Existen aplicaciones frigoríficas donde la diferencia entre las temperatura de evaporación y
de condensación es demasiado importante para encontrar un fluido que dé satisfacción con
presiones razonables.
Así, por ejemplo, cuando un laboratorio de investigación desea conocer el comportamiento
de un producto sometido a temperaturas inferiores a -50 oC, requiere un equipamiento
frigorífico con una temperatura de evaporación de -60 oC y una temperatura de condensación
de 35 a 40 oC.
La búsqueda de un fluido refrigerante apropiado llega a ser infructuosa: para condensar a
40 oC no hay dificultades, pero para evaporar a -60 oC permaneciendo por encima de la presión atmosférica, hay poco
donde elegir.
Encontramos el R508B cuya temperatura de evaporación a la presión atmosférica es de -88 oC, pero la condensación debe
hacerse por debajo de los 5 oC, ya que su temperatura crítica es de 14 oC
...
Como consecuencia, para condensar a +40 oC, estamos obligados a emplear un segundo fluido y recurrir a la tecnología de los circuitos en cascada.
La instalación tendrá pues dos instalaciones simples montadas de tal forma que la condensación de un circuito sea llevada a cabo por el evaporador del otro.
La instalación representada en la image y el ciclo termodinámico de cada circuito
permite comprender mejor el funcionamiento.
Observamos la diferencia de temperatura entre los dos fluidos al nivel del intercambiador
intermedio: condensación a -20 oC para el circuito baja temperatura y evaporación a -26 oC
para el circuito alta temperatura.
Esta diferencia de temperatura, que es indispensable para el funcionamiento de la instalación,
es la causa de un trabajo suplementario para la compresión de cada fluido. Esto conlleva
una disminución del coeficiente de eficiencia pero, para este tipo de utilización, no hay otra
solución.
En el circuito baja temperatura, la presión de condensación puede tomar valores muy
importantes si el circuito alta temperatura falla: el R508B a +20 oC coge una presión de
45 bares.
Es por eso que el compresor baja temperatura sólo es autorizado a funcionar si el circuito alta temperatura está en
marcha y la temperatura del intercambiador intermedio lo suficientemente baja (por debajo de -20 oC en nuestro
ejemplo).
El circuito en cascada encuentra así aplicaciones en las bombas de calor de alta temperatura destinadas a la calefacción de los edificios y otros usos industriales. Estas instalaciones de tipo aire/agua calientan el agua a 80 oC a partir del calor tomado del aire
del exterior.
Aquí la exigencia es la de evaporar a -20 oC y de condensar a +90 oC. Una solución es utilizar
el R410A en el circuito de baja temperatura y el R134a en el circuito de alta temperatura.
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