Un crioenfriador es un dispositivo que se utiliza para enfriar el medio ambiente y cualquier cosa dentro de él a temperaturas extremadamente frías. Normalmente se utiliza en aplicaciones científicas y de ingeniería, y está diseñado para alcanzar temperaturas muy por debajo de las que alcanzan los aparatos estándar. No existe un requisito de temperatura definido oficialmente para lo que se considera un refrigerador criogénico. Sin embargo, un dispositivo que puede enfriarse hasta aproximadamente -238 grados Fahrenheit (o aproximadamente -150 grados Celsius) o más frío, generalmente se denomina enfriador criogénico.
Si bien existen varios tipos de enfriadores criogénicos, la mayoría opera con alguna variación de un proceso común. Normalmente, el gas circula a través de un ciclo cerrado para absorber el calor del interior del dispositivo y transferirlo al entorno exterior. Este gas puede ser hidrógeno, helio o algún otro gas o mezcla de gases. La capacidad del dispositivo para enfriar su ambiente interior depende en gran medida de las propiedades termodinámicas del gas que circula a través del sistema.
Los ciclos de enfriamiento en estos dispositivos generalmente comienzan con la compresión del gas en un compresor. A medida que el gas comprimido pasa a través de un intercambiador de calor, absorbe calor del interior del enfriador criogénico, enfriando así todo lo que esté dentro. Cuando este gas absorbe calor a un volumen constante en el intercambiador de calor, su presión aumenta. Se expande en volumen y su presión disminuye en la siguiente parte del ciclo. Finalmente, regresa al compresor, que completa un circuito cerrado a través del ciclo y comienza a circular nuevamente a través del ciclo.
Un crioenfriador a veces puede denominarse erróneamente criostato. Sin embargo, existe una pequeña pero clara diferencia entre los dos. Un criostato se usa para mantener las temperaturas criogénicas ya en su lugar, generalmente de forma pasiva, como con el aislamiento. Por otro lado, un enfriador criogénico opera activamente para enfriar el ambiente a temperaturas criogénicas en lugar de simplemente mantener las condiciones ambientales que ya existen. Esta diferencia puede considerarse similar a la diferencia entre un termo y un refrigerador.
Hay muchos tipos de enfriadores criogénicos disponibles con diferentes ventajas y características adecuadas para una amplia variedad de aplicaciones. Los tipos comunes de enfriadores criogénicos incluyen el enfriador Joule-Thomson, el enfriador Gifford-McMahon, el enfriador Stirling, el refrigerador de tubo de pulso y el refrigerador de desmagnetización adiabática. Aunque son notablemente menos eficientes que muchos otros dispositivos, los crioenfriadores de Joule-Thomson ofrecen ventajas en cuanto a fiabilidad y bajos niveles de ruido eléctrico y mecánico. Los refrigeradores Gifford-McMahon, por otro lado, generan cierta vibración debido a un pistón que empuja el gas a través del sistema. Sin embargo, ofrecen flexibilidad al usuario, ya que pueden operarse en cualquier orientación.
Por lo general, se presta especial atención a la selección de un refrigerador criogénico para su uso en el espacio. En tales aplicaciones, la energía generalmente debe usarse de manera eficiente y la reparación es extremadamente costosa o incluso imposible, como en misiones a otros planetas. Destacados tanto por su confiabilidad como por su eficiencia, los refrigeradores Stirling son los primeros que se han utilizado con éxito en el espacio. Con una confiabilidad aún mayor que los enfriadores Stirling, los enfriadores de tubo de pulso a menudo se eligen por espacio, aunque por lo general son un poco menos eficientes. También se puede elegir un refrigerador de desmagnetización adiabática por su excelente eficiencia y capacidad para operar en entornos de gravedad cero.
Existen numerosos campos en los que los crioenfriadores desempeñan un papel fundamental. Estos incluyen aplicaciones médicas, automotrices y aeroespaciales, uso en investigación científica y operaciones militares, y más. Por ejemplo, el endurecimiento criogénico de componentes metálicos puede cambiar sus propiedades físicas, aumentando la resistencia, dureza y resistencia al desgaste. Los sensores infrarrojos utilizados en la vigilancia basada en satélites y la guía de misiles, así como los estudios atmosféricos y más, generalmente requieren enfriamiento criogénico.