En refrigeración , el flash-gas es un refrigerante en forma de gas que se produce espontáneamente cuando el líquido condensado se somete a ebullición . [1] La presencia de flash-gas en las líneas de líquido reduce la eficiencia del ciclo de refrigeración. [2] También puede provocar que varios sistemas de expansión funcionen incorrectamente y aumenten el sobrecalentamiento en el evaporador . [3] Esto normalmente se percibe como una condición no deseada causada por la disociación entre el volumen del sistema y las presiones y temperaturas que permiten que el refrigerante sea líquido . El flash-gas no debe confundirse con la falta de condensación , pero los equipos especiales como receptores, intercambiadores de calor internos, aislamiento y optimizadores del ciclo de refrigeración pueden mejorar la condensación y evitar el gas en las líneas de líquido.
Las causas más comunes que hacen que el fluido cambie de fase cuando se encuentra en la línea de líquido son la longitud excesiva de la tubería, el diámetro pequeño de las tuberías y la falta de subenfriamiento . Estos crean lugares de baja presión que pueden hacer que el fluido comience a cambiar de fase, especialmente si la tubería está expuesta al calor, a través, por ejemplo, de huecos en el aislamiento. [4] Si hay un subenfriamiento inadecuado , el refrigerante permanece en condiciones termodinámicas cercanas a la saturación , lo que promueve la formación de gas instantáneo.
El calor puede ser absorbido no sólo por fuentes externas, sino también por fuentes de energía internas, como la fricción en la tubería. Por otro lado, la presión en la línea de líquido también puede verse alterada por artefactos y condiciones, como una elevación vertical excesiva en la línea de líquido, engranajes demasiado pequeños para el tamaño de la tubería, dispositivos que bombean refrigerante a través de la línea y cualquier obstrucción, todo lo cual causa diferencias de presión en toda la línea de líquido. Finalmente, la absorción de calor y las pérdidas de presión en la línea de líquido modifican las condiciones de saturación del refrigerante hasta tal punto que el refrigerante hierve y produce gas instantáneo.
El refrigerante también puede explicar la aparición de gas de destello. Cuando un sistema carece de refrigerante o tiene una fuga, puede presentar gas de destello ya que el volumen en la tubería excede la capacidad del refrigerante para llenarlo como líquido. [3] Esto puede forzar al refrigerante a un cambio de fase . Por otro lado, la falta de refrigerante a veces también puede producir el efecto opuesto: un aumento general en el subenfriamiento (y sobrecalentamiento ) que dependerá del tamaño y diseño del sistema y su tubería. Si el refrigerante del sistema está degenerado, también puede producirse gas de destello, ya que las propiedades físicas del fluido cambian. Esto sucede porque la tubería está diseñada para una mezcla de refrigerante específica que permite el líquido en la línea de líquido, dadas ciertas condiciones termodinámicas. Si la mezcla de refrigerante cambia su composición considerablemente, los diseños originales no serán adecuados. El refrigerante degenerado producido por fugas, descomposición química o carga de gas al utilizar un refrigerante deslizante , muy probablemente hará que el sistema funcione muy mal, alterará la circulación o composición del aceite lubricante y eventualmente puede dejar el equipo inoperativo.
También es común encontrar que el refrigerante comienza a evaporarse inmediatamente después de la válvula de expansión , antes de llegar al evaporador . Esto también puede considerarse como flash-gas pero normalmente no produce complicaciones en el ciclo de refrigeración. Muchos sistemas de refrigeración tienen la válvula de expansión instalada dentro de la habitación que se está enfriando, generando así una refrigeración productiva al absorber calor de la habitación, para producir este tipo de flash-gas entre la expansión y el evaporador . Además, la válvula de expansión desregula su funcionamiento si el fluido que llega a ella está hirviendo. En este caso, la ebullición se produce después de la expansión.
El gas de evaporación instantánea se puede detectar en el sistema mediante la observación de gas, burbujas o una apariencia espumosa del líquido en el visor de la línea de líquido . Dependiendo de la ubicación del visor, esto también puede indicar un condensador sobrecargado, y la falta de estos indicadores en el visor no descarta definitivamente la formación de gas de evaporación instantánea en la línea de líquido.
Teniendo en cuenta la tabla de saturación del refrigerante, si se puede confirmar que se está produciendo un cierto subenfriamiento en el condensador y el vidrio aún presenta gas en la línea de líquido , se puede identificar esto con la producción de gas flash entre el condensador y el vidrio. El fenómeno del gas flash puede crear una caída de temperatura engañosa en la línea de líquido que puede ser malinterpretada como un subenfriamiento . Esto se debe a que el refrigerante puede utilizar parte del calor obtenido al bajar su temperatura, para terminar de vaporizarse y poder ocupar el volumen de las tuberías a esas presiones.
Los esfuerzos para prevenir la formación de gas instantáneo en la línea de líquido incluyen un diseño cuidadoso del sistema de enfriamiento y sus tuberías, pero también la incorporación de equipos que podrían ayudar a resolver este tipo de dificultad. La inclusión de un receptor de refrigerante es una forma común, barata y sencilla de disminuir la relación de gas en la línea de líquido . La incorporación de una etapa de subenfriamiento después del receptor reduce aún más las posibilidades de observar gas instantáneo. [5] Este subenfriamiento se puede realizar en una porción reservada del condensador principal, o por separado con un intercambiador de calor. Algunos receptores pueden incorporar un intercambiador de calor interno que extrae calor del líquido subenfriado para sobrecalentar la succión de los compresores de gas. También hay muchos tipos de pantallas y aplicaciones de subenfriamiento independientes, como optimizadores de ciclo de refrigeración; estos ayudan a evitar la formación de gas instantáneo en la línea de líquido al reducir la temperatura alejándola de las curvas de saturación del refrigerante . Algunos sistemas tratan el gas flash separándolo del refrigerante que va al evaporador, ya que esa porción del refrigerante ya se evaporó y solo aumentará el sobrecalentamiento . [6]
Una característica clave para evitar la formación de gas instantáneo es el diámetro de las tuberías. Si las tuberías son demasiado delgadas y largas, tienden a producirse pérdidas de presión y fricción. Si el evaporador está demasiado alto por encima del receptor, las tuberías ascendentes producen una pequeña cantidad de vacío en la parte superior, lo que hace que el fluido experimente ebullición y produzca gas instantáneo. Por el contrario, una columna de refrigerante que crea peso y presión puede reducir las posibilidades de encontrar gas instantáneo. Si el evaporador es un intercambiador de placas colocado por debajo del nivel del receptor, la presión no permitirá que el refrigerante hierva fácilmente.
El aislamiento de la línea de líquido puede ser útil si se puede determinar que el calor se absorbe en toda la tubería. Por el contrario, si el líquido en la línea de líquido está más caliente que el aire exterior, el aislamiento de las tuberías en esa sección puede aumentar la evaporación instantánea, ya que el subenfriamiento natural se reduce parcialmente.
Al prevenir el flash-gas, se deben tener en cuenta todas las demás características del sistema y cómo se ven afectadas. Aumentar el diámetro de la tubería puede tener incidencia en la circulación del aceite y afectar al compresor de gas . Una columna de refrigerante que crea presión de peso en la línea de líquido puede ser una solución para el flash-gas, pero puede tener incidencia en la expansión y evaporación . Si el evaporador se inunda y el líquido llega al compresor de gas , aparecerán complicaciones graves, muy probablemente destruyendo el compresor (especialmente si el compresor está por debajo del nivel del receptor).
El principal efecto de la presencia de gas de evaporación en la tubería de líquido es la pérdida neta de capacidad de refrigeración. [2] En términos generales, esto se produce de dos maneras. En primer lugar, la válvula de expansión no suele funcionar correctamente si se inyecta una mezcla de gas y líquido, como un refrigerante con presencia de gas de evaporación. En segundo lugar, una parte del calor necesario para que el refrigerante se transforme en gas se obtiene a partir del trabajo mecánico, como la presión que aplica el compresor de gas que mueve el refrigerante.
Tanto la falta de evaporación como las transformaciones no temporizadas de energía de trabajo a calor: aumentan las presiones y temperaturas a lo largo de las tuberías; disminuyen la reversibilidad termodinámica del proceso y aumentan la magnitud total de la entropía producida a lo largo de todo el ciclo. Esto significa que la eficiencia de refrigeración del ciclo empeora a medida que se aleja de la eficiencia ideal teórica de Carnot . Una pérdida de rendimiento implica que el sistema utiliza más energía para producir menos refrigeración. Además, este tipo de pérdidas de eficiencia no solo infrautilizan los equipos, sino que pueden terminar reduciendo la vida útil de los componentes principales, especialmente la válvula de expansión y el compresor de gas .
