Gas de enfriamiento (refrigeración)

En refrigeración , el gas de vaporización instantánea es refrigerante en estado gaseoso producido espontáneamente cuando el líquido condensado se somete a ebullición . ^{[ 1 ]} La presencia de gas de vaporización instantánea 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 ]} Normalmente, esto se percibe como una condición indeseable causada por la disociación entre el volumen del sistema y las presiones y temperaturas que permiten que el refrigerante esté en estado líquido . El gas de vaporización instantánea 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 la presencia de gas en las líneas de líquido.

La formación de gas de vaporización instantánea puede detectarse 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 una sobrecarga del condensador, y la ausencia de estos indicadores en el visor no descarta definitivamente la formación de gas de vaporización instantánea en la línea de líquido.

Si se considera la tabla de saturación del refrigerante y se confirma que se produce un cierto grado de subenfriamiento en el condensador, y el vidrio aún presenta gas en la línea de líquido , esto podría deberse a la formación de gas de vaporización instantánea entre el condensador y el vidrio. Este fenómeno puede generar una caída de temperatura engañosa en la línea de líquido, la cual puede interpretarse erróneamente como subenfriamiento . Esto se debe a que el refrigerante puede utilizar parte del calor obtenido al disminuir su temperatura para terminar de vaporizarse y así poder ocupar el volumen de las tuberías a esas presiones.

Los esfuerzos para prevenir el gas de destello 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, económica y simple 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 gas de destello. ^{[ 5 ]} Este subenfriamiento puede hacerse en una parte 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 los optimizadores del ciclo de refrigeración; estos ayudan a evitar el gas de destello en la línea de líquido al disminuir la temperatura lejos de las curvas de saturación del refrigerante . Algunos sistemas tratan el gas de destello 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 prevenir 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 con respecto al receptor, las tuberías ascendentes generan un pequeño vacío en la parte superior, lo que provoca la ebullición del fluido y la formación de gas instantáneo. Por el contrario, una columna de refrigerante que genere peso y presión puede reducir las probabilidades de que se produzca gas instantáneo. Si el evaporador es un intercambiador de placas ubicado por debajo del nivel del receptor, la presión impedirá que el refrigerante hierva fácilmente.

Aislar la tubería de líquido puede ser útil si se detecta que se está absorbiendo calor a lo largo de la misma. Por el contrario, si el líquido en la tubería está más caliente que el aire exterior, aislar las tuberías en ese tramo podría aumentar la emisión de gases instantáneos, ya que se reduce parcialmente el subenfriamiento natural .

El principal efecto de la presencia de gas de vaporización instantánea en la tubería 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 gas-líquido como un refrigerante con presencia de gas de vaporización instantánea. Segundo, una parte del calor necesario para que el refrigerante se vaporice se extrae del trabajo mecánico, como la presión ejercida por el compresor de gas que mueve el refrigerante.

Tanto la falta de evaporación como las transformaciones de energía de trabajo a calor sin sincronización aumentan las presiones y temperaturas a lo largo de las tuberías, disminuyen la reversibilidad termodinámica del proceso y elevan la magnitud total de la entropía producida durante 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 subutilizan los equipos, sino que también pueden reducir la vida útil de los componentes principales, especialmente la válvula de expansión y el compresor de gas .