CICLO RANKINE IDEAL

El ciclo propuesto contaba con 4 etapas o evoluciones, las cuales son descritas a continuación: Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de la caldera hasta la presión del condensador. Proceso 2-3: Transmisión de calor desde el fluido de trabajo al refrigerante a presión constante en el condensador hasta el estado de líquido saturado. Proceso 3-4: Compresión isoentrópica en la bomba. En _el se aumenta la presión del fluido mediante un compresor o bomba, al que se le aporta un determinado trabajo. Proceso 4-1: Transmisión de calor hacia el fluido de trabajo a presión constante en la caldera. Existe la posibilidad de sobrecalentar" el fluido mas allá de la línea de saturación (1'), cuya importancia será discutida posteriormente.

El rendimiento de este ciclo se puede calcular como

CICLO RANKINE REAL

Expansión 1-2 (turbina) no isoentropica. Compresión 3-4 (bomba) no isoentropica. Perdidas de presión en el condensador y la caldera

El rendimiento del ciclo es la razón entre la cantidad de energía suministrada al sistema y el trabajo obtenido en el eje de salida de la turbina de vapor. (llamado también rendimiento térmico)

El rendimiento del ciclo se determina como el cociente entre la resta del trabajo producido por la turbina y aquél consumido por la bomba, y el calor cedido al vapor desde la caldera. Su expresión en términos de entalpía, es

el subíndice 1 representa la entrada a la turbina y salida de la caldera, el 2 la salida de la turbina y entrada al condensador, el 3 la salida del condensador y entrada a la bomba, y el 4 la salida de la bomba y entrada a la caldera. La letra h simboliza la entalpía específica del vapor en cada uno de los puntos anteriores. En las centrales de vapor, el trabajo consumido por la bomba es normalmente mucho menor al generado por la turbina El rendimiento del ciclo está entonces relacionado con un cociente entre diferencias de entalpía. Podemos, sin embargo, expresar el rendimiento del ciclo en términos de temperatura, suponiendo que se lleva a cabo en forma ideal.

donde Ts es la temperatura en el condensador (supuesta constante) y _ Te es la temperatura promedio de absorción de calor, es decir, un promedio de todas las temperaturas por las que pasa el vapor en el tránsito 4 - 1. Tal como fue descrita la instalación de una central térmica de vapor, es decir, en su versión más básica, su rendimiento de ciclo es muy malo. Con turbina y bomba de buenos rendimientos internos (cercanos al 85%), un ciclo de Rankine como el descrito, difícilmente supera el 30%.

MEJORAS EN EL CICLO RANKINE El Sobrecalentamiento: una primer mejora que se le puede hacer a este ciclo es introducir un sobrecalentamiento, que consiste en calentar el agua en la caldera hasta que llegue a un punto de mayor temperatura que la temperatura de saturación. Se pasa entonces de un ciclo donde el vapor al inicio de expansión está saturado, a uno donde está sobrecalentado. El ciclo de Rankine con sobrecalentamiento se conoce también como ciclo de- Hirn.

El sobrecalentamiento, sea el ciclo ideal o real, aumenta el rendimiento del ciclo debido al ensanchamiento del salto entálpico 4 – 1´ que produce. Para una misma temperatura de final de expansión, y manteniendo constantes las presiones P´1 y P4, la entalpía de inicio de expansión aumenta al aumentar la temperatura. De esta forma se logra incrementar el término (h1 - h4) en la expresión para el rendimiento, con el consecuente incremento del rendimiento. Aunque efectivamente el rendimiento del ciclo aumenta, pese a que se cede más calor al vapor, el uso de dos intercambiadores requiere de más combustible e implica mayor liberación de gases de escape, por lo que su contribución a mejorar el rendimiento global de la central no es una consecuencia directa. Modificaciones de presión y temperatura al inicio y término de expansión: Así como el uso de vapor sobrecalentado en lugar de vapor saturado al inicio de la expansión produce un aumento en el rendimiento, también pueden producirlo el aumento de la presión de inicio de expansión la disminución de la presión de término de expansión el aumento de la temperatura de inicio de expansión, más allá del sobrecalentamiento.

Recalentamiento: Una tercera alternativa para mejorar el rendimiento del ciclo es el recalentamiento. Esta técnica consiste en no expandir el vapor hasta la presión del condensador

en una sola etapa. El rendimiento del ciclo en este caso vale:

Regeneración: Una forma efectiva de aumentar el rendimiento es precalentar el agua de alimentación antes de que ella llegue a la caldera. Esto hace que la potencia calórica cedida por el generador de vapor, para llegar a una determinada temperatura de inicio de expansión, sea menor que aquella requerida si el agua entra sin previo calentamiento, y por lo tanto produce un incremento del rendimiento.

MEJORAS TECNOLÓGICAS EN ALGUNAS MÁQUINAS DEL CICLO RANKINE Dentro del ciclo básico de Rankine, las unidades que más importancia tiene en la búsqueda del mejoramiento del rendimiento son la turbina y el Generador de vapor. En la primera de ellas se pueden realizar grandes avances con el fin de maximizar el salto entálpico que se aproveche como trabajo útil y en el segundo se pueden realizar importantes mejoras tendientes a aprovechar de mejor manera el combustible empleado en la generación de vapor. Pérdidas en los generadores de vapor. En los generadores de vapor, independientemente de el combustible que se ocupe (Solido, líquido o gas) se tienen cierto tipo de pérdidas que son trascendentes a todos ellos.

Pérdida por presencia de CO, producto de una combustión incompleta.

Pérdida por calor sensible de los gases de escape, los que son expulsados al ambiente a una temperatura bastante elevada.

Pérdidas por radiación, convección y conducción por soportes, las cuales dependen directamente del diseño de la caldera.

Los métodos de mejoras a las calderas más conocidos apuntan a reducir las pérdidas térmicas en los tres aspectos anteriormente expuestos, pero también la tecnología tiene bastante que aportar en el mejoramiento del desempeño de las calderas. A continuación se presentan algunos avances desarrollados en distintos países con el fin de mejorar la eficiencia de las calderas y su forma de usar la energía. Dispositivo de aislación móvil Las calderas a carbón no funcionan permanentemente con la misma carga, lo que causa lógicamente que el calor transferido sea variable en función del tiempo. El vapor generado también recibe variaciones en la energía que recibe ya que cuando la caldera está funcionando con niveles bajos de carbón, el calentamiento no es de la forma optima para la cual fue diseñada la caldera. La solución que proponen los autores de esta investigación, es proponer un aislamiento de un material cerámico poroso que sea regulable de acuerdo a la carga de combustible que posea la máquina en ese momento. La figura muestra en detalle el principio de funcionamiento del sistema.

En la parte inferior de cada una de las cuatro figuras se puede apreciar una cámara de combustión de carbón la que como se explicó con anterioridad puede tener cargas variables de combustible.

Las aislaciones (layer) son las móviles que se estiran o encogen dependiendo si la caldera está con baja o alta carga de combustible. En la siguiente figura se muestra en detalle la distribución de las distintas termocuplas que se disponen para el control automático del sistema.

Los investigadores lograron notables avances en el rendimiento del ciclo de vapor con estos adelantos. Cuidados sobre la corrosión del sistema de calderas. En varios países desarrollados se ha estado desarrollando la tecnología de generación de energía con basura municipal y biomasa. Esta idea tiene múltiples ventajas desde el punto de vista ecológico ya que en las calderas se está quemando gas generado con materiales que antiguamente se habían considerado como desechos inservibles o en su defecto se combustionan materias orgánicas provenientes de vegetales. Sin embargo, el empleo de estos combustibles en la generación de vapor trae consigo nuevas dificultades y desafíos a la ingeniería mecánica. Científicos Austriacos investigaron las consecuencias que trae el empleo de combustibles provenientes de basura municipal en la corrosión de los generadores de vapor a causa del cloro inducido por alta temperatura Las modificaciones tendientes principalmente a reducir los gradientes térmicos al inicio de los intercambiadores de calor. Se pretende con esta nueva disposición reducir la temperatura de entrada de los gases calientes y por otro lado aumentar mediante precalentamiento la temperatura de los gases. También se puede notar que para aumentar el rendimiento hay recalentamiento del vapor que sale de la turbina de alta presión. Esto también reduce la humedad presente antes de la turbina de baja presión.

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TURBINAS DE GAS O CICLO BRAYTON El ciclo Brayton es un ciclo abierto. Las etapas realizadas en este ciclo son las siguientes: 1-2 Compresión adiabática reversible (isoentrópica). Se realiza en el compresor 2-3 Combustión a presión constante. Se realiza en la cámara de combustión. 3-4 Expansión adiabática reversible (isoentrópica). Se realiza en la turbina. 4-1 Cesion de calor isobárica. Se realiza en la atmosfera.

En el ciclo rankine, la compresión se realiza en la fase liquida y la expansión en la fase de vapor, mientras que en el ciclo Brayton, en el que no se da cambio de fase en el fluido de trabajo, tanto la compresión como la expansión se realizan en fase gaseosa, por lo tanto el trabajo neto del ciclo Rankine es mayor al necesitarse menos trabajo de compresión que en el ciclo Brayton. EL rendimiento esta dado por:

El cálculo de calores y trabajos que intervienen en cada etapa del ciclo, se realiza aplicando el primer principio de la termodinámica para sistemas abiertos estables:

Suponiendo que se trabaja con gas perfecto y

- Calor especifico absorbido en la cámara de combustión:

- Trabajo especifico de expansión en la turbina.

- Trabajo especifico de compresión:

De esta forma la expresión final del rendimiento será:

Puesto que se esta trabajando con aire como gas perfecto y los procesos tanto de compresión como de expansión adiabáticos se tiene que:

A la relación P2/P1 se le llama relación de compresión luego

Con las relaciones deducidas anteriormente se puede expresar el rendimiento como:

De lo que se deduce que :

El rendimiento de un ciclo ideal aumenta constantemente al aumentar la relación de compresión , o lo que es lo mismo, para determinada T1 del medio ambiente, el rendimiento del ciclo ideal aumenta al aumentar la temperatura de salida del aire del compresor T2

El rendimiento del ciclo ideal solo depende de la relación de compresión, y en particular no depende de la temperatura de entrada del gas a la turbina T3.

Ciclo Basico Real - Rendimiento interno del compresor:

- Rendimiento interno de la turbina

MEJORAS A INTRODUCIR AL CICLO BRAYTON Una mejora consiste en realizar múltiples enfriamientos en el proceso de compresión del aire en el compresor axial de manera de aproximar la transformación isoentrópica en una transformación isoterma, con lo cual aumentamos el área encerrada por el ciclo. Otra mejora, empleando el mismo criterio, consiste en realizar calentamientos múltiples en el proceso de expansión de los gases en la turbina, aproximando la transformación isoentrópica a una transformación isoterma.

Ciclo Brayton con enfriamiento Intermedio: La figura muestra ilustra un esquema de la máquina, suponiendo un solo enfriamiento intermedio y que el enfriador es perfecto, no introduciendo pérdidas térmicas ni caída de presión.

La compresión total del aire se hace en dos etapas utilizando dos compresores axiales: a) compresor de baja presión (C1) y b) compresor de alta presión (C2). El aire que sale del compresor (C1) a presión p2 y temperatura T2, se enfría en el enfriador hasta la temperatura T3 = T1 con extracción de calor de Q1 Luego se realiza la compresión (3 – 4) en el 2º compresor axial de alta presión (C2) hasta la presión p4 resultando, de este modo menor el trabajo de compresión que el que requeriría para comprimir hasta la presión p4

sin enfriamiento intermedio.

Ciclo Brayton con recalentamiento intermedio: Se puede aumentar la potencia de la máquina, realizando la expansión en etapas de varias turbinas con recalentamiento intermedio en cada etapa, hasta alcanzar la temperatura límite inicial. Teóricamente podría emplearse un número infinito de etapas de recalentamiento, lo que llevaría, en el límite, a una expansión isotérmica. La Figura representa el esquema de la instalación para un recalentamiento.

El trabajo útil del ciclo Brayton con recalentamiento, será la suma algebraica de los trabajos de expansión realizados por las turbinas y el trabajo absorbido por el compresor. Si bien es cierto que con este tipo de instalación se logra mayor trabajo útil, no ocurre lo mismo con el rendimiento térmico que se ve disminuido con respecto a un ciclo Brayton simple entre las mismas temperaturas. Ciclo Brayton regenerativo: También se puede aumentar el rendimiento del ciclo, o sea, obtener más energía con la misma cantidad de combustible, empleando parte del calor perdido que se llevan los gases de escape de la turbina, para precalentar el aire a la salida del compresor, antes de su entrada a la cámara de combustión, lo que permite gastar menos combustible para llegar a la misma temperatura de ingreso a la máquina.

Donde: Q1 = Calor ganado por el aire Q3 = Calor cedido por los gases de combustión Q2 = Calor aportado por la oxidación del combustible

Diagramas Ideales

Diagramas Reales

Regeneradores. Los regeneradores o intercambiadores de calor empleados en las turbinas a gas son del tipo de coraza y tubos, o bien, del tipo rotativo, siendo los primeros los más empleados. En ellos los gases de escape pasan por el interior de los tubos y el aire a precalentar por el exterior de los mismos. El empleo de regeneradores presenta tres inconvenientes: a) Gran superficie de intercambio de calor. b) Dificultad para la limpieza de la misma. c) Aumento de la resistencia al paso de los gases de escape.

En un regenerador ideal, en donde suponemos que no hay pérdidas de calor, el balance de energía se establece igualando toda la energía que recibe el aire a la energía entregada por los gases de escape, es decir:

ma x cpa x (t3 – t2) = mg x cpg x (t5 – t6) o bien, ma x (h3 – h2) = mg x (h5 – h6), donde: ma = caudal másico de aire (kg/h) mg = caudal másico de gases (kg/h) Cpa = calor específico a presión constante del aire (kcal/kg .ºC) Cpg = calor específico a presión constante de los gases (kcal/kg .ºC) t2 = temperatura del aire a la entrada del regenerador (ºC) t3 = temperatura del aire a la salida del regenerador (ºC) t5 = temperatura de los gases a la entrada del regenerador (ºC) t6 = temperatura de los gases a la salida del regenerador (ºC) h2 = entalpía del aire a la entrada del regenerador (kcal/kg) h3 = entalpía del aire a la salida del regenerador (kcal/kg) h5 = entalpía de los gases a la entrada del regenerador (kcal/kg) h6 = entalpía de los gases a la salida del regenerador (kcal/kg) En la realidad podemos observar que: a) El calor específico a presión constante de los gases es mayor que el del aire debido a que los gases están a mayor temperatura. b) El caudal másico de gases es superior al del aire en virtud de que es la suma del caudal másico del aire más el del combustible quemado. La eficiencia o rendimiento de un regenerador se expresa como:

CICLOS DE REFRIGERACION existen diversos procedimientos que permiten su obtención, basados en el hecho de que si entre dos cuerpos existe una diferencia de temperaturas, la transmisión de calor de uno a otro se puede efectuar por conducción y radiación. Procedimientos químicos.- Están basados en el uso de determinadas mezclas y disoluciones que absorben calor del medio que las rodea; se trata de procesos no continuos, de nulo interés y aplicación prácticos, sólo aptos para determinados trabajos de laboratorio. Procedimientos físicos.- Se puede conseguir un descenso de temperatura mediante procesos físicos, como la expansión de un fluido en expansores y en válvulas de estrangulamiento, fundamento de las actuales máquinas industriales de producción de frío; este tipo de sistemas admite la siguiente clasificación: Sistemas basados en el cambio de estado de una sustancia.- En estos sistemas interviene el calor latente del cambio de estado y se puede hacer la siguiente subdivisión: - Por fusión, en que la producción de frío, o lo que es lo mismo, la sustracción de calor a la carga a refrigerar, se utiliza para pasar a una sustancia del estado sólido al de líquido; está muy extendida la fusión del hielo, o de mezclas eutécticas, que al cambiar de estado captan calor del entorno. - Por sublimación, en que el paso se efectúa de sólido a gas mediante la adición de calor, siendo el ejemplo más representativo el anhídrido carbónico, para la producción de nieve carbónica.

- Por vaporización, en donde se engloban todos los procesos en los que un líquido pasa a fase de vapor al suministrársele una cierta cantidad de calor, pudiéndose distinguir dos casos, Circuito abierto (vaporización directa), en donde el fluido capta el calor de la carga a enfriar y una vez ha modificado su estado ya no se vuelve a utilizar; este es el caso de algunos transportes que utilizan nitrógeno como medio de producción de frío. Circuito cerrado, en que a diferencia del anterior, el fluido se recupera con vistas a ser utilizado en un proceso cíclico. Como característica general de estos métodos, hay que hacer un aporte de energía al sistema y utilizar fluidos que vaporicen a baja presión CLASIFICACIÓN.- Las máquinas frigoríficas se pueden clasificar, según el sistema utilizado para la recogida de vapores, en la siguiente forma: Máquinas de adsorción, en las que los vapores son captados mediante un absorbente sólido. Máquinas de absorción, en las que los vapores que se forman añadiendo calor al sistema, son absorbidos y recuperados mediante un absorbente líquido. Máquinas de compresión, en las que los vapores son aspirados y comprimidos mediante un compresor y licuados en un condensador; los compresores pueden ser de émbolo o rotativos, con o sin refrigeración intermedia. Los equipos frigoríficos a base de compresores de émbolos y funcionamiento automático, son los que se utilizan casi exclusivamente en los frigoríficos industriales. Máquinas de eyección, en las que los vapores son arrastrados por el efecto Venturi que genera el paso de otro fluido a gran velocidad. Los ciclos inversos de motores térmicos, o ciclos frigorígenos, permiten la transferencia de calor desde una fuente fría, hasta otra fuente a mayor temperatura, fuente caliente; estos ciclos vienen caracterizados por un coeficiente de efecto frigorífico, que es la relación entre la cantidad de calor extraída a la fuente fría y el trabajo aplicado al ciclo mediante un compresor. Para un mismo salto de temperatura entre la fuente caliente y la fuente fría, se pueden considerar los siguientes coeficientes de efecto frigorífico: - Coeficiente de efecto frigorífico teórico del ciclo COPteór - Coeficiente de efecto frigorífico del ciclo de Carnot correspondiente COPC - Coeficiente de efecto frigorífico real COP El coeficiente de efecto frigorífico teórico del ciclo es:

o, en la que:

es la potencia frigorífica o cantidad de calor extraida del foco frío ( vaporizador )

es el trabajo aplicado al fluido ( por el compresor ) en condiciones ideales El coeficiente de efecto frigorífico del ciclo de Carnot COPC correspondiente a las temperaturas de los focos frío Tv (vaporizador) y caliente Tc (condensador) es:

o, El coeficiente de efecto frigorífico real es:

o, siendo Tr el trabajo específico real aplicado al fluido por el compresor.

Refrigeracion por compresión de vapor: Recordemos el ciclo de Carnot. Aquí opera como máquina frigorífica, es decir que se recorre en sentido antihorario.

A lo largo de la trayectoria de expansión b→c se entrega calor q2 al ciclo aumentando la calidad de vapor a temperatura constante T2. Luego una compresión adiabática (isentrópica) a lo largo de c→d eleva su temperatura hasta T1. Entonces se condensa el vapor a temperatura constante T1 cediendo calor q1. El líquido así obtenido se expande isentrópicamente a lo largo de a→b, enfriándose hasta la temperatura T2. Lógicamente, como el proceso consume trabajo W el calor q1 deberá ser mayor que el calor q2. El rendimiento de una máquina frigorífica se mide en términos de lo obtenido (calor q2 extraído de la zona fría) sobre lo gastado para ello, que en este caso es el calor (q1 – q2) o sea el trabajo W.

El condensador en los sistemas mas simples es un intercambiador de calor del tipo “radiador” a aire. Un ciclo típico por compresión de una sola etapa se puede ver en el diagrama T-S de la figura. Las diferencias con el ciclo de Carnot se deben a los hechos siguientes: a) La evaporación no es isentrópica porque se suele hacer a través de una restricción, o sea que resulta isentálpica, espontánea y por ello fuertemente irreversible, es decir, con aumento de entropía; b) La compresión se lleva a cabo hasta que el vapor se recalienta. El calor absorbido en el evaporador (la fuente fría) se obtiene de la siguiente ecuación. Q2= calor absorbido en el evaporador = Ha-Hd Puesto que por lo general se conoce el calor que se debe eliminar en el evaporador, que suele ser un dato, podemos calcular el caudal de masa de fluido frigorífico que circula por el evaporador. El calor extraído por unidad de masa en el evaporador es:

Q1= calor cedido en el condensador = Hb-Hc. W es el trabajo realizado en el compresor W= (Hb-Hc) - (Ha-Hd), como la expansión c – d es casi isentropica , Hc=Hd W = Hb-Ha, por lo tanto el coeficiente de eficicencia frigorífica es: COP= Q2/W = (Ha -Hd) / (Hb-Ha) BOMBAS DE CALOR Otro dispositivo que transfiere calor de un medio de baja temperatura a otro de alta es la bomba de calor. El objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio caliente a alta temperatura. Lo cual consigue al absorber calor a una fuente de baja temperatura, y suministrándolo a un medio de alta temperatura. La medida del rendimiento de una bomba de calor se expresa también

en términos del definido como: Los acondicionadores de aire son básicamente refrigeradores cuyo espacio refrigerado es un cuarto o un edificio en lugar de un compartimiento de alimentos. Una unidad de acondicionamiento de aire tipo ventana, enfría un cuarto al absorber calor del aire que contiene y desechándolo en el exterior

MEJORAS EN CICLOS DE REFRIGERACION Ciclo de gas con regenerador:

Se observa que la temperatura T1 del fluido después de extraer calor de la zona fría es menor que la T3 del estado 3, a que entra en el expansor. Si se utiliza el gas frío del estado 1 para enfriar el gas en el estado 3, las expansiones siguientes le llevarían a una temperatura menor, la del estado A de entrada en el expansor, tal como se indica en el ciclo que representamos en la figura; de esta forma se pueden obtener temperaturas extremadamente bajas, mediante la introducción en el ciclo de un intercambiador de calor (regenerador). La transferencia de calor externa al ciclo produce la caída de temperaturas entre los estados 2 y 3; el regenerador permite un enfriamiento adicional del gas hasta A, que se expansiona hasta 4’ y absorbe calor del local a enfriar entre 4’ y 5 y en el regenerador, desde 5 a 1. Refrigeracion por comprensión en varias etapas: La compresión se puede hacer en varias etapas (generalmente dos) consiguiendo una importante mejora en el rendimiento del compresor. La refrigeración por compresión en varias etapas se puede implementar de distintas maneras, según el objetivo. Una de las formas es mediante el enfriamiento entre las sucesivas etapas de compresión, tal como es normal en los compresores multietapa. Esta disposición es generalmente poco usada, como veremos a continuación. En su lugar se usa mas a menudo una disposición llamada de inyección, que aprovecha el propio fluido frigorífico como fluido de enfriamiento. Esto tiene la ventaja de que el funcionamiento del equipo se independiza de la temperatura del fluido refrigerante usado en el condensador. Téngase en cuenta que en cualquier caso esta depende de la temperatura atmosférica. Se conocen dos variantes de la disposición de inyección, denominadas

de inyección parcial y de inyección total. La idea básica de la disposición de inyección es usar el líquido frigorífico frío para refrigerar el vapor cálido que sale de la primera etapa de compresión de modo que ingresa a la segunda etapa con una temperatura muy inferior a la que alcanzaría si la compresión se realizase en una sola etapa. Esto permite ahorrar una cierta cantidad de energía y permite usar compresores algo mas pequeños. No obstante, se debe tener en cuenta que estas disposiciones complican el equipo, razón por la cual sólo se usan en instalaciones grandes. Además de la disposición de inyección tenemos otra variante, que se implementa cuando un mismo ciclo frigorífico debe alimentar a mas de una cámara fría, como es el caso de una instalación en la que se deben refrigerar sustancias distintas a diferentes temperaturas. Refrigeración por compresión en cascada: Debido a la necesidad de obtener temperaturas muy bajas se han diseñado sistemas cuyo desempeño supera al de los ciclos frigoríficos comunes por compresión de un solo fluido. Un ejemplo es el proceso de licuación del aire, que requiere temperaturas bajísimas. Otro ejemplo lo encontramos en el uso de propano y otros hidrocarburos líquidos en la industria petroquímica. A este conjunto de procesos se los denomina “procesos criogénicos”. El vocablo criogénico está en realidad mal elegido, porque proviene del griego kryós que significa frío, lo que no nos dice nada. Por lo general el término se aplica al conjunto de sistemas destinados a producir muy bajas temperaturas. El examen de las propiedades termodinámicas de los refrigerantes comunes demuestra que no es posible obtener temperaturas menores a –185 ºC en un solo ciclo de compresión, y mucho menos de absorción. Prácticamente cualquier fluido frigorífico que no se congelara en el evaporador por efecto de la muy baja temperatura se encontraría por encima del punto crítico en el condensador, y no podría ser condensado, de modo que es imposible obtener temperaturas muy bajas con un ciclo que funcione con un solo fluido.

La solución pasa por una disposición en cascada, en la que cada ciclo toma calor del anterior, de modo que el último produce la menor temperatura. El croquis muestra tres ciclos en cascada, donde la menor temperatura se obtiene en el evaporador del ciclo III, mientras el ciclo I tiene su mayor temperatura en el condensador enfriado con agua. El evaporador del ciclo I es el condensador del II, el evaporador del II es el condensador del III, y así sucesivamente. De esta manera el ciclo III está descargando calor en el ciclo II, y el ciclo II descarga calor en el ciclo I, que descarga calor al medio. En teoría es posible enganchar tantos ciclos en cascada como se quiera, pero en la práctica existen limitaciones de variada índole. Por este motivo, la mayor parte de estos sistemas opera con dos o tres ciclos en cadena. En un sistema de tres ciclos el fluido frigorífico del ciclo I debería tener su punto de ebullición a una temperatura aproximadamente la mitad entre la temperatura del agua de enfriamiento y la del evaporador del ciclo II. El fluido frigorífico del ciclo II debería tener su punto de ebullición a una temperatura del orden de la tercera parte de la diferencia entre la temperatura del agua de enfriamiento y la del evaporador del ciclo III. La temperatura del evaporador del ciclo III está fijada por el valor que se quiere obtener en la cámara fría. Por ejemplo, una combinación de fluidos que funciona muy bien es la siguiente: propano en el ciclo I, etileno en el ciclo II y metano en el ciclo III.