En refrigeración , el gas flash es un refrigerante en forma de gas que se produce espontáneamente cuando el líquido condensado se somete a ebullición . [1] La presencia de gas flash en las líneas de líquido reduce la eficiencia del ciclo de refrigeración. [2] También puede provocar que varios sistemas de expansión funcionen incorrectamente y aumentar 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 gas flash no debe confundirse con la falta de condensación , pero 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 está 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 de, por ejemplo, huecos en el aislamiento. [4] Si hay un subenfriamiento inadecuado , el refrigerante permanece en condiciones termodinámicas cercanas a la saturación , promoviendo la formación de gases flash.
El calor puede absorberse no sólo de fuentes externas, sino también de 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 que incluyen un aumento vertical excesivo 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, todos ellos. que causan diferencias de presión a lo largo de la línea de líquido. Con el tiempo, 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 gases repentinos. Cuando un sistema carece de refrigerante o tiene una fuga, puede presentar gas súbito ya que el volumen en la tubería excede la capacidad del refrigerante para llenarlo como líquido. [3] Esto puede forzar al refrigerante a realizar un cambio de fase . Por otro lado, la falta de refrigerante a veces también puede producir el efecto contrario: un aumento global del subenfriamiento (y sobrecalentamiento ) que dependerá del tamaño y diseño del sistema y de sus tuberías. Si el refrigerante del sistema se degenera, también se puede producir gas flash, a medida que cambian las propiedades físicas del fluido. Esto sucede porque la tubería está diseñada para una mezcla de refrigerante específica que permite la entrada de líquido en la línea de líquido, dadas ciertas condiciones termodinámicas. Si la mezcla refrigerante cambia considerablemente su composición, los diseños originales no serán los adecuados. El refrigerante degenerado producido por fugas, descomposición química o carga de gas cuando se utiliza 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, lo que genera una refrigeración productiva si absorben calor de la habitación, para producir este tipo de gas instantáneo 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 inflamado 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 vidrio, esto también puede indicar un condensador abrumado, y la falta de estos indicadores en el vidrio no descarta definitivamente la formación de gas súbito en la línea de líquido.
Teniendo en cuenta la tabla de saturación del refrigerante, si es posible confirmar que se está produciendo una cierta cantidad de subenfriamiento del condensador y el vidrio todavía muestra gas en la línea de líquido , se puede identificar esto con el gas flash que se produce entre el condensador y el vaso. El fenómeno del gas repentino puede crear una engañosa caída de temperatura en la línea de líquido que puede malinterpretarse como 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 evitar el gas súbito en la línea de líquido incluyen un diseño cauteloso 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, económica y sencilla de disminuir la proporción de gas en la línea de líquido . La incorporación de una etapa de subenfriamiento después del receptor reduce aún más las posibilidades de observar destellos de gas. [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 del compresor de gas. También existen muchos tipos de pantallas y aplicaciones de subenfriamiento independientes , como optimizadores del ciclo de refrigeración; Estos ayudan a evitar el gas súbito en la línea de líquido al reducir la temperatura lejos 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 ha evaporado y solo aumentará el sobrecalentamiento . [6]
Una característica clave a la hora de prevenir el gas súbito es el diámetro de la tubería. 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, los tubos ascendentes producen una pequeña cantidad de vacío en la parte superior, lo que hace que el fluido sufra ebullición y produzca gas instantáneo. Por el contrario, una columna de refrigerante que crea peso y presión puede reducir las posibilidades de encontrar gas súbito. Si el evaporador es un intercambiador de placas colocado debajo del nivel del receptor, la presión no permitirá que el refrigerante hierva fácilmente.
Aislar la línea de líquido puede ser útil si se puede determinar que se está absorbiendo calor a lo largo de la tubería. Por el contrario, si el líquido en la línea de líquido está más caliente que el aire exterior, aislar las tuberías en esa sección podría aumentar el gas instantáneo a medida que el subenfriamiento natural disminuye parcialmente.
Al prevenir el gas flash, se deben tener en cuenta todas las demás características del sistema y cómo se ven afectadas. El aumento del diámetro de la tubería puede tener incidencia en la circulación del petróleo 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 gas flash, pero puede tener incidencia en la expansión y la evaporación . Si el evaporador se inunda y llega líquido 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 flash en las tuberías de líquido es la pérdida neta de capacidad de refrigeración. [2] En términos generales esto se produce de dos maneras. Primero, la válvula de expansión generalmente no funciona correctamente si se inyecta una mezcla de gas y líquido, como un refrigerante con presencia de gas instantáneo. En segundo lugar, una parte del calor necesario para que el refrigerante se convierta en gas se extrae del trabajo mecánico, como la presión imbuida por el compresor de gas que mueve el refrigerante.
Tanto la falta de evaporación como las transformaciones intempestivas de energía de trabajo en calor: aumento de las presiones y temperaturas a lo largo de las tuberías; disminuir la reversibilidad termodinámica del proceso y aumentar la magnitud general 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 sólo infrautilizan los engranajes, sino que pueden acabar reduciendo la vida operativa de los componentes principales, especialmente la válvula de expansión y el compresor de gas .
