Uso de KNO3, KCl e NaCl como materiais de mudança de fase dentro do refrigerador para economia de energia

Por que o frio oculto do seu refrigerador importa

Os refrigeradores domésticos funcionam silenciosamente dia e noite, muitas vezes em cozinhas quentes, e juntos consomem uma fatia surpreendente da eletricidade residencial. Este estudo explora uma ideia simples com grande potencial: colocar um pacote fino de material especial de resfriamento sob o freezer para que o frigorífico guarde frio e atravesse as variações de temperatura com menos esforço. Ao aproveitar melhor o frio armazenado, o refrigerador pode manter temperaturas mais estáveis internamente, suportar curtos cortes de energia e reduzir a conta de eletricidade sem mudar como o aparelho é usado.

Armazenando frio como uma bateria

Os pesquisadores focaram em materiais de "mudança de fase", substâncias que absorvem ou liberam grandes quantidades de calor ao derreter e congelar, de forma análoga ao gelo quando vira água. Em vez de redesenhar o refrigerador, eles construíram um recipiente plano de aço inoxidável que se encaixa sob as serpentinas do evaporador do freezer sem ocupar espaço nas prateleiras. Preencheram esse pacote com água pura ou com água contendo pequenas quantidades (10 por cento em massa) de sais conhecidos: nitrato de potássio (KNO3), cloreto de sódio (NaCl) e cloreto de potássio (KCl). Essas misturas foram escolhidas porque congelam e derretem alguns graus abaixo de zero, próximas à temperatura normal do freezer, de modo que podem armazenar e liberar frio discretamente enquanto o refrigerador liga e desliga.

Testes em condições reais numa sala quente

Para avaliar o impacto desse armazenamento oculto de frio, a equipe testou um refrigerador padrão de 289 litros, porta única, usando um refrigerante comum (R-134a). Colocaram o aparelho em uma câmara bem controlada mantida a 32 °C e umidade moderada, imitando uma cozinha de verão quente. Sensores de precisão monitoraram temperaturas em vários pontos: dentro do freezer, no compartimento de alimentos, na gaveta de verduras, na porta e nas superfícies do condensador e do compressor. Também mediram o consumo de energia e as pressões no circuito de refrigeração. Oito cenários foram comparados: sem material de mudança de fase, água pura e as três misturas sal–água, cada uma testada em dois volumes (1 litro e 1,5 litro) no recipiente.

Alimentos mais frios e estáveis e equipamento mais suave

Os pacotes com material de mudança de fase claramente reduziram as oscilações de temperatura. No freezer, todas as misturas salinas mantiveram o ar mais frio e mais estável do que o funcionamento sem o pacote, enquanto o resto do refrigerador apresentou uma queda média de cerca de 1–3 °C. A gaveta de verduras resfriou até aproximadamente 22 por cento em relação ao cenário base, o que ajuda a conservar melhor os alimentos. Mesmo estando sob o freezer, o pacote resfriou indiretamente e suavizou as temperaturas no compartimento principal e na porta ao absorver picos de calor e então liberar frio lentamente. Ao mesmo tempo, o ponto médio do condensador e a superfície do compressor operaram alguns graus mais frios, sinais de que a máquina trabalhou menos e sob menor estresse térmico.

Economia de energia e resistência a cortes de energia

Como os materiais de mudança de fase absorveram parte da carga de resfriamento, o compressor pôde desligar com mais frequência. No melhor caso, o uso de 1 litro da mistura com KNO3 reduziu o tempo de funcionamento do compressor ao longo de um dia em 7,1 por cento. Isso se traduziu em uma redução de 8,6 por cento no consumo elétrico em comparação com o refrigerador operando sem qualquer pacote. As misturas com KCl e NaCl também economizaram energia, embora ligeiramente menos, enquanto a água pura apresentou ganhos modestos. Durante uma simulação de queda de energia de uma hora, os refrigeradores com pacotes mantiveram o freezer abaixo de zero por cerca de meia hora e mantiveram o compartimento do refrigerador até 2 °C mais frio do que a unidade não modificada, ganhando tempo extra antes que os alimentos aqueçam.

Qual mistura funciona melhor e por que isso importa

Entre todas as opções testadas, a solução com 1 litro de KNO3 apresentou o melhor equilíbrio geral: aumentou a classificação de eficiência do refrigerador (seu coeficiente de desempenho) em cerca de 12 por cento e proporcionou a maior economia de energia. Pacotes maiores de 1,5 litro ajudaram a manter as temperaturas dos compartimentos ainda mais uniformes, mas não melhoraram tanto o consumo de energia, porque material extra pode se tornar um fardo térmico quando totalmente derretido ou congelado. Para o público geral, a conclusão é direta: um pacote fino de armazenamento de frio, bem escolhido e integrado próximo ao freezer, pode tornar um refrigerador comum mais frio por dentro, proteger melhor os alimentos durante apagões e reduzir o custo de operação. O trabalho sugere que fabricantes poderiam incorporar tais pacotes usando sais baratos para reduzir a demanda residencial de energia e apoiar metas mais amplas de economia de energia e clima.

Citação: 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

Palavras-chave: refrigeradores energeticamente eficientes, materiais de mudança de fase, armazenamento térmico, refrigeração doméstica, economia de eletricidade