Uso de KNO3, KCl y NaCl como materiales de cambio de fase dentro del frigorífico para el ahorro de energía

Por qué importa el frío oculto de tu nevera

Los frigoríficos domésticos funcionan silenciosa y continuamente, a menudo en cocinas calurosas, y entre todos consumen una proporción sorprendente de la electricidad del hogar. Este estudio explora una idea sencilla con gran potencial: colocar una delgada bolsa de material especial bajo el congelador para que el frigorífico pueda almacenar frío y superar mejor las oscilaciones de temperatura. Al aprovechar mejor el frío almacenado, el frigorífico puede mantener temperaturas más estables, afrontar cortes de suministro breves y reducir la factura eléctrica sin cambiar la forma en que lo usamos.

Almacenar frío como si fuera una batería

Los investigadores se centraron en materiales de “cambio de fase”, sustancias que absorben o liberan grandes cantidades de calor al fundirse o solidificarse, de manera parecida al hielo cuando pasa a agua. En lugar de rediseñar el frigorífico, construyeron un contenedor plano de acero inoxidable que encaja bajo las bobinas evaporadoras del congelador sin quitar espacio de los estantes. Llenaron este paquete con agua sola o con agua que contenía pequeñas cantidades (10 por ciento en peso) de sales conocidas: nitrato de potasio (KNO3), cloruro de sodio (NaCl) y cloruro de potasio (KCl). Estas mezclas se eligieron porque se congelan y funden unos grados por debajo de cero, cerca de la temperatura habitual del congelador, por lo que pueden almacenar y liberar frío de forma discreta mientras el frigorífico cicla encendido y apagado.

Pruebas en condiciones reales en una habitación caliente

Para evaluar la diferencia que podría hacer este almacén de frío oculto, el equipo probó un frigorífico estándar de 289 litros de una puerta que funcionaba con un refrigerante común (R-134a). Lo situaron en una cámara controlada a 32 °C y humedad moderada, simulando una cocina veraniega calurosa. Sensores de precisión registraron temperaturas en muchos puntos: dentro del congelador, el compartimento de alimentos, el cajón de verduras, la puerta y en las superficies del condensador y el compresor. También midieron el consumo eléctrico y las presiones en el circuito frigorífico. Compararon ocho escenarios: sin material de cambio de fase, agua sola y las tres mezclas salinas, cada una probada en dos volúmenes (1 litro y 1,5 litros) en el contenedor.

Alimentos más fríos y estables y equipo más suave

Los paquetes de cambio de fase calmaban claramente las oscilaciones de temperatura. En el congelador, todas las mezclas salinas mantuvieron el aire más frío y estable que sin paquete, mientras que el resto del frigorífico bajó en promedio entre 1 y 3 °C. El cajón de verduras se enfrió hasta en aproximadamente un 22 por ciento respecto a la referencia, lo que ayuda a conservar mejor los productos. Aunque el paquete estaba debajo del congelador, enfrió y suavizó indirectamente las temperaturas del compartimento principal y de la puerta al absorber picos de calor y liberar frío lentamente. Al mismo tiempo, el punto medio del condensador y la superficie del compresor funcionaron unos grados más fríos, señales de que la máquina trabajaba menos y con menos estrés térmico.

Ahorro de energía y resistencia a cortes de suministro

Dado que los materiales de cambio de fase absorbieron parte de la carga de refrigeración, el compresor pudo apagarse con más frecuencia. En el mejor caso, usar 1 litro de la mezcla de KNO3 redujo el tiempo de funcionamiento del compresor durante un día en un 7,1 por ciento. Esto se tradujo en una disminución del 8,6 por ciento en el consumo eléctrico respecto al frigorífico sin ningún paquete. Las mezclas con KCl y NaCl también ahorraron energía, aunque algo menos, mientras que el agua sola ofreció ganancias modestas. Durante un apagón simulado de una hora, los frigoríficos con paquetes mantuvieron el congelador por debajo de cero alrededor de media hora y mantuvieron el compartimento del frigorífico hasta 2 °C más frío que la unidad sin modificar, ganando tiempo extra antes de que los alimentos se calentaran.

Qué mezcla funciona mejor y por qué importa

De entre todas las opciones probadas, la solución de KNO3 de 1 litro ofreció el mejor equilibrio global: aumentó la calificación de eficiencia del frigorífico (su coeficiente de rendimiento) en cerca de un 12 por ciento y proporcionó el mayor ahorro energético. Los paquetes mayores de 1,5 litros ayudaron a mantener las temperaturas más uniformes en los compartimentos pero no mejoraron tanto el uso de energía, porque material adicional puede convertirse en una carga térmica una vez que está completamente fundido o congelado. Para el público general, la conclusión es simple: un paquete delgado de almacenamiento de frío bien elegido e integrado cerca del congelador puede hacer que un frigorífico ordinario sea más frío por dentro, más protector con los alimentos durante los cortes y más barato de operar. El trabajo sugiere que los fabricantes podrían incorporar tales paquetes usando sales baratas para reducir la demanda energética doméstica y apoyar objetivos más amplios de ahorro energético y climáticos.

Cita: Samir, S., Salem, M., Mohamed, A.S.A. et al. Utilizing of KNO₃, KCl, and NaCl as phase change materials within the refrigerator for energy saving. Sci Rep 16, 9815 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41662-5

Palabras clave: frigoríficos eficientes energéticamente, materiales de cambio de fase, almacenamiento térmico, refrigeración doméstica, ahorro eléctrico