Refrigerante para niños

Un refrigerante es una sustancia especial que se usa para bajar o controlar la temperatura de un sistema. Imagina que es como un "enfriador" que ayuda a que las cosas no se calienten demasiado.

Un refrigerante ideal debe tener varias características importantes:

• Debe poder absorber mucho calor (alta capacidad calorífica).
• Debe ser fácil de mover (baja viscosidad).
• Debe ser económico.
• No debe ser dañino.
• No debe reaccionar con otros materiales (químicamente inerte).
• No debe causar ni empeorar la corrosión (oxidación) en el sistema de enfriamiento.
• En algunos casos, debe ser un aislante eléctrico, es decir, no conducir la electricidad.

Aunque la palabra "refrigerante" se usa mucho en los coches y en los sistemas de aire acondicionado, en la industria a veces se le llama "fluido de transferencia de calor". Este término también incluye los fluidos de corte, que se usan para enfriar herramientas que cortan metal.

Un refrigerante puede mantenerse en su estado original (líquido o gas) o puede cambiar de estado, por ejemplo, de líquido a gas. Cuando cambia de estado, absorbe mucho calor, lo que lo hace muy eficiente para enfriar. Si se usa para enfriar algo por debajo de la temperatura ambiente, se le llama comúnmente "refrigerante para refrigeración".

¿Qué es un Refrigerante?

Un refrigerante es una sustancia que tiene la función principal de absorber el calor de un lugar o sistema y llevarlo a otro, donde puede ser liberado. Esto ayuda a mantener la temperatura de los equipos o espacios dentro de límites seguros y eficientes. Son esenciales en muchos aspectos de nuestra vida diaria, desde el motor de un coche hasta el aire acondicionado de una casa.

Propiedades de un buen Refrigerante

Para que un refrigerante sea efectivo, necesita tener ciertas propiedades. Una de las más importantes es su capacidad para absorber calor sin que su propia temperatura suba demasiado rápido. También es crucial que sea seguro de usar, que no dañe los materiales con los que entra en contacto y que sea fácil de manejar.

Tipos de Refrigerantes

Existen diferentes tipos de refrigerantes, clasificados según su estado (gas, líquido, sólido) o cómo funcionan. Cada tipo tiene usos específicos y ventajas particulares.

Gases Refrigerantes

Los gases son una forma común de refrigerantes.

• El aire es un refrigerante muy usado. La refrigeración por aire puede ser pasiva (el aire se mueve solo) o forzada (con ventiladores).
• El hidrógeno es un gas refrigerante de alto rendimiento. Conduce el calor mejor que otros gases, tiene una alta capacidad para almacenar calor y es ligero, lo que es bueno para máquinas que giran rápido. Los turbogeneradores que usan hidrógeno son comunes en grandes centrales eléctricas.
• Los gases inertes se usan en reactores nucleares refrigerados por gas. El helio es bueno porque no absorbe neutrones fácilmente ni se vuelve inestable. El CO₂ se usa en algunos tipos de reactores.
• El hexafluoruro de azufre se usa para enfriar y aislar sistemas eléctricos de alto voltaje, como disyuntores y transformadores.
• El vapor de agua se puede usar cuando se necesita una alta capacidad de calor en forma de gas, teniendo en cuenta que el agua caliente puede causar corrosión.

Refrigerantes de Cambio de Fase (Bifásicos)

Algunos refrigerantes se usan tanto en estado líquido como gaseoso en el mismo circuito. Aprovechan el gran calor que se absorbe o libera cuando cambian de fase (por ejemplo, de líquido a gas y viceversa).

• Los refrigerantes para sistemas de refrigeración (como neveras y aires acondicionados) son líquidos que se enfrían mucho al cambiar de líquido a gas. Antes se usaban mucho los halometanos (como el R-12 y R-22), pero ahora se usan otros como el R-134a o el amoníaco en sistemas grandes. El CO₂ (R-744) también se usa en aires acondicionados de coches y refrigeración comercial. Muchos de estos refrigerantes se están dejando de usar por razones ambientales, como su efecto en la capa de ozono o el calentamiento global.
• Los tubos de calor son un ejemplo especial de cómo se usan estos refrigerantes.
• El agua también puede usarse de esta manera, por ejemplo, en reactores de agua en ebullición.
• Los materiales de cambio de fase usan la transición entre sólido y líquido para almacenar o liberar calor.
• Los gases líquidos, como el nitrógeno líquido, también se usan como refrigerantes, manteniendo su temperatura por evaporación.

Líquidos Refrigerantes

Los líquidos son los refrigerantes más comunes.

Agua y sus Variantes

• El agua es el refrigerante más común por su alta capacidad de calor y bajo costo. A menudo se le añaden inhibidores de corrosión y anticongelantes (como el etilenglicol o el propilenglicol) para evitar que se congele o para elevar su punto de ebullición.
• El agua desionizada muy pura se usa para enfriar equipos eléctricos que requieren baja conductividad eléctrica, como transmisores de alta potencia.
• El agua pesada se usa en algunos reactores nucleares como moderador de neutrones y también como refrigerante. Los reactores más comunes usan agua normal.

Aceites Refrigerantes

Los aceites se usan cuando el agua no es adecuada, especialmente a temperaturas muy altas, ya que tienen puntos de ebullición más elevados.

• Los aceites minerales se usan como refrigerantes y lubricantes en engranajes y en calentadores eléctricos. También se usan en sistemas de computadoras sumergidas porque no conducen electricidad.
• Algunos aceites especiales, como los de éter polifenílico o fluorocarbono, se usan para aplicaciones que necesitan estabilidad a temperaturas extremas.
• El aceite de transformador se usa para enfriar y aislar transformadores eléctricos de alta potencia.

Combustibles como Refrigerantes

Los combustibles a menudo se usan para enfriar motores. El combustible frío fluye sobre partes del motor, absorbiendo el calor y calentándose antes de quemarse. El queroseno y otros combustibles para aviones hacen esto en motores de aviación. El hidrógeno líquido enfría las toberas de los motores de cohetes.

Sales y Metales Fundidos

Las aleaciones fusibles líquidas se usan como refrigerantes en aplicaciones de muy alta temperatura, como algunos reactores nucleares. Ejemplos incluyen el sodio o una aleación de sodio-potasio. El plomo o una aleación de plomo y bismuto también se usan. Para temperaturas extremadamente altas, como en reactores de sal fundida, se usan sales fundidas.

Gases Líquidos (Criogénicos)

Los gases licuados se usan como refrigerantes para aplicaciones criogénicas, que requieren temperaturas muy bajas. Esto incluye la microscopía crioelectrónica, el enfriamiento de procesadores de computadoras para hacerlos más rápidos (overclocking) y el uso de superconductores.

• El CO₂ se usa como refrigerante para fluidos de corte, manteniendo las herramientas y piezas a temperatura ambiente. Esto alarga la vida útil de las herramientas y es un método más amigable con el ambiente.
• El Nitrógeno líquido es el refrigerante criogénico más común y económico, hirviendo a -196 °C.
• El Neón licuado puede alcanzar temperaturas aún más bajas, alrededor de -246 °C.
• El helio líquido se usa para las temperaturas más bajas, como las que necesitan los imanes superconductores.
• El Hidrógeno líquido también se puede usar como refrigerante a temperaturas muy bajas (-250 a -265 °C) y como combustible en motores de cohetes.

Nanofluidos: La Nueva Generación

Los nanofluidos son una nueva clase de refrigerantes. Son líquidos (como el agua) con pequeñas partículas a escala nanométrica (llamadas nanopartículas) dispersas en ellos. Estas nanopartículas, hechas de materiales como óxido de cobre, alúmina o nanotubos de carbono, mejoran la capacidad del líquido para transferir calor. Por ejemplo, algunas nanopartículas pueden aumentar la conductividad térmica del agua hasta en un 68%.

Sólidos Refrigerantes

En algunas situaciones, se usan materiales sólidos como refrigerantes. Estos materiales absorben mucha energía al vaporizarse, y esa energía se la llevan los gases resultantes.

• Este método es común en vuelos espaciales, para los escudos de reentrada atmosférica de las naves espaciales y para enfriar las toberas de los motores de cohetes.
• El hielo seco (dióxido de carbono sólido) y el hielo de agua también se usan como refrigerantes cuando están en contacto directo con lo que se quiere enfriar.
• La sublimación (paso de sólido a gas sin pasar por líquido) del hielo de agua se usó para enfriar los trajes espaciales del Proyecto Apolo.

Refrigerante líquido vertido en un radiador de automóvil