Como ya se ha visto, el proceso por el cual un gas se convierte en líquido se llama condensación (por disminución de temperatura) o licuación (por aumento de presión) y todos los gases se pueden licuar o condensar. Se denomina temperatura crítica a la temperatura límite para la condensación de un gas. Por encima de esta temperatura es imposible condensar un gas, aunque se le someta a enormes presiones. Se llama presión crítica, a la presión que se necesita para licuar un gas cuando éste se encuentra en su temperatura crítica. En la siguiente tabla pueden verse las temperaturas y presiones críticas de algunos gases.
| T. Crítica (ºC ) | P. Crítica (bar) | |
|---|---|---|
| H2 | -240 | 13 |
| N2 | -147 | 34 |
| O2 | -119 | 50 |
| CO2 | 31 | 73 |
| R134A | 101 | 40 |
| NH3 | 132 | 112 |
En el gráfico siguiente puede verse el comportamiento de un gas determinado, que es sometido a presiones crecientes. Las líneas marrones representan el comportamiento de ese gas a diferentes temperaturas, son por lo tanto líneas isotermas. La T1 es la más elevada y no permite la licuación del gas aunque aumentemos su presión. El gas a esa temperatura se comporta como un gas ideal y sigue las leyes termodinámicas estudiadas.
Si descendemos la temperatura se llega a Tc que es la temperatura crítica. Por debajo de esa temperatura el gas puede ser licuado. A una temperatura T2, inferior a la crítica, la isoterma ABD se puede descomponer en tres regiones. Vamos a estudiar esa isoterma de derecha a izquierda. A la derecha de la campana color crema, es un gas que si se comprime (aumenta la presión), disminuye su volumen. Al llegar a la campana comienza a condensarse. A partir de ese punto y hasta que llegue al otro extremo la condensación se hace a presión y temperatura constantes, como hemos visto en los cambios de estado. En el interior de la campana tenemos una mezcla de gas y líquido. Cuanto más a la derecha estamos, la proporción de gas es mayor, mientras que hacia la izquierda es menor y hay más líquido. A la izquierda de la campana el gas ya se ha licuado complemente, y al ser líquido es incompresible: un aumento de la presión apenas reduce el volumen. La campana crema a trazos se ha obtenido experimentalmente uniendo todos los puntos que se generan a diferentes temperaturas.
Hay varios sistemas de producción de frío, basados en los cambios de estado de un refrigerante, pero los dos más importantes son:
- Ciclo de refrigeración por compresión. Son más del 90% de las instalaciones.
- Ciclo de refrigeración por absorción.