Producción de emulsiones de PCM en el laboratorio. Crédito: Fraunhofer ISE
El agua ha demostrado su valor como portador de calor, por ejemplo, cuando se trata de transferir el calor de una caldera a un radiador o mantener refrigerados. Pero hay un nuevo contendiente en la escena: en el proyecto Optimus, los investigadores de Fraunhofer ISE en Freiburg están trabajando con socios de la industria para desarrollar emulsiones de material de cambio de fase (PCM) con alta densidad de almacenamiento para usar en edificios e industria, pero también en sistemas de bombas de calor y para enfriar baterías en vehículos de motor.
Las emulsiones de PCM son una mezcla de parafinas y mezclas de agua o glucolos de agua, que se utilizan principalmente en el sector de movilidad, donde la adición de glicol evita que la mezcla se congele. Los investigadores usan parafinas que se dispersan o emulsionan en agua o las mezclas de glicol de agua.
Los tensioactivos estabilizan las gotas de parafina ultrafina distribuidas por todo el agua, lo que presta la mezcla térmica y estabilidad mecánica. Las emulsiones utilizan la alta densidad de energía de las parafinas durante la transición de fase de sólido a líquido.
“Debido a que emulsificamos las parafinas en el agua, pueden permanecer líquidos independientemente de su estado de fase en la emulsión que se crea y se utiliza como líquidos de transferencia de calor en redes de calefacción y enfriamiento, lo que significa que las mezclas pueden bombear a través de tuberías. Durante el cambio de fase, el PCMS absorbe o libera grandes cantidades de calentamiento incluso cuando su temperatura sigue constante”, explica Stefan Gschwander, un científico de investigación en la científica de la investigación en la científica de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en el científico de la investigación en la fratul.
Esto permite a los investigadores lograr el doble de la densidad de almacenamiento del agua, que se utiliza actualmente como portador de calor en las redes de suministro de calefacción y enfriamiento convencionales, en el rango de fusión de PCM mientras mantiene el volumen igual.
Además de su alta densidad de almacenamiento, las emulsiones de PCM también tienen una serie de otras ventajas. Debido a su alta capacidad de almacenamiento de calor, los sistemas que usan PCM se pueden diseñar para ocupar menos espacio. Ofrecen una alta capacidad de calor, especialmente donde el diferencial de temperatura es pequeño.
“El uso de PCM es especialmente interesante para aplicaciones que permiten solo diferencias de temperatura mínima, como el enfriamiento de la construcción o el aire acondicionado. Los sistemas de aire acondicionado convencionales que usan agua como portador de calor requieren altos flujos volumétricos y grandes volúmenes de almacenamiento. Aquí es donde brilan realmente PCM”, dice Gschwander.
PCM personalizados con diferentes temperaturas de fusión
En el proyecto, los socios están desarrollando emulsiones PCM adecuadas con temperaturas de fusión que varían entre 12 ° C y 18 ° C, 20 ° C y 28 ° C, y 45 ° C y 50 ° C para cualquier aplicación, desde aire acondicionado en edificios hasta instalaciones industriales, enfriamiento de baterías y bombas de calor.
Todas las emulsiones que se han desarrollado ya se han sometido a pruebas termomecánicas en un circuito de prueba hidráulico con una bomba centrífuga, varias válvulas, un tanque de expansión de diafragma y un intercambiador de calor de placa. Pueden soportar hasta 100,000 ciclos.
Los investigadores inicialmente desarrollaron, caracterizaron y probaron las emulsiones de PCM a escala de laboratorio, utilizando volúmenes de producción de hasta 5 litros. Luego, las fórmulas se escalaron a la escala de la planta piloto, produciendo volúmenes de hasta 100 litros.
Los planes llaman aún más las emulsiones de PCM, a la escala de medidores cúbicos, en colaboración con el socio de la industria H&R Wax & Specialties GmbH. El objetivo es producir las emulsiones en mayores volúmenes para demostrar su uso en depósitos fríos utilizados para el aire acondicionado o enfriamiento de procesos.
Las emulsiones de PCM se proporcionarán inicialmente para dos demostraciones. En el primero, el calor residual de las salas de servidores en un edificio de la corte se almacenará durante la calefacción activa y luego se transfirirá al suministro de aire a través de la emulsión, lo que hace que esa energía térmica esté disponible para ayudar a calentar el edificio. En la segunda aplicación, los planes requieren máquinas de moldeo por inyección de enfriamiento y liberar el calor almacenado en las horas pico en el aire libre (enfriamiento libre) por la noche.
“En este momento, estamos optimizando nuestras fórmulas para lograr una estabilidad y densidad de almacenamiento aún mayor”, explica Gschwander.
Proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft
Cita: Reducir el consumo de energía con materiales de cambio de fase (2025, 1 de julio) Recuperado el 1 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-energy-consumion-materials.html
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