Un ciclo de refrigeración en cascada es un ciclo termodinámico de varias etapas . A la derecha se muestra un ejemplo de proceso de dos etapas. (Abajo en el móvil) El ciclo en cascada se emplea a menudo para dispositivos como ultracongeladores . [1]
En un sistema de refrigeración en cascada, se utilizan dos o más ciclos de compresión de vapor con diferentes refrigerantes. Las temperaturas de evaporación-condensación de cada ciclo son secuencialmente más bajas con algo de superposición para cubrir la caída de temperatura total deseada, con refrigerantes seleccionados para trabajar de manera eficiente en el rango de temperatura que cubren. El sistema de baja temperatura elimina el calor del espacio a enfriar mediante un evaporador y lo transfiere a un intercambiador de calor que se enfría mediante la evaporación del refrigerante del sistema de alta temperatura. Alternativamente, se puede utilizar en su lugar un intercambiador de calor de líquido a líquido o similar. El sistema de alta temperatura transfiere calor a un condensador convencional que transporta toda la salida de calor del sistema y puede ser pasivamente, ventilador o refrigerado por agua.
Los ciclos en cascada se pueden separar sellando en bucles separados o en lo que se conoce como una "cascada automática" en la que los gases se comprimen como una mezcla pero se separan cuando un refrigerante se condensa en un líquido mientras que el otro continúa como un gas. durante el resto del ciclo. Aunque una cascada automática introduce varias restricciones en el diseño y las condiciones de funcionamiento del sistema que pueden reducir la eficiencia, a menudo se usa en sistemas pequeños debido a que solo se requiere un compresor o en sistemas criogénicos, ya que reduce la necesidad de calor de alta eficiencia. intercambiadores para evitar que los compresores derramen calor en los ciclos criogénicos. Ambos tipos se pueden usar en el mismo sistema, generalmente siendo los ciclos separados la primera etapa (s) y la cascada automática la última etapa.
Los refrigeradores Peltier también se pueden conectar en cascada a un sistema de múltiples etapas para lograr temperaturas más bajas. Aquí, el lado caliente del primer enfriador Peltier se enfría por el lado frío del segundo enfriador Peltier, que es de mayor tamaño, cuyo lado caliente se enfría a su vez con el lado frío de un enfriador Peltier aún más grande, y así sucesivamente. La eficiencia cae muy rápidamente a medida que se agregan más etapas, pero para cargas de calor muy pequeñas hasta temperaturas casi criogénicas, a menudo puede ser una solución efectiva debido a que es compacta y de bajo costo, como en las cámaras termográficas de rango medio .
Referencias
- ^ Berchowitz, David; Kwon, Yongrak (2012). "Perfiles ambientales de congeladores de temperatura ultrabaja enfriados por Stirling y enfriados en cascada" . Sustentabilidad . 4 (11): 2838–2851. doi : 10.3390 / su4112838 .