Materiales de Cambio de Fase
Páginas: 6 (1305 palabras)
Publicado: 11 de septiembre de 2013
Los materiales de cambio de fase (MCF)
Los materiales con cambio de fase (Phase Change Material - PCM) son materiales con un alto calor latente que, a la temperatura de cambio de fase (sólido ↔ líquido), son capaces de almacenar o liberar grandes cantidades de energía (hasta 100 veces más que si emplea el calor sensible). El interés de este tipo de materiales radica en que, durante elcambio de fase, la temperatura se mantiene constante mientras que el material va absorbiendo o liberando energía. La temperatura de cambio de fase es característica de cada MCF. Se trata de materiales inteligentes (smart materials) y pasivos, los cuales actúan de manera reversible en base a la condiciones térmicas del entorno. En general son materiales de bajo coste.
I- TIPOS
El material decambio de fase más conocido y utilizado es el hielo, que a 0ºC —al aplicarle energía— pasa del estado sólido a líquido sin variar la temperatura. Siendo este proceso reversible.
Cuatro posibilidades de cambio de fase:
Sólido-Sólido
Sólido-Liquido
Gas-Liquido
Sólido-Gas
De entre los posibles cambios de fase, el más interesante es el de sólido a líquido, ya que aunque la cantidad de energíaalmacenada es inferior que entre otros cambios de estado (de sólido a gas), la variación de volumen es menor.
MCF Inorgánicos:
Tienen una temperatura o un rango de temperaturas de fusión entre -100 ° C y 1000 ° C. Los más comunes son: el hielo (Punto de fusión 0°C), soluciones acuosas de sal (punto de fusión inferior a 0 ° C), sales hidratadas (temperatura de fusión entre 5 ° C y 130 °C), mezclas de sales, mezclas de metales (temperatura superior a 150 ° C en estado fundido)
Ventajas:
generalmente más baratos y disponibles
calor latente importante
densidad de almacenamiento térmico elevada
elevada conductividad térmica
temperatura de cambio de fase claramente definida
no inflamables
Inconvenientes:
el encapsulado y preparación para su uso ocasionan algunosproblemas
su uso prolongado necesita de aditivos
son susceptibles de subenfriamiento
los aditivos utilizados para evitar una fusión incongruente reducen su capacidad de almacenamiento latente por unidad de volumen en más de un 25%
potencialmente corrosivos con algunos metales
Sales hidratadas:
Estos materiales tienen algunas propiedades atractivas como los elevados valores de calor latente, noson inflamables y su elevado contenido hídrico significa que son baratos y muy disponibles. Sin embargo, sus características de inadaptación (corrosión, inestabilidad, dificultades de re-solidificación y tendencia al subenfriamiento) han conducido a la investigación de estos materiales inorgánicos, para su aplicación.
Valores típicos de sales hidratadas con temperatura de fusión próxima a latemperatura de confort
El más utilizado es el sulfato de sodio, mas especialmente el sal de Glauber (Mirabilita) en forma deca-hidratada (Na2SO4 · 10H2O), que tiene una temperatura de fusión de 33ºC. Es muy estable químicamente. No se descompone incluso bajo el efecto del calor, y que no responde a las temperaturas actuales con agentes oxidantes o reductores. A altas temperaturas, se puedereducir por el sulfuro de sodio. Se utiliza para los sistemas de almacenamiento de energía en los edificios debido a sus propiedades de solubilidad inusuales, y su alto calor de cristalización.
El más utilizado para el almacenamiento de energía térmica es el acetato de sodio tri-hidratado que tiene una temperatura de fusión de 58ºC. Este material se ha utilizado en los contenedores móviles (porcamión) para almacenar el calor residual de los incineradores de residuos. La restitución de la energía se realiza a continuación de forma remota en estaciones equipadas, a una temperatura de aproximadamente 50ºC.
MCF Orgánicos:
Tienen una temperatura o un rango de temperaturas de fusión entre 0ºC y 150ºC. Los más utilizados se basan esencialmente en parafina, ácidos grasos y alcoholes de...
Los materiales con cambio de fase (Phase Change Material - PCM) son materiales con un alto calor latente que, a la temperatura de cambio de fase (sólido ↔ líquido), son capaces de almacenar o liberar grandes cantidades de energía (hasta 100 veces más que si emplea el calor sensible). El interés de este tipo de materiales radica en que, durante elcambio de fase, la temperatura se mantiene constante mientras que el material va absorbiendo o liberando energía. La temperatura de cambio de fase es característica de cada MCF. Se trata de materiales inteligentes (smart materials) y pasivos, los cuales actúan de manera reversible en base a la condiciones térmicas del entorno. En general son materiales de bajo coste.
I- TIPOS
El material decambio de fase más conocido y utilizado es el hielo, que a 0ºC —al aplicarle energía— pasa del estado sólido a líquido sin variar la temperatura. Siendo este proceso reversible.
Cuatro posibilidades de cambio de fase:
Sólido-Sólido
Sólido-Liquido
Gas-Liquido
Sólido-Gas
De entre los posibles cambios de fase, el más interesante es el de sólido a líquido, ya que aunque la cantidad de energíaalmacenada es inferior que entre otros cambios de estado (de sólido a gas), la variación de volumen es menor.
MCF Inorgánicos:
Tienen una temperatura o un rango de temperaturas de fusión entre -100 ° C y 1000 ° C. Los más comunes son: el hielo (Punto de fusión 0°C), soluciones acuosas de sal (punto de fusión inferior a 0 ° C), sales hidratadas (temperatura de fusión entre 5 ° C y 130 °C), mezclas de sales, mezclas de metales (temperatura superior a 150 ° C en estado fundido)
Ventajas:
generalmente más baratos y disponibles
calor latente importante
densidad de almacenamiento térmico elevada
elevada conductividad térmica
temperatura de cambio de fase claramente definida
no inflamables
Inconvenientes:
el encapsulado y preparación para su uso ocasionan algunosproblemas
su uso prolongado necesita de aditivos
son susceptibles de subenfriamiento
los aditivos utilizados para evitar una fusión incongruente reducen su capacidad de almacenamiento latente por unidad de volumen en más de un 25%
potencialmente corrosivos con algunos metales
Sales hidratadas:
Estos materiales tienen algunas propiedades atractivas como los elevados valores de calor latente, noson inflamables y su elevado contenido hídrico significa que son baratos y muy disponibles. Sin embargo, sus características de inadaptación (corrosión, inestabilidad, dificultades de re-solidificación y tendencia al subenfriamiento) han conducido a la investigación de estos materiales inorgánicos, para su aplicación.
Valores típicos de sales hidratadas con temperatura de fusión próxima a latemperatura de confort
El más utilizado es el sulfato de sodio, mas especialmente el sal de Glauber (Mirabilita) en forma deca-hidratada (Na2SO4 · 10H2O), que tiene una temperatura de fusión de 33ºC. Es muy estable químicamente. No se descompone incluso bajo el efecto del calor, y que no responde a las temperaturas actuales con agentes oxidantes o reductores. A altas temperaturas, se puedereducir por el sulfuro de sodio. Se utiliza para los sistemas de almacenamiento de energía en los edificios debido a sus propiedades de solubilidad inusuales, y su alto calor de cristalización.
El más utilizado para el almacenamiento de energía térmica es el acetato de sodio tri-hidratado que tiene una temperatura de fusión de 58ºC. Este material se ha utilizado en los contenedores móviles (porcamión) para almacenar el calor residual de los incineradores de residuos. La restitución de la energía se realiza a continuación de forma remota en estaciones equipadas, a una temperatura de aproximadamente 50ºC.
MCF Orgánicos:
Tienen una temperatura o un rango de temperaturas de fusión entre 0ºC y 150ºC. Los más utilizados se basan esencialmente en parafina, ácidos grasos y alcoholes de...
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