Obtienen un fluido estable para el transporte y almacenamiento de energía

Un equipo de investigación de la Universidad de Huelva ha obtenido un fluido compuesto por un material disperso en aceite de silicona muy útil para aplicaciones de recuperación de energía y para su uso en cosmética y dermatología. Este nuevo sistema mantiene sus características físicas, químicas y estructurales al cambiar de sólido a líquido y viceversa.

El nuevo material aprovecha las propiedades físicas de las emulsiones, que son sistemas formados por dos fases líquidas inmiscibles, es decir, que no se pueden fusionar, como ocurre con el agua y el aceite. Una de estas fases, la dispersa, está en forma de pequeñas gotas suspendidas en el interior de la otra, la fase continua. Para que las gotitas se queden “flotando” estables en el interior de la otra fase se necesita un emulsionante que permite que las sustancias que en principio no pueden unirse, lo hagan. Son muy utilizadas en las industrias cosmética y farmacéutica para la acumulación y transporte de sustancias, como las hidratantes o ciertos nutrientes, como vitaminas.

El nuevo material disperso en aceite de silicona es útil para aplicaciones de recuperación de energía y para su uso en cosmética y dermatología.

La nueva emulsión que describen los expertos en el artículo ‘Role of crystallinity on the thermal and viscous behaviour of polyethylene glycol-in-silicone oil (o/o) phase change emulsions’ publicado en la revista Journal of Industrial and Engineering Chemistry está formada por aceite de silicona en la fase continua y el fluido de transporte y por gotitas de un material de cambio de fase: el polietilenglicol. Este compuesto absorbe y libera energía cuando cambia de sólido a líquido y viceversa. Por tanto, puede almacenar energía térmica en su interior para utilizarla cuando sea necesaria.

En construcción, por ejemplo, ya existen materiales para paredes, suelos y tejados que acumulan calor cuando la temperatura es alta fuera, manteniendo el interior fresco. Así, cuando hace frío fuera, la energía se libera calentando el habitáculo de una manera sostenible. Este proceso se produce por un cambio de estado de los materiales ante unas circunstancias concretas de temperatura.

Lo complicado en este ámbito es lograr un material de cambio de fase en el que no intervenga una fase acuosa, ya que el agua a cien grados se evapora. “Hemos probado diferentes tipos de material que permiten dos fases oleosas (aceite-aceite, en vez de agua-aceite) para lograr mantener la estabilidad de las emulsiones. De esta manera, hemos logrado que el polietilenglicol en aceite de silicona (PEG4000) sea una opción viable, estable y de larga duración para el transporte de energía y para cosmética”, indica a la Fundación Descubre la investigadora de la Universidad de Huelva Clara Delgado, autora del artículo.

Materiales energéticos

Estos materiales se crean para utilizarlos en el aprovechamiento de las fuentes renovables de energía, como la geotérmica o la solar. El problema de los contenedores de energía es que, normalmente, las fases en las que se mueven oscilan entre líquido y sólido atendiendo a la temperatura a la que se someten. Hasta el momento, no se habían formulado emulsiones no acuosas con materiales de cambio de fase. Estas emulsiones son fluidos especiales, difíciles de estabilizar debido a la falta de conocimiento existente sobre ellos. Además, los cambios de estado hacían que la cristalización no se mantuviera estable y que se formaran picos que rompían la estructura de las gotas.

La investigadora de la Universidad de Huelva Clara Delgado, autora del artículo.

Los expertos han resuelto este conflicto utilizando una proporción concreta de un emulsionante de silicona junto al PEG que provoca que la estabilidad entre la tensión y la deformación se mantenga. Aunque aún quedan estudios para que estos contenedores sean eficaces y eficientes, su aplicación útil para cosmética sí queda demostrada en este trabajo, ya que las nuevas gotas son más duraderas y constantes que otras creadas con otros materiales.

Aun así, el equipo continúa sus trabajos para mejorar el estado de la técnica y lograr contenedores que transporten energía a gran escala. Así, se podría enviar, por ejemplo, al interior de la tierra la emulsión (las gotitas de la fase dispersa en forma sólida) donde absorbería el calor, acumulando la energía geotérmica y cambiando a forma líquida. Posteriormente, al volver a la superficie la energía quedaría disponible para su uso, liberando el calor acumulado y transformándose de nuevo en sólido.

Estos sistemas están diseñados para su uso eficiente en situaciones que se desarrollen en un rango amplio de temperatura y presión, donde el transporte de calor es la etapa clave. Además, tienen aplicaciones en muchos campos de la conversión, producción y almacenamiento de energía renovable, ya que permanecen en un estado fluido durante todo el proceso de cambio de fase, lo que permite fácilmente su transporte y circulación.

Este trabajo ha sido financiado mediante los proyectos ‘Diseño de Fluidos Microestructurados para Transporte y Almacenamiento de Calor’ de la Consejería de Transformación Económica, Industria, Conocimiento y Universidades de la Junta de Andalucía y ‘Estudio de dispersiones termorreológicamente avanzadas diseñadas para aplicaciones de transporte de calor’ del Ministerio de Ciencia e Innovación.

Referencias

Clara Delgado Sánchez, Pedro Partal, María José Martín Alfonso y Francisco Javier Navarro.‘Role of crystallinity on the thermal and viscous behaviour of polyethylene glycol-in-silicone oil (o/o) phase change emulsions’. Journal of Industrial and Engineering Chemistry. 2021

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