciones son FLiBe y FLiNaK.
Gases líquidos
Los gases licuados se utilizan como refrigerantes para aplicaciones criogénicas, incluida la microscopía crioelectrónica, el overclocking de procesadores informáticos, aplicaciones que utilizan superconductores o sensores extremadamente sensibles y amplificadores de muy bajo ruido.
CO: se utiliza como reemplazo del refrigerante[4] para fluidos de corte. El CO puede proporcionar un enfriamiento controlado en la interfaz de corte, de modo que la herramienta de corte y la pieza de trabajo se mantengan a temperatura ambiente. El uso de CO prolonga en gran medida la vida útil de la herramienta y, en la mayoría de los materiales, permite que la operación se ejecute más rápido. Se lo considera un método respetuoso con el medio ambiente y a su vez, mantiene a las piezas limpias y secas, reduciendo las operaciones de limpieza secundaria.
Nitrógeno líquido: es el refrigerante en uso más común y menos costoso, que hierve a −196 °C (−321 °F; 77 K). El aire líquido se utiliza en menor medida debido a su contenido de oxígeno líquido que lo hace propenso a provocar incendios o explosiones cuando entra en contacto con materiales combustibles.
Neón licuado: Se pueden alcanzar temperaturas más bajas usando al hervir a aproximadamente −246 °C (−411 °F; 27 K). Las temperaturas más bajas, utilizadas por los imanes superconductores, se alcanzan utilizando helio líquido.
Hidrógeno líquido de −250 a −265 °C (−418 a −445 °F) (23 a 8 K) también se puede utilizar como refrigerante. El hidrógeno líquido también se usa como combustible y como refrigerante para enfriar las toberas y las cámaras de combustión de los motores de cohetes.
Nanofluidos
Una nueva clase de refrigerantes son los nanofluidos que consisten en un líquido portador, como el agua, disperso con pequeñas partículas a escala nanométrica conocidas como nanopartículas. Nanopartículas especialmente diseñadas de, por ejemplo, CuO "Óxido de cobre(II)"), alúmina,[5] dióxido de titanio "Óxido de titanio(IV)"), nanotubos de carbono, sílice "Óxido de silicio(IV)") o metales (por ejemplo, cobre o nanobarras de plata) dispersos en el líquido portador mejoran las capacidades de transferencia de calor del refrigerante resultante en comparación con el líquido portador solo.[6] La mejora puede ser teóricamente tan alta como 350%. Sin embargo, los experimentos no demostraron mejoras tan altas en la conductividad térmica, pero encontraron un aumento significativo del flujo de calor crítico de los refrigerantes.
Se pueden lograr algunas mejoras significativas; por ejemplo, nanovarillas de plata de 55±12 nm de diámetro y 12.8 µm de longitud promedio a 0.5% vol. aumentaron la conductividad térmica del agua en un 68% y 0.5% vol. de nanovarillas de plata aumentaron la conductividad térmica del refrigerante a base de etilenglicol en un 98%.[7] Las nanopartículas de alúmina al 0.1% pueden aumentar el flujo de calor crítico del agua hasta en un 70%; las partículas forman una superficie porosa rugosa en el objeto enfriado, lo que fomenta la formación de nuevas burbujas, y su naturaleza hidrófila ayuda a alejarlas, lo que dificulta la formación de la capa de vapor.[8] El nanofluido con una concentración superior al 5% actúa como fluidos no newtonianos.