Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Química y del Centro de Investigación en Tecnología de Productos y Procesos Químicos (Pro2TecS) de la Universidad de Huelva ha desarrollado un innovador fluido capaz de almacenar calor, destinado a su uso posterior en sistemas solares térmicos, procesos industriales o climatización. Esta mezcla se compone de microgotas de parafina, una cera que almacena energía al fundirse, y nanopartículas de sílice, un material mineral que evita la aglomeración de las nanopartículas.
La relevancia del estudio, respaldado por la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación, radica en dos aspectos clave. En primer lugar, esta mezcla no utiliza agua como base, lo que amplía el rango de temperaturas en el que puede funcionar, ya que el agua hierve a 100 grados centígrados y limita ciertas aplicaciones térmicas. En segundo lugar, se emplean nanopartículas de sílice en lugar de estabilizantes químicos convencionales, lo que permite ajustar la textura y estabilidad del material según la cantidad utilizada.
Aplicaciones potenciales del nuevo fluido
Aunque este descubrimiento se encuentra aún en fase experimental, los investigadores consideran que esta emulsión podría tener múltiples aplicaciones en tecnologías que almacenan o gestionan calor. Esto incluye depósitos asociados a instalaciones solares térmicas, así como procesos industriales que generan calor aprovechable y edificios que requieren regulación térmica. También podría ser útil en sistemas destinados al transporte y conservación de alimentos sensibles a cambios térmicos.
A diferencia de los paneles fotovoltaicos, que generan electricidad, los equipos solares térmicos utilizan la radiación solar para calentar un fluido —habitualmente basado en agua— que circula por tuberías hacia un depósito aislado donde se conserva el calor para su uso posterior. La emulsión desarrollada por el equipo onubense podría integrarse perfectamente en estos circuitos o depósitos.
Ventajas del almacenamiento térmico
Una ventaja significativa es que este nuevo fluido no solo almacena calor mediante un aumento de temperatura, como ocurre con los fluidos convencionales basados en agua; también incorpora una segunda vía de almacenamiento gracias a la capacidad de la parafina para cambiar de estado. Cuando recibe calor, la cera se funde y absorbe energía; al bajar la temperatura, vuelve a solidificarse y libera esa energía en forma de calor. Este proceso permite almacenar más energía térmica comparado con un fluido simple como el agua.
El estudio ha sido publicado en la revista Thermal Science and Engineering Progress. En él se analiza cómo influye la cantidad de nanopartículas de sílice sobre el comportamiento del nuevo material. Los investigadores comprobaron si la emulsión mantenía su fluidez y capacidad para almacenar y liberar calor tras ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. Sebastián Sanabria, investigador de la Universidad de Huelva, comentó: «Queríamos verificar que el material conservaba sus propiedades tras un uso continuado».
Desarrollo del material y próximos pasos
Para fabricar esta emulsión, los investigadores utilizaron una parafina que se funde entre los 58 y 60 grados centígrados, adecuada para aplicaciones como sistemas solares térmicos o climatización. Esta cera fue mezclada con polietilenglicol 400, un líquido capaz de soportar temperaturas más elevadas que el agua. El proceso implicó fundir la parafina e incorporarla al fluido mediante agitación a alta velocidad.
Uno de los principales desafíos fue evitar que las microgotas se aglutinaran o que la mezcla perdiera estabilidad con el tiempo. Para ello, se emplearon nanopartículas de sílice alrededor de cada gota creando una barrera física que las mantiene separadas mediante un método conocido como emulsión Pickering, eliminando así la necesidad de estabilizantes químicos convencionales.
Eficiencia energética mejorada
Diversas formulaciones fueron preparadas con diferentes proporciones de nanopartículas para evaluar su impacto en el comportamiento del material. Los resultados mostraron que a mayor cantidad de sílice, más pequeñas eran las microgotas y mayor era la estabilidad emulsionante. Esta estabilidad es crucial para permitir el flujo del fluido por tuberías sin perder sus propiedades.
Las pruebas revelaron además que la emulsión mantiene su funcionamiento estable tras múltiples ciclos térmicos. Después del proceso repetido de fusión y solidificación, las microgotas recuperan su forma original manteniéndose distribuidas uniformemente. «Esto indica que el sistema puede utilizarse repetidamente sin perder eficacia», concluyó Sanabria.
La capacidad térmica obtenida es comparable a otros materiales basados en parafina; sin embargo, al no utilizar agua como base, este nuevo material puede operar en un rango más amplio de temperaturas, ampliando así sus posibles aplicaciones.
El siguiente paso será someter esta emulsión a pruebas en una planta piloto ubicada en la Universidad de Huelva para evaluar su rendimiento bajo condiciones más cercanas a las reales. El objetivo final es avanzar hacia materiales capaces de mejorar la eficiencia energética y contribuir a reducir el consumo energético derivado del uso fósil.
Dicha investigación ha contado con financiamiento por parte de la Consejería mencionada anteriormente mediante ayudas posdoctorales EMERGIA y ha recibido apoyo adicional del Ministerio correspondiente junto con fondos europeos.
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