Análise experimental comparativa de sistemas de refrigeração por absorção a vapor integrados a térmica solar e fotovoltaica para resfriamento sustentável de baixo GWP em condições tropicais

Por que um resfriamento mais limpo importa

Manter alimentos frescos e medicamentos seguros depende cada vez mais de geladeiras e câmaras frias, especialmente em países quentes e de rápido crescimento como a Índia. No entanto, a maioria dos sistemas de refrigeração atuais funciona com compressores eletricamente intensivos e utiliza gases que retêm calor na atmosfera. Este estudo explora uma abordagem diferente: refrigeradores movidos pelo sol que dependem principalmente de calor em vez de eletricidade e usam fluidos de baixo potencial de aquecimento global, oferecendo uma forma de expandir o acesso ao resfriamento sem agravar as mudanças climáticas.

Dois caminhos solares para a mesma câmara fria

Os pesquisadores focaram em uma tecnologia chamada refrigeração por absorção a vapor, que substitui o compressor elétrico usual por um ciclo químico acionado por calor. Em vez de um motor potente comprimindo um refrigerante, o calor de uma fonte externa impulsiona um par líquido–vapor através de um ciclo de evaporação e absorção para produzir frio. Como a entrada principal é calor de baixa temperatura, esses sistemas podem ser alimentados por fontes renováveis, como energia solar ou calor residual de motores, e podem operar com fluidos mais amigáveis ao meio ambiente do que muitos refrigeradores convencionais.

Construindo sistemas de teste movidos a sol

Para ver como melhor operar esse tipo de sistema em condições tropicais reais, a equipe construiu duas versões em torno do mesmo pequeno refrigerador por absorção usando uma mistura amônia–água. Na primeira versão, um coletor solar térmico de placa plana aqueceu água, que então passou por um trocador de calor de cobre envolvido ao redor do gerador do refrigerador, fornecendo o calor necessário para acionar o ciclo de refrigeração. Na segunda versão, um painel solar modesto de 100 watts alimentou eletricidade através de um controlador de carga para uma bateria, que por sua vez alimentou um aquecedor elétrico simples dentro do mesmo gerador. Mantendo a unidade de refrigeração idêntica, o experimento isolou a questão: é melhor aproveitar o sol como calor ou como eletricidade para esse tipo de resfriamento?

Desempenho dos sistemas sob o sol tropical

Em céu limpo no sul da Índia, o coletor solar térmico aqueceu a água a quase 90 °C, temperatura suficiente para iniciar e sustentar o ciclo de absorção. Esse coletor de placa plana alcançou uma eficiência térmica média de cerca de 35 por cento ao longo do dia. Acoplado ao refrigerador, resfriou a câmara de armazenamento para cerca de 12 °C após aproximadamente quatro horas e meia — adequado para muitas frutas, verduras e outros perecíveis em câmaras frias rurais. O conjunto solar-térmico-e-refrigerador atingiu um coeficiente de desempenho (uma medida da saída de frio dividida pela energia de entrada) de 0,14, modesto pelos padrões convencionais, mas obtido em grande parte a partir da luz solar disponível gratuitamente.

Comparando calor e eletricidade do sol

A versão fotovoltaica usou a mesma luz solar para gerar eletricidade. Como os painéis solares são mais sensíveis a nuvens passageiras e pequenas sombras do que os coletores térmicos, sua produção flutuou mais ao longo da tarde. Ainda assim, o painel superdimensionado de 100 watts e a bateria mantiveram a temperatura do gerador principalmente entre 80 e 89 °C durante as horas de sol intenso. Esse sistema resfriou a câmara um pouco mais, até cerca de 9 °C em pouco mais de três horas, e apresentou classificação de desempenho similar, com um coeficiente de desempenho de 0,12 e uma eficiência de conversão elétrica geral em torno de 9 por cento durante seu período mais estável.

Custo, praticidade e impacto rural

Quando a equipe considerou custo dos equipamentos, confiabilidade e facilidade de manutenção, a opção simples de energia térmica solar se destacou. A unidade acionada por placa plana foi mais barata de construir, mecanicamente mais simples e menos vulnerável a sombreamentos breves. No entanto, ela precisa de um tanque de armazenamento de água quente bem isolado para manter o resfriamento após o pôr do sol. A versão fotovoltaica, em contraste, pode compensar períodos nublados e operar à noite com armazenamento em bateria, mas requer mais eletrônica, custo inicial maior e manutenção mais especializada. Ambas as abordagens, porém, se mostraram tecnicamente capazes de manter a faixa de 9–12 °C importante para proteger colheitas em vilarejos fora da rede.

O que isso significa para o resfriamento futuro

Para leigos, a conclusão é que geladeiras não precisam depender de usinas movidas a combustíveis fósseis ou de gases que danificam o clima. Este estudo mostra que pequenos sistemas de absorção movidos a energia solar podem fornecer armazenamento frigorífico útil em regiões quentes e rurais usando hardware modesto e fluidos de trabalho de baixo impacto. Coletores solares térmicos oferecem uma opção robusta e econômica onde os orçamentos são apertados e o sol é intenso, enquanto painéis solares proporcionam flexibilidade quando eletricidade confiável ou backup por bateria é mais importante. Com melhorias adicionais no projeto dos sistemas e em misturas alternativas de refrigerantes, esses refrigeradores de absorção movidos a sol podem se tornar pilares de cadeias frias com baixo impacto climático, ajudando agricultores, clínicas e residências a se manterem frios sem aquecer o planeta.

Citação: Selvaraj, D.A., Nadimuthu, L.P.R., Victor, K. et al. Experimental comparative analysis of solar thermal and photovoltaic integrated vapor absorption refrigeration systems for low-GWP sustainable cooling under tropical conditions. Sci Rep 16, 11709 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47817-8

Palavras-chave: refrigeração solar, refrigeração por absorção, armazenamento frigorífico rural, refrigerantes de baixo GWP, energia renovável