Hola, cómo estas?. Me tomó tiempo poder desarrollar una respuesta más o menos adecuada a tus dudas. Para lograr temperaturas bajas y ultra bajas temperaturas ( -70°c a - 120° c) y aún más bajas, se utilizan sistemas de refrigeración separados, donde el evaporador de la primera etapa o paso alto actúa como condensador de la segunda etapa o paso bajo, mediante el uso de un intercambiador de calor que realiza esta doble función. A esta disposición de elementos se le denomina Sistema en Cascada. Por lo tanto, se denominan: “1ª cascada” a la primera etapa de paso alto y “2ª cascada” a la segunda etapa o paso bajo.
Este tipo de sistemas se utiliza y adapta muy bien en donde la relación de compresión es muy alta, y tenemos el efecto de perdida de rendimiento por relaciones extremas.
El condensador en cascada, es básicamente un intercambiador de calor de expansión directa. Por un lado actúa como el evaporador de la 1ª etapa y como condensador de la 2ª etapa. Normalmente se utilizan como refrigerantes para la 1ª cascada los normalmente utilizados para instalaciones de rangos de temperatura medios y bajos (12, 22, 502 y hoy en día sus reemplazos, el 134ª, 404ª, 507, etc., o sus mezclas). En cambio para la 2ª cascada, se utilizan refrigerantes de alta presión (13, 13b1, 23, 503 o su reemplazo el suba 95 o 508b y algunos naturales como el etano R-170)
Hay que considerar que los refrigerantes de alta presión anteriormente nombrados, su temperatura crítica está cercana a los 29°c y la presión crítica de estos esta alrededor de los 39 a 40 bar. Esto quiere decir, que no pueden licuarse a temperaturas superiores de 29°c, sin tener en cuenta la presión, y que estos son los rangos de equilibrio de la mezcla de gas y líquido. Debido a esto resulta crítico realizar el proceso de carga de refrigerante con estos de alta presión a la 2ª cascada. Lo recomendable, es medir la carga exacta que va a entrar al sistema o efectuar la carga en forma de vapor por el lado de aspiración del compresor hasta alcanzar una presión de reposo de aproximadamente 9 bar, con el moto compresor detenido.
Generalmente la puesta en marcha de la 2ª cascada e controlada y accionada por un termostato de baja temperatura que actúa como enclavamiento de seguridad en función de la temperatura lograda por la 1ª cascada, de modo que la presión del condensador de la 2ª cascada no llegue a ser excesiva durante el arranque.
Hay que tener en cuenta que la temperatura de condensación varía con cada diseño de sistema en particular, pero como parámetro de comparación se considera temperaturas de evaporación para la 2ª cascada de – 75°c a – 100°c y para la 1ª cascada de -25°c a -35°c. Esto es importante, ya que, lograremos mantener relaciones de compresión de la 1ª cascada y la 2ª cascada deben ser lo más semejante posibles, si es posible iguales, para que la eficiencia sea máxima.
Con respecto a la mezcla de refrigerantes, se pueden realizar, muy apegados a las proporciones dictadas por el fabricante. Lo cual no quita que puedas experimentar respecto a las cantidades de la carga, mi experiencia me dicta que las cargas de refrigerantes son un poco menos de las indicadas, espero que algunos de estos datos descritos arriba te ayuden en tu trabajo, estos han sido recopilados de mucha experiencia, primero por mis maestros y experiencias personales durante algunos años. Hay algunas cosas con respecto alos lubricantes y las regulaciones, etc.Si necesitas más información o aclaración, no dudes en preguntar.
