Análisis termodinámico y exergoeconómico de un sistema de refrigeración por absorción con LiBr/H₂O asistido por energía solar y eyector, con almacenamiento térmico de triple capa

Por qué los edificios más frescos necesitan una energía solar más inteligente

Ante veranos más cálidos y un aumento del nivel de vida que incrementa la demanda de aire acondicionado, especialmente en regiones soleadas, mantener a las personas cómodas sin sobrecargar las redes eléctricas se ha convertido en un reto urgente. Este estudio explora una forma ingeniosa de convertir la abundante radiación solar en refrigeración fiable, mediante un sistema que consume poca electricidad y aprovecha el calor. Al combinar colectores solares, un depósito de agua caliente estratificado y un dispositivo tipo chorro especializado, los investigadores muestran cómo proporcionar refrigeración a edificios de manera más eficiente y a menor coste que con una máquina de absorción solar convencional.

Una forma diferente de generar frío

La mayoría de los acondicionadores de aire dependen de compresores eléctricos, que demandan gran potencia de la red y, de forma indirecta, combustibles fósiles. El sistema examinado aquí funciona de manera distinta: utiliza calor en lugar de electricidad como fuerza motriz principal. Una mezcla de bromuro de litio y agua actúa como fluido de trabajo en un ciclo de refrigeración por absorción que puede ser alimentado por agua caliente proveniente de colectores solares. Los autores van un paso más allá al añadir un eyector supersónico —un componente sin partes móviles que emplea un chorro de fluido a alta velocidad para aspirar y comprimir otro flujo—. Este eyector recupera energía que de otro modo se desperdiciaría, ayudando a reducir el calor necesario para poner en marcha el ciclo. Un tanque de almacenamiento térmico de triple capa, alimentado por colectores solares de tubos evacuados, almacena el calor solar en zonas separadas de manera ordenada (caliente, templada y fría) para que el sistema pueda seguir operando con regularidad a medida que cambia la radiación durante el día.

Cómo trabajan juntos el sol, el almacenamiento y el eyector

En la configuración propuesta, la radiación solar calienta el agua en colectores instalados en la cubierta, que a su vez alimentan un depósito vertical de almacenamiento dividido en tres capas de temperatura. El agua más caliente se acumula en la parte superior, donde suministra calor estable al generador del sistema de absorción; la capa intermedia actúa como amortiguador y el agua más fría se deposita en el fondo. Esta estratificación reduce las oscilaciones térmicas y aprovecha mejor el recurso solar. La solución de bromuro de litio absorbe y libera vapor de agua mientras circula entre el generador, el absorbedor, el condensador y el evaporador, produciendo agua fría para la climatización del edificio. El eyector se inserta en lugar de una simple válvula de expansión de modo que, en lugar de permitir una caída de presión y disipación de energía, un chorro de alta velocidad ayuda a succionar vapor a menor presión y a recomprimirlo parcialmente, aliviando la carga de trabajo de otros componentes y mejorando la eficiencia global.

Medir el rendimiento y el coste

Para cuantificar los beneficios, los investigadores desarrollaron un modelo informático detallado que rastrea masa, energía y calidad energética en cada parte del sistema. Utilizaron datos meteorológicos horarios reales de Kabul, Afganistán —una ciudad con fuerte radiación estival y alta demanda de refrigeración— para ver cómo se comportaría el sistema en un día típico despejado de verano. Además de evaluar medidas de eficiencia convencionales como el coeficiente de rendimiento (cuánto frío se entrega por unidad de calor suministrado), analizaron la exergía, que refleja cuánta de la energía de entrada permanece realmente útil tras las pérdidas, y tradujeron estos conocimientos técnicos a términos económicos. Al asignar costes al equipo y a la calidad de la energía que fluye por el sistema, pudieron juzgar no solo qué tan bien refrigeraba el sistema, sino cuán rentable era a lo largo de su vida útil.

Lo que revelan los números

Los resultados muestran que la combinación de colectores solares, almacenamiento estratificado y eyector aumenta significativamente el rendimiento en comparación con una máquina de absorción solar más simple. Bajo una radiación solar intensa al mediodía de aproximadamente 973 vatios por metro cuadrado, una configuración optimizada alcanza un coeficiente de rendimiento de 0,74 y una medida de rendimiento solar de 0,58. La inclusión del eyector incrementa la eficiencia de refrigeración en torno al 12–13% y mejora la calidad del uso energético en cerca del 11%, al tiempo que reduce el coste de inversión global en aproximadamente un 9%. El tanque de almacenamiento de triple capa mantiene una diferencia de temperatura pronunciada de más de 20 grados Celsius entre las zonas más caliente y más fría al mediodía, proporcionando una fuente de calor estable para el generador incluso cuando las condiciones exteriores fluctúan. Estudios de optimización identifican además la temperatura del generador y el comportamiento de succión del eyector como palancas clave para equilibrar eficiencia y coste.

Qué significa esto para la refrigeración del futuro

Para los no especialistas, el mensaje principal es que un rediseño cuidadoso de cómo transportamos el calor en un sistema frigorífico puede hacer que la climatización impulsada por energía solar sea mucho más práctica y asequible. Al almacenar el calor solar en un depósito estratificado y reciclar las caídas de presión mediante un eyector, este concepto entrega más refrigeración a partir de la misma radiación solar mientras reduce los costes de equipo y operación. Si se desarrollaran e implementaran a escala, estos sistemas podrían ayudar a las regiones soleadas y con redes eléctricas exigidas a satisfacer su creciente demanda de refrigeración con menos emisiones y menor dependencia de los aparatos de aire acondicionado convencionales, intensivos en electricidad.

Cita: Chammam, A., Abbood, R.S., Majid, S.H. et al. Thermodynamic and exergoeconomic analysis of a solar-assisted LiBr/H₂O ejector–absorption refrigeration system with triple-layer thermal storage. Sci Rep 16, 9435 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41158-2

Palabras clave: refrigeración solar, refrigeración por absorción, almacenamiento de energía térmica, tecnología de eyector, eficiencia energética