Materiales de cambio de fase nanoencapsulados para la mejora de las propiedades térmicas en fluidos de transporte de calor

Abstract

Uno de los temas más investigados en los últimos años dentro del campo de la energía solar térmica, es la mejora de las propiedades térmicas de los fluidos de transporte de calor (HTFs). Para conseguirlo, entre los métodos comúnmente utilizadosse encuentra el empleo de nanofluidos, formados al añadir al HTF partículas de tamaño nanométrico de materiales con propiedades térmicas superiores a las del fluido base. En este trabajo se ha estudiado la aplicación de materiales de cambio de fase (PCMs) para la creación de uno de estos nanofluidos. Estos materiales se caracterizan por tener altas entalpías de cambio de fase, por lo que además de la conductividad térmica y el calor sensible, se pueden obtener grandes mejoras en la capacidad térmica del nanofluido a través del calor latente. El estudio se ha llevado a cabo utilizando nanopartículas metálicas de Sn encapsuladas por una corteza de SnO. La existencia de este recubrimiento de los núcleos de metal puro es fundamental para su funcionamiento dentro del fluido, y en el caso del encapsulado de óxido, éste se forma de manera natural al estar en contacto con el oxígeno atmosférico. Por este motivo, buena parte de los ensayos realizados en este trabajo se centran en determinar la morfología, tamaño y propiedades del núcleo y corteza de las nanopartículas, comprobando la integridad del encapsulado frente a altas temperaturas y ciclado térmico, y analizando por último la estabilidad térmica del nanofluido resultante de la adición de estas nanopartículas a un aceite térmico comúnmente empleado como HTF. Por otra parte, en general las nanopartículas metálicas presentan una diferencia entre las temperaturas de fusión y cristalización de sus núcleos, conocida como superenfriamiento. Este hecho se debe a la escasez de puntos de nucleación que dan lugar a una cristalización homogénea, y puede suponer un inconveniente en algunas aplicaciones. Por ello se ha intentado solucionar, o al menos controlar, este fenómeno mediante el uso de aleaciones no eutécticas, en las que una parte de los núcleos permanezca siempre en estado sólido, de manera que actúe como puntos de nucleación para la cristalización.