Congelador de temperatura ultrabaja

Un congelador de temperatura ultrabaja (ULT) es un refrigerador que almacena el contenido a −80 a −86 °C (−112 a −123 °F) . ^{[ 1 ]} Un congelador de temperatura ultrabaja se conoce comúnmente como "congelador de -80" o "congelador de -80", en referencia al estándar de temperatura más común. ^{[ 2 ]} Los congeladores ULT vienen en formatos verticales y horizontales.  

A diferencia del almacenamiento de muestras a corto plazo a +4 a −20 °C (39 a −4 °F) mediante refrigeradores o congeladores estándar, muchos laboratorios de biología molecular o ciencias de la vida necesitan criopreservación a largo plazo (incluidas infraestructuras de " cadena de frío " y/o " cadena de frío más fría ") para muestras biológicas como ADN , ARN , proteínas , extractos celulares o reactivos. Para reducir el riesgo de daños en las muestras, este tipo de muestras necesitan temperaturas extremadamente bajas de −80 a −86 °C (−112 a −123 °F) . Las células de mamíferos a menudo se almacenan en recipientes Dewar que contienen nitrógeno líquido a −196 °C (−320,8 °F) . ^{[ 3 ]} Los congeladores criogénicos de arcón pueden alcanzar temperaturas de hasta −150 °C (−238 °F) a −152 °C (−242 °F) ^{[ 4 ]} y pueden incluir un sistema de respaldo de nitrógeno líquido.          

Las muestras biológicas en congeladores ULT suelen almacenarse en tubos de polímero y microtubos, generalmente dentro de cajas de almacenamiento fabricadas comúnmente con cartón, plásticos poliméricos u otros materiales. Los microtubos se colocan en cajas de almacenamiento con separadores que normalmente permiten almacenar 64, 81 o 100 tubos. Los congeladores ULT estándar pueden almacenar aproximadamente entre 350 y 450 cajas de microtubos. ^{[ 5 ]}

Los congeladores ULT se utilizan ampliamente en la conservación de pescado y carne. ^{[ 6 ]} La industria pesquera del atún requiere el uso de congeladores ULT.

Los congeladores ULT suelen estar equipados con sistemas de alarma que alertan de forma remota a las personas designadas en caso de avería.

El tiempo de enfriamiento se define como el tiempo necesario para que el congelador ULT se enfríe desde la temperatura ambiente hasta la temperatura seleccionada de −80 a −86 °C (−112 a −123 °F) . Este tiempo depende en gran medida del tipo de aislamiento, la eficiencia del sistema de compresor y las estanterías metálicas instaladas en el congelador. A principios del siglo XXI, los congeladores ULT podían enfriarse en 3 a 5 horas. El tiempo de calentamiento suele ser de 1/8 °C por minuto.   

Debido a su baja temperatura, los congeladores ULT consumen grandes cantidades de energía eléctrica ^{[ 7 ]} y, por lo tanto, su funcionamiento es costoso. En 2010, la Universidad de Stanford contaba con más de 2000 congeladores ULT, que consumían aproximadamente 40 mil millones de BTU de energía y le costaban a la universidad 5,6 millones de dólares anuales. Los congeladores ULT más modernos consumen menos energía. ^{[ 8 ]} No obstante, un informe exhaustivo publicado en 2015 por el Centro para Laboratorios de Eficiencia Energética (financiado por las compañías de servicios públicos Pacific Gas & Electric , Southern California Edison y San Diego Gas & Electric como parte de su programa de Tecnologías Emergentes) reveló que los laboratorios de California consumían aproximadamente 800 GWh/año, siendo los congeladores ULT los que más contribuían a ese total. ^{[ 9 ]}

Al menos desde 2018, algunos científicos sugirieron que los laboratorios ajustaran los congeladores a –70  °C en lugar de –80  °C para ahorrar energía y disminuir el desgaste del compresor del congelador. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Dependiendo del volumen del congelador, la frecuencia de apertura de los usuarios y el número de muestras, el consumo de energía comienza en aproximadamente 11 kWh/día y es mayor. El gobierno de EE. UU. calcula 20 kWh/día. ^{[ 12 ]} Un estudio realizado en la Universidad de Edimburgo mostró que el modelo New Brunswick U570 HEF consumía un poco menos de 10 kWh/día. ^{[ 13 ]} Sin datos, la Universidad de Michigan afirmó que los dispositivos ULT de "modelos más antiguos" podrían consumir "hasta 30 kWh/día". ^{[ 14 ]} Un anuncio de ventas escrito en 2023 citaba "16-22 kWh de electricidad por día". ^{[ 15 ]}

Para reducir el consumo de energía, el aislamiento debe ser lo más eficiente posible. Las puertas interiores adicionales reducen la pérdida de temperatura al abrir la puerta principal. La formación de hielo dentro del congelador ULT debe minimizarse. Los congeladores ULT modernos utilizan variadores de velocidad tanto para los compresores como para los ventiladores. Esto ha reducido el consumo de energía en un 30% adicional, hasta un promedio de 8,5 kWh/día.

Los congeladores ULT que emplean el sistema de refrigeración en cascada (CR) utilizan hasta 20 veces la huella energética de los refrigeradores domésticos y se utilizan para refrigerar con fluidos de gases de efecto invernadero (típicamente hidrofluorocarbono R-508B ). ^{[ 7 ]} Los congeladores ULT modernos emplean mezclas de gases HC (es decir, hidrocarburos ): típicamente, etano y propano . ^{[ 16 ] [ 17 ]} Esta tecnología se desarrolló a mediados de la década de 1990, ^{[ 18 ]} y mejoró la eficiencia hasta en un 30% con respecto a los congeladores convencionales que utilizaban gases CFC o HFC. ^{[ 19 ] [ 20 ]} Alternativamente, los congeladores ULT pueden utilizar el ciclo Stirling en sentido inverso (un enfriador Stirling) para la refrigeración. ^{[ 7 ]}

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