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Material de cambio de fase

Una almohadilla térmica de acetato de sodio . Cuando la solución de acetato de sodio cristaliza, se calienta. Un vídeo que muestra una "almohadilla térmica" en acción. Un vídeo ...

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Una almohadilla térmica de acetato de sodio . Cuando la solución de acetato de sodio cristaliza, se calienta.
Un vídeo que muestra una "almohadilla térmica" en acción.
Un vídeo que muestra una "almohadilla térmica" con una cámara térmica.

Un material de cambio de fase ( PCM ) es una sustancia que libera o absorbe suficiente energía durante la transición de fase para proporcionar calor o frío útiles. Generalmente, la transición se produce entre dos de los estados fundamentales de la materia : sólido y líquido. La transición de fase también puede darse entre estados no clásicos de la materia, como la cristalización, donde el material pasa de una estructura cristalina a otra, que puede corresponder a un estado de mayor o menor energía.

La energía necesaria para transformar la materia de una fase sólida a una fase líquida se conoce como entalpía de fusión . La entalpía de fusión no contribuye al aumento de temperatura. Por lo tanto, cualquier energía calorífica añadida durante el cambio de fase no producirá un aumento de temperatura. La entalpía de fusión suele ser mucho mayor que el calor específico , lo que significa que se puede absorber una gran cantidad de energía calorífica mientras la materia permanece isotérmica . El hielo, por ejemplo, requiere 333,55 J/g para fundirse, pero el agua aumentará un grado más con la adición de tan solo 4,18 J/g. Por consiguiente, el agua/hielo es un material de cambio de fase muy eficaz y se ha utilizado para almacenar el frío del invierno y enfriar edificios en verano desde al menos la época del Imperio aqueménida .

Al fundirse y solidificarse a la temperatura de cambio de fase (TCF), un material de cambio de fase (PCM) es capaz de almacenar y liberar grandes cantidades de energía en comparación con el almacenamiento de calor sensible . El calor se absorbe o se libera cuando el material cambia de estado sólido a líquido y viceversa, o cuando cambia su estructura interna; por consiguiente, los PCM se denominan materiales de almacenamiento de calor latente (LHS).

Existen dos clases principales de materiales de cambio de fase: los materiales orgánicos (que contienen carbono) derivados del petróleo, de plantas o de animales; y los hidratos de sal, que generalmente utilizan sales naturales del mar o de depósitos minerales, o son subproductos de otros procesos. Una tercera clase corresponde a los materiales de cambio de fase sólido-sólido.

Los materiales de cambio de fase (PCM) se utilizan en muchas aplicaciones comerciales diferentes donde se requiere almacenamiento de energía y/o temperaturas estables, incluyendo, entre otras, almohadillas térmicas, refrigeración para cajas de conmutación telefónica y prendas de vestir.

El mercado con mayor potencial se encuentra, sin duda, en la calefacción y refrigeración de edificios. En esta aplicación, los materiales de cambio de fase (PCM) presentan un gran potencial debido a la progresiva reducción del coste de la electricidad renovable, sumada a su carácter intermitente. Esto puede generar un desajuste entre la demanda máxima y la disponibilidad de suministro. En Norteamérica, China, Japón, Australia, el sur de Europa y otros países desarrollados con veranos calurosos, la oferta máxima se produce al mediodía, mientras que la demanda máxima se sitúa entre las 17:00 y las 20:00 horas. Esto crea oportunidades para los sistemas de almacenamiento térmico.

Existen dos formas comunes de utilizar los materiales de cambio de fase (PCM): primero, de forma pasiva, donde el PCM se ubica estratégicamente para absorber y liberar calor debido a la diferencia de temperatura, la cual se modera. En estas aplicaciones, el PCM puede encapsularse e integrarse en la estructura del objeto o espacio que se desea acondicionar. En algunas aplicaciones, especialmente cuando se requiere su incorporación a textiles, los materiales de cambio de fase se microencapsulan . La microencapsulación permite que el material permanezca sólido, en forma de pequeñas burbujas, una vez que el núcleo del PCM se ha fundido.

Alternativamente, el material de cambio de fase (PCM) puede estar contenido en un recipiente, y el flujo de calor hacia y desde el PCM puede controlarse bombeando un fluido de transferencia de calor a través de un intercambiador de calor , generalmente sumergido en el PCM dentro del recipiente. En este caso, el sistema es una subcategoría de "batería térmica" o "TES", almacenamiento de energía térmica, que también incluye el almacenamiento de calor sensible.

Clasificación de los materiales de cambio de fase

Los materiales de cambio de fase (PCM) utilizados para el almacenamiento de energía térmica se clasifican comúnmente según su composición química y comportamiento de transición de fase. La mayoría de las revisiones distinguen tres grandes grupos: PCM orgánicos, inorgánicos y eutécticos. Más recientemente, los PCM compuestos y microencapsulados se consideran subclases separadas, ya que están diseñados específicamente para superar inconvenientes como la baja conductividad térmica, las fugas y la segregación de fases. [ 1 ] [ 2 ]

PCM orgánicos

Los PCM orgánicos se basan principalmente en ceras de parafina (alcanos lineales) y compuestos orgánicos no parafínicos como ácidos grasos, alcoholes grasos y polioles. [ 1 ] Experimentan una transición de fase sólido-líquido en un rango de temperatura relativamente estrecho y suelen presentar valores de calor latente de aproximadamente 150–250 kJ·kg⁻¹ en el rango de temperatura relevante para la construcción (0–65  °C). [ 3 ] Los PCM orgánicos son químicamente estables, presentan poca o ninguna superenfriamiento y muestran una buena estabilidad cíclica, lo que los hace atractivos para el funcionamiento a largo plazo. También son no corrosivos para la mayoría de los materiales de los contenedores y pueden producirse a partir de materias primas petroquímicas o de origen biológico.

Sin embargo, los PCM orgánicos generalmente presentan una baja conductividad térmica (típicamente alrededor de 0,2 W·m⁻¹·K⁻¹), lo que limita la velocidad de almacenamiento y liberación de calor a menos que se agreguen rellenos conductores o aletas. [ 1 ] Las parafinas también son inflamables, y algunos PCM basados ​​en ácidos grasos pueden emitir olores o interactuar con matrices poliméricas en sistemas compuestos. Su densidad de energía volumétrica es menor que la de muchos hidratos de sales inorgánicas debido a su menor densidad.

Hidratos de sales inorgánicas y otros materiales de cambio de fase inorgánicos

Los PCM inorgánicos incluyen hidratos de sal (por ejemplo, sulfato de sodio decahidratado, cloruro de calcio hexahidratado), sales anhidras, óxidos y aleaciones metálicas. [ 2 ] Los hidratos de sal se estudian ampliamente para el almacenamiento de energía térmica a baja y media temperatura porque combinan un calor latente relativamente alto (a menudo 200–300 kJ·kg⁻¹) con una conductividad térmica y una densidad de almacenamiento volumétrico mayores que los PCM orgánicos comunes. [ 3 ] Los PCM inorgánicos no son inflamables y muchas composiciones son económicas, lo que los hace atractivos para sistemas a gran escala como envolventes de edificios, bombas de calor y recuperación de calor residual industrial.

Los principales inconvenientes de los hidratos de sal son su tendencia a sufrir subenfriamiento, segregación de fases y fusión incongruente, lo que puede provocar una pérdida gradual de la capacidad de almacenamiento en ciclos repetidos si no se mitigan mediante agentes nucleantes, espesantes o estrategias de encapsulación. [ 2 ] [ 4 ] Algunos PCM inorgánicos también pueden ser corrosivos para los metales, lo que requiere una cuidadosa selección de los materiales del contenedor y del intercambiador de calor.

A temperaturas de funcionamiento más elevadas (por encima de aproximadamente 120  °C), las aleaciones metálicas y las sales fundidas a base de nitratos, cloruros o fluoruros se consideran materiales de cambio de fase (PCM) de alta temperatura para la energía solar concentrada y el calor de procesos industriales . [ 5 ] Estos materiales ofrecen una alta estabilidad térmica y una buena conductividad térmica, pero cuestiones como la corrosividad, la oxidación y la necesidad de contención a alta temperatura siguen siendo importantes desafíos de diseño.

PCM eutécticos

Los PCM eutécticos son mezclas de dos o más componentes que se funden y solidifican congruentemente a una composición fija y a una temperatura única y bien definida, inferior al punto de fusión de cualquiera de sus componentes individuales. [ 1 ] Los sistemas eutécticos pueden formularse a partir de combinaciones orgánicas-orgánicas, inorgánicas-inorgánicas u orgánicas-inorgánicas, lo que proporciona una gran flexibilidad para ajustar la temperatura de cambio de fase a una aplicación específica. Por ejemplo, las mezclas eutécticas de ácidos grasos o parafinas suelen diseñarse para lograr temperaturas de confort humano en las envolventes de los edificios, mientras que los eutécticos de sal-sal se exploran para el almacenamiento térmico a temperaturas medias y altas.

Debido a que los PCM eutécticos se funden congruentemente, generalmente evitan los problemas de segregación de fases observados en algunos hidratos de sal. Sin embargo, sus propiedades termofísicas dependen en gran medida de la elección de los componentes, y a menudo se requiere una caracterización experimental para confirmar la estabilidad del ciclo a largo plazo y la compatibilidad con los materiales del contenedor. [ 2 ]

PCM compuestos

Los PCM compuestos se formulan combinando un PCM base con una matriz de soporte o rellenos de alta conductividad para mejorar propiedades como la conductividad térmica, la estabilidad de forma y la resistencia mecánica. [ 2 ] [ 1 ] Las estrategias comunes incluyen la incorporación de PCM orgánicos o inorgánicos en metales porosos, espumas de carbono, grafito expandido, aerogeles de sílice o redes poliméricas, que confinan físicamente la fase líquida y evitan fugas durante la fusión. Los compuestos a base de grafito y carbono, en particular, pueden aumentar la conductividad térmica efectiva en uno o dos órdenes de magnitud, manteniendo al mismo tiempo un alto calor latente.

Estudios recientes también exploran compuestos con aditivos nanoestructurados, como nanotubos de carbono, nanoplaquetas de grafeno o nanopartículas metálicas, para mejorar la transferencia de calor y adaptar el comportamiento reológico. [ 6 ] Los PCM compuestos se utilizan ampliamente en aplicaciones donde se requiere alta densidad de potencia , integridad mecánica o estabilidad de forma (por ejemplo, en paneles de yeso, paquetes de baterías o refrigeración de componentes electrónicos).

PCM microencapsulados

Los materiales de cambio de fase microencapsulados (microPCM) consisten en un núcleo de PCM rodeado por una fina capa polimérica o inorgánica, generalmente del orden de los micrómetros. La microencapsulación aísla físicamente el PCM del entorno externo, evitando fugas, reduciendo la reactividad con la matriz y aumentando la superficie de transferencia de calor debido a la gran cantidad de partículas pequeñas. [ 7 ]

Los microPCM se pueden dispersar en agua, aglutinantes poliméricos, morteros o fibras textiles, lo que permite su integración en materiales de construcción, recubrimientos y tejidos funcionales. [ 7 ] Los materiales de la cubierta incluyen resinas de melamina-formaldehído, poliuretanos, poli(metacrilato de metilo) y, más recientemente, cubiertas inorgánicas basadas en sílice o dióxido de titanio. Los parámetros clave de diseño son la eficiencia de encapsulación, el espesor de la cubierta, la robustez mecánica y la estabilidad a largo plazo frente a ciclos térmicos. [ 8 ]

La microencapsulación también se aplica a los PCM inorgánicos, como los hidratos de sal, para mitigar el subenfriamiento y la segregación de fases, manteniendo la compatibilidad del material con las lechadas acuosas y las matrices cementicias. [ 9 ] Como resultado, los PCM microencapsulados se utilizan cada vez más en envolventes de edificios, revocos ligeros y revestimientos para regular pasivamente la temperatura interior y reducir las cargas máximas de refrigeración.

Criterios de selección

El material de cambio de fase debe poseer las siguientes propiedades termodinámicas: [ 10 ]

  • Temperatura de fusión en el rango de temperatura de funcionamiento deseado.
  • Alto calor latente de fusión por unidad de volumen
  • Alto calor específico, alta densidad y alta conductividad térmica.
  • Pequeños cambios de volumen en la transformación de fase y baja presión de vapor a temperaturas de funcionamiento para reducir el problema de contención.
  • Fusión congruente

Propiedades cinéticas

  • Alta tasa de nucleación para evitar el subenfriamiento de la fase líquida.
  • Alta tasa de crecimiento de cristales , de modo que el sistema pueda satisfacer las demandas de recuperación de calor del sistema de almacenamiento.

Propiedades químicas

  • Estabilidad química
  • Ciclo completo reversible de congelación/descongelación
  • No se observa degradación después de un gran número de ciclos de congelación/descongelación.
  • Materiales no corrosivos, no tóxicos, no inflamables y no explosivos.

Propiedades económicas

  • Bajo costo
  • Disponibilidad

Propiedades termofísicas

Las propiedades termofísicas clave de los materiales de cambio de fase incluyen: punto de fusión (T m ) , calor de fusión (Δ H fus ) , calor específico ( c p ) (de la fase sólida y líquida), densidad (ρ) (de la fase sólida y líquida) y conductividad térmica . Las propiedades térmicas de los PCM representativos se muestran a continuación. [ 11 ] [ 12 ] A partir de ahí se pueden calcular valores como el cambio de volumen y la capacidad calorífica volumétrica . Un desafío importante es la conductividad térmica inherentemente baja de muchos PCM, que limita su eficiencia de transferencia de calor. Para abordar este problema, se han introducido aditivos de alta conductividad térmica como nanotubos de carbono , grafeno y nanopartículas metálicas para mejorar su rendimiento. Otro problema crítico es el superenfriamiento, donde el PCM permanece en estado líquido por debajo de su punto de congelación. Se han desarrollado soluciones como agentes nucleantes y técnicas de encapsulación para mitigar este efecto. Además, la expansión de volumen durante las transiciones de fase puede afectar la estabilidad del material, lo que requiere diseños estructurales avanzados y estrategias de contención. Estudios recientes también han explorado PCMs nano-mejorados y estructuras compuestas para optimizar aún más los tiempos de respuesta térmica y la estabilidad del ciclo. [ 13 ] [ 14 ] Se ha demostrado que estos PCMs nano-mejorados, en particular aquellos que incorporan espumas metálicas, mejoran la conductividad térmica, lo que aumenta su eficiencia en aplicaciones de gestión térmica.

Tecnología, desarrollo y encapsulación

Los materiales de cambio de fase (PCM) más utilizados son los hidratos de sal , los ácidos grasos y ésteres , y diversas parafinas (como el octadecano ). Recientemente, también se han investigado los líquidos iónicos como nuevos PCM.

Dado que la mayoría de las soluciones orgánicas no contienen agua, pueden exponerse al aire; sin embargo, todas las soluciones de PCM a base de sales deben encapsularse para evitar la evaporación o absorción de agua. Ambos tipos ofrecen ciertas ventajas y desventajas, y si se aplican correctamente, algunas de las desventajas se convierten en ventajas para determinadas aplicaciones.

Se han utilizado desde finales del siglo XIX como medio para aplicaciones de almacenamiento térmico . Se han empleado en aplicaciones tan diversas como el transporte refrigerado [ 15 ] , el transporte ferroviario [ 16 ] y el transporte por carretera [ 17 ] , por lo que sus propiedades físicas son bien conocidas.

A diferencia de los sistemas de almacenamiento de hielo, los sistemas PCM pueden utilizarse con cualquier enfriador de agua convencional , tanto para instalaciones nuevas como para modernizaciones. El cambio de fase de temperatura positiva permite su uso con enfriadores centrífugos y de absorción, así como con los sistemas convencionales de enfriamiento alternativo y de tornillo, e incluso en condiciones ambientales más bajas, utilizando una torre de enfriamiento o un enfriador seco para cargar el sistema TES.

El rango de temperatura que ofrece la tecnología PCM abre nuevas perspectivas para los ingenieros de instalaciones y refrigeración de edificios en lo que respecta a aplicaciones de almacenamiento de energía a temperaturas medias y altas. El alcance de esta aplicación de energía térmica es muy amplio e incluye sistemas de calefacción solar, agua caliente sanitaria, disipación de calor (por ejemplo, torres de refrigeración) y almacenamiento de energía térmica en circuitos de refrigeración seca.

Dado que los PCM se transforman entre sólido y líquido en ciclos térmicos, la encapsulación [ 18 ] se convirtió naturalmente en la opción de almacenamiento obvia.

  • Encapsulación de PCM
    • Macroencapsulación: El desarrollo inicial de la macroencapsulación con gran volumen de contención fracasó debido a la baja conductividad térmica de la mayoría de los materiales de cambio de fase (PCM). Los PCM tienden a solidificarse en los bordes de los contenedores, lo que impide una transferencia de calor eficaz.
    • Microencapsulación: Por otro lado , la microencapsulación no presentó este problema. Permite incorporar los PCM a materiales de construcción, como el hormigón , de forma sencilla y económica. Los PCM microencapsulados también proporcionan un sistema portátil de almacenamiento de calor. Al recubrir un PCM de tamaño microscópico con una capa protectora, las partículas pueden suspenderse en una fase continua como el agua. Este sistema puede considerarse una suspensión de cambio de fase ( PCS ).
    • La encapsulación molecular es otra tecnología desarrollada por Dupont de Nemours que permite una concentración muy alta de PCM dentro de un compuesto polimérico. Permite una capacidad de almacenamiento de hasta 515 kJ / m² para un panel de 5 mm (103 MJ / m³ ) . La encapsulación molecular permite perforar y cortar el material sin que se produzcan fugas de PCM.   

Como los materiales de cambio de fase funcionan mejor en recipientes pequeños, suelen dividirse en celdas. Estas celdas son poco profundas para reducir la presión estática, basándose en el principio de geometría de recipiente poco profundo. El material de embalaje debe conducir bien el calor y ser lo suficientemente resistente para soportar los cambios frecuentes en el volumen del material almacenado a medida que se producen los cambios de fase. También debe impedir el paso del agua a través de las paredes, para que los materiales no se sequen (o se filtren, si el material es higroscópico ). El embalaje también debe resistir fugas y corrosión . Los materiales de embalaje comunes que muestran compatibilidad química con los PCM a temperatura ambiente incluyen acero inoxidable , polipropileno y poliolefina .

Nanopartículas como nanotubos de carbono, grafito, grafeno, metales y óxidos metálicos pueden dispersarse en PCM. Cabe destacar que la inclusión de nanopartículas no solo alterará la conductividad térmica del PCM, sino también otras características, como la capacidad calorífica latente, el subenfriamiento, la temperatura de cambio de fase y su duración, la densidad y la viscosidad. Este nuevo grupo de PCM se denomina NePCM. [ 19 ] Los NePCM pueden añadirse a espumas metálicas para crear combinaciones con una conductividad térmica aún mayor. [ 20 ]

compuestos térmicos

El término compuestos térmicos se refiere a combinaciones de materiales de cambio de fase (PCM) y otras estructuras (generalmente sólidas). Un ejemplo sencillo es una malla de cobre sumergida en parafina. Esta malla de cobre dentro de la parafina puede considerarse un material compuesto, denominado compuesto térmico. Estos materiales híbridos se crean para lograr propiedades generales o volumétricas específicas (un ejemplo es la encapsulación de parafina en nanoesferas de dióxido de silicio para aumentar la relación superficie-volumen y, por lo tanto, las velocidades de transferencia de calor [ 21 ] ).

La conductividad térmica es una propiedad común que se busca maximizar mediante la creación de compuestos térmicos. En este caso, la idea básica es aumentar la conductividad térmica añadiendo un sólido altamente conductor (como la malla de cobre o el grafito [ 22 ] ) al material de cambio de fase (PCM) de conductividad relativamente baja, aumentando así la conductividad térmica global o volumétrica. [ 23 ] Si se requiere que el PCM fluya, el sólido debe ser poroso, como una malla.

Los compuestos sólidos, como los preimpregnados de fibra de vidrio o kevlar para la industria aeroespacial, suelen constar de una fibra (el kevlar o el vidrio) y una matriz (el adhesivo, que se solidifica para sujetar las fibras y proporcionar resistencia a la compresión). Un compuesto térmico no está tan claramente definido, pero podría referirse de forma similar a una matriz (sólida) y al material de cambio de fase (PCM), que, por supuesto, suele ser líquido o sólido según las condiciones. También se utilizan para descubrir elementos traza en la Tierra.

Materiales compuestos de almacenamiento de energía con cambio de fase de conversión fototérmica (PTCPCESM)

Los PTCPCESM son materiales compuestos de cambio de fase con materiales fototérmicos. Tienen amplias aplicaciones en diversas industrias, debido a su alta conductividad térmica, eficiencia de conversión fototérmica, capacidad de almacenamiento de calor latente, estabilidad fisicoquímica y efecto de ahorro de energía. [ 24 ]

Los PTCPCESM consisten principalmente en materiales portadores funcionales y PCM orgánicos. Durante la transición de fase sólido-líquido, los PCM orgánicos pueden absorber y liberar una gran cantidad de calor latente. Mientras tanto, los materiales portadores funcionales no solo mejoran la estabilidad y eficiencia de la conversión fototérmica, sino que también introducen diversas funciones de conversión de energía. [ 24 ] La conversión fototérmica está relacionada con la estructura de bandas y otras propiedades eléctricas de los materiales fototérmicos, lo que contribuye a un espectro solar de absorción diferente. Esto se logra utilizando materiales como nanoestructuras a base de carbono (por ejemplo, grafeno, CNT), nanopartículas plasmónicas (por ejemplo, Au, Ag) y semiconductores (por ejemplo, TiO 2 , MoS 2 ). Los PCM comunes incluyen materiales orgánicos (parafinas, ácidos grasos) y materiales inorgánicos (hidratos de sal, aleaciones metálicas).

Los investigadores han estado trabajando en PTCPCESM de alta eficiencia. Una forma combinada de compuestos de cambio de fase difuncionales integrados con materiales de cambio de fase y materiales de conversión fototérmica puede alcanzar una eficiencia de conversión fototérmica del 51,25 % y no muestra fugas a 60  °C durante 24 h. [ 25 ] Algunos investigadores sintetizaron un nuevo material de conversión y almacenamiento solar-térmico estable en forma mediante la incorporación de nanotubos de carbono de pared simple funcionalizados con grupos amino en un PCM de poliuretano a base de polietilenglicol, y alcanzaron una eficiencia de conversión y almacenamiento solar-térmico del 89,3 %. [ 26 ]

Avances recientes en materiales de cambio de fase

Desarrollo de PCM de alto rendimiento

Investigaciones recientes se han centrado en mejorar la eficiencia y la estabilidad de los PCM mediante innovaciones en los materiales. Nuevos PCM compuestos orgánico-inorgánicos, como los sistemas microencapsulados a base de parafina y los hidratos de sal con conductividad térmica mejorada , han demostrado capacidades de almacenamiento de energía superiores. [ 27 ] Además, los marcos metalorgánicos (MOF) se han investigado como posibles candidatos a PCM debido a sus propiedades de transición de fase ajustables y su alta densidad de almacenamiento térmico. [ 28 ]

Aplicaciones en el almacenamiento y la gestión de energía.

Los PCM se han utilizado cada vez más en sistemas de almacenamiento de energía, particularmente en aplicaciones de energía renovable. Un enfoque prometedor es la integración de PCM en unidades de almacenamiento de energía térmica para sistemas de energía solar y eólica. [ 29 ] Al mitigar las fluctuaciones en la generación de energía, estos materiales mejoran la confiabilidad de las fuentes de energía renovable. Además, la incorporación de PCM en sistemas de baterías de iones de litio ha mostrado potencial en el manejo del desbordamiento térmico, mejorando así la seguridad y la longevidad de la batería. [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] Adicionalmente, se han desarrollado ventanas y paredes inteligentes mejoradas con PCM para regular las temperaturas interiores y reducir el consumo de energía de los edificios hasta en un 30%. [ 33 ] Los sistemas de bomba de calor integrados con PCM también han demostrado ahorros significativos en aplicaciones de calefacción y refrigeración.

Retos y perspectivas de futuro

A pesar de sus ventajas, algunas aplicaciones del almacenamiento térmico con materiales de cambio de fase (PCM) presentan desafíos que deben abordarse para su implementación generalizada. En muchos casos, la baja conductividad térmica de los materiales orgánicos constituye una limitación importante.

Para abordar el desafío mencionado, se están realizando esfuerzos para incorporar rellenos de alta conductividad térmica, como el grafeno y los nanotubos de carbono . [ 34 ]

Otra preocupación es la estabilidad a largo plazo de los PCM, ya que las transiciones de fase repetidas pueden provocar la degradación del material en el caso de los PCM orgánicos; y la separación de fases en el caso de ciertos hidratos de sal, aunque esto normalmente se puede revertir simplemente "cocinando" el PCM para restaurar todo el material a la misma fase.

Se están desarrollando técnicas de encapsulación y nuevos aditivos estabilizadores para superar estos problemas. [ 35 ] De cara al futuro, se espera que los avances en los materiales de cambio de fase (PCM) nano-mejorados y los materiales híbridos amplíen aún más sus aplicaciones, convirtiéndolos en parte integral de las futuras tecnologías energéticamente eficientes.

Sin embargo, existen algunas aplicaciones que no presentan tales obstáculos, siempre que se disponga de un material de cambio de fase (PCM) adecuado, por ejemplo, el almacenamiento térmico activo que consiste en hidratos de sal en un recipiente grande que contiene PCM, con carga y descarga efectuadas mediante un intercambiador de calor.

Aplicaciones

Las aplicaciones [ 36 ] [ 37 ] de los materiales de cambio de fase incluyen, entre otras:

Cuestiones de seguridad y contra incendios

Los hidratos de sal, materiales de cambio de fase, contienen aproximadamente un 50 % de agua y no son inflamables. Generalmente se componen de sales comunes presentes en el agua de mar, suelen ser no tóxicos (aunque corrosivos) y, en principio, si ya no se necesitan, pueden desecharse vertiéndolos al mar, de donde proceden.

Los materiales de cambio de fase orgánicos (PCM) suelen ser inflamables. Algunos también son tóxicos y pueden contener pequeñas cantidades de aromáticos u otras fracciones tóxicas derivadas del refinado de petróleo, ya que la destilación no suele ser completa.

Por lo tanto, los materiales de cambio de fase (PCM) deben seleccionarse y aplicarse con sumo cuidado, de acuerdo con las normas de seguridad contra incendios y de construcción, así como con buenas prácticas de ingeniería. Debido al mayor riesgo de incendio, la emisión de humo y el potencial de explosión al almacenarse en contenedores, es recomendable no utilizar PCM inflamables en viviendas u otros edificios de uso frecuente. Se debe solicitar la ficha de datos de seguridad al proveedor.

Véase también

Referencias

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Fuentes

  • Materiales de almacenamiento de energía basados ​​en materiales de cambio de fase (PCM) y ejemplos de aplicaciones globales, Zafer URE M.Sc., C.Eng. Aplicaciones HVAC de MASHRAE
  • Sistemas de refrigeración pasiva basados ​​en materiales de cambio de fase: principios de diseño y ejemplos de aplicación global, Zafer URE M.Sc., C.Eng. Aplicación de refrigeración pasiva MASHRAE

Lecturas adicionales

  • Raoux, S. (2009). "Materiales de cambio de fase". Annual Review of Materials Research . 39 : 25–48 . Bibcode : 2009AnRMS..39...25R . doi : 10.1146/annurev-matsci-082908-145405 . S2CID 137035578 . 
  • La importancia del cambio de fase (blog del sector)
  • https://climator.com/sv/pcm-losningar/ (Climator Sweden AB)