Análise termodinâmica e exergoeconômica de um sistema de refrigeração por ejeção‑absorção LiBr/H₂O assistido por energia solar com armazenamento térmico em três camadas

Por que edifícios mais frescos precisam de uma energia solar mais inteligente

Com verões mais quentes e padrões de vida em elevação que aumentam a demanda por ar‑condicionado, especialmente em regiões ensolaradas, manter as pessoas confortáveis sem sobrecarregar as redes elétricas tornou‑se um desafio urgente. Este estudo explora uma maneira engenhosa de transformar a luz solar abundante em refrigeração confiável, usando um sistema que consome pouca eletricidade, mas aproveita calor. Ao combinar coletores solares, um tanque de água quente em camadas e um dispositivo especializado tipo jato, os pesquisadores mostram como fornecer resfriamento predial de forma mais eficiente e com custo menor do que um resfriador por absorção solar convencional.

Uma forma diferente de produzir frio

A maioria dos aparelhos de ar‑condicionado depende de compressores elétricos, que demandam intensamente a rede e, indiretamente, combustíveis fósseis. O sistema examinado aqui funciona de maneira diferente: usa calor em vez de eletricidade como força motriz principal. Uma mistura de brometo de lítio e água atua como fluido de trabalho em um ciclo de refrigeração por absorção que pode ser acionado por água quente proveniente de coletores solares. Os autores vão além ao adicionar um ejetor supersônico — um componente sem partes móveis que usa um jato de fluido em alta velocidade para aspirar e comprimir outro fluxo. Esse ejetor recupera energia que seria descartada, ajudando a reduzir o calor necessário para operar o ciclo. Um tanque de armazenamento térmico triplo, alimentado por coletores solares de tubos evacuados, armazena calor solar em zonas bem separadas: quente, morna e fria, de modo que o sistema possa continuar funcionando de forma estável à medida que a insolação varia ao longo do dia.

Como o sol, o armazenamento e o ejetor funcionam juntos

No arranjo proposto, a luz solar aquece a água nos coletores solares instalados no telhado, que por sua vez alimentam um reservatório vertical dividido em três camadas de temperatura. A água mais quente se acumula no topo, onde fornece calor estável ao gerador do refrigerador por absorção; a camada do meio atua como amortecedor, e a água mais fria fica no fundo. Essa estratificação reduz oscilações de temperatura e aproveita melhor o recurso solar. A solução de brometo de lítio absorve e libera vapor d’água enquanto circula entre o gerador, o absorvedor, o condensador e o evaporador, produzindo água resfriada para o condicionamento de ambientes. O ejetor é inserido no lugar de uma válvula de expansão simples para que, em vez de permitir a queda de pressão e a dissipação de energia, um fluxo de alta velocidade ajude a aspirar vapor de baixa pressão e a recomprimi‑lo parcialmente, aliviando o trabalho dos outros componentes e melhorando a eficiência global.

Medindo desempenho e custo

Para quantificar os benefícios, os pesquisadores construíram um modelo computacional detalhado que acompanha massa, energia e qualidade da energia em cada parte do sistema. Eles usaram dados horários reais de clima de Cabul, Afeganistão, uma cidade com forte insolação de verão e alta demanda por refrigeração, para ver como o sistema se comportaria em um dia típico de verão com céu limpo. Além de avaliar medidas usuais de eficiência, como o coeficiente de desempenho (quanto resfriamento é entregue por unidade de calor fornecida), também examinaram exergia, que reflete quanto da energia de entrada permanece realmente útil após as perdas, e traduziram esses insights técnicos em termos monetários. Ao atribuir custos aos equipamentos e à qualidade da energia que percorre o sistema, puderam avaliar não apenas quão bem o sistema resfria, mas quão economicamente o faz ao longo de sua vida útil.

O que os números revelam

Os resultados mostram que a combinação de coletores solares, armazenamento estratificado e ejetor aumenta significativamente o desempenho em comparação com um refrigerador por absorção solar mais simples. Sob sol forte ao meio‑dia de cerca de 973 watts por metro quadrado, uma configuração otimizada alcança um coeficiente de desempenho de 0,74 e uma medida de desempenho solar de 0,58. A adição do ejetor eleva a eficiência de refrigeração em cerca de 12 a 13 por cento e melhora a qualidade do uso de energia em aproximadamente 11 por cento, reduzindo ao mesmo tempo o custo de investimento total em torno de 9 por cento. O tanque de armazenamento triplo mantém uma diferença de temperatura acentuada de mais de 20 graus Celsius entre as zonas mais quente e mais fria ao meio‑dia, fornecendo uma fonte de calor estável para o gerador mesmo com flutuações das condições externas. Estudos de otimização identificam ainda a temperatura do gerador e o comportamento de sucção do ejetor como alavancas-chave para equilibrar eficiência e custo.

O que isso significa para o resfriamento futuro

Para não especialistas, a principal mensagem é que um redesenho cuidadoso de como transferimos calor em um sistema de refrigeração pode tornar o ar‑condicionado acionado por energia solar muito mais prático e acessível. Ao armazenar calor solar em um tanque estratificado e reciclar quedas de pressão por meio de um ejetor, esse conceito entrega mais refrigeração a partir da mesma luz solar enquanto reduz custos de equipamentos e operação. Se desenvolvido e implementado em escala, tais sistemas poderiam ajudar regiões ensolaradas e com restrição de energia a atender suas crescentes necessidades de resfriamento com menos emissões e menor dependência de condicionadores elétricos convencionais e intensivos em eletricidade.

Citação: 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

Palavras-chave: refrigeração solar, refrigeração por absorção, armazenamento de energia térmica, tecnologia de ejetor, eficiência energética