Tipos de materiales de absorción de calor en ingeniería térmica: agua, sales fundidas y materiales de cambio de fase; sus ventajas y desventajas en aplicaciones comunes.
3 Tipos de Materiales de Absorción de Calor
En el campo de la ingeniería térmica, la selección de materiales que puedan absorber y almacenar calor de manera eficiente es crucial para una amplia gama de aplicaciones. Estos materiales se utilizan en sistemas de calefacción, refrigeración y almacenamiento de energía. A continuación, exploramos tres tipos comunes de materiales de absorción de calor: agua, sales fundidas y materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés).
1. Agua
El agua es uno de los materiales más comunes y eficientes para la absorción de calor debido a su alta capacidad calorífica específica. La capacidad calorífica específica es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de una unidad de masa del material en un grado Celsius (o Kelvin). En el caso del agua, esta capacidad es 4.18 J/g°C, lo que significa que puede almacenar una gran cantidad de energía térmica.
- Ventajas: Abundante, no tóxico, bajos costos.
- Desventajas: Puede congelarse o evaporarse a temperaturas extremas, lo que limita su uso en ciertas aplicaciones.
El agua se utiliza comúnmente en sistemas de calefacción y en la industria para la transferencia de calor, como en sistemas de enfriamiento y calderas.
2. Sales Fundidas
Las sales fundidas son compuestos inorgánicos que se derriten a altas temperaturas, convirtiéndose en líquidos. Estos líquidos pueden almacenar y transferir grandes cantidades de calor. Una de las sales fundidas más comunes es la mezcla de nitrato de sodio (NaNO3) y nitrato de potasio (KNO3).
- Ventajas: Pueden operar a altas temperaturas, buena estabilidad térmica.
- Desventajas: Corrosivos para algunos metales, pueden ser costosos.
Las sales fundidas son ampliamente utilizadas en el almacenamiento de energía térmica en plantas termosolares, donde pueden almacenar el exceso de calor generado durante el día para su uso durante la noche.
3. Materiales de Cambio de Fase (PCM)
Los materiales de cambio de fase son sustancias que absorben o liberan una gran cantidad de calor cuando cambian de estado (de sólido a líquido o de líquido a gas, por ejemplo). Durante un cambio de fase, un PCM puede mantener una temperatura constante al absorber o liberar energía.
- Ventajas: Alta densidad de energía, capacidad para mantener temperaturas constantes.
- Desventajas: Algunos pueden ser costosos, la selección adecuada del PCM puede ser compleja.
Los PCM son utilizados en aplicaciones como la climatización de edificios, almacenamiento de energía y en la industria de refrigeración. Un PCM típico es el parafina, que cambia de sólido a líquido alrededor de 20-25°C.
Conclusión
La elección del material adecuado para la absorción de calor depende de la aplicación específica y de las propiedades térmicas requeridas. El agua, las sales fundidas y los materiales de cambio de fase ofrecen diferentes ventajas y desventajas que deben ser consideradas en el diseño de sistemas térmicos. Comprender estas opciones permite a los ingenieros diseñar sistemas más eficientes para gestionar y aprovechar el calor.
