Microgotas de cera para guardar el calor del sol

Antes de que existieran los radiadores eléctricos, las bombas de calor o los sistemas solares térmicos, muchas casas combatían el frío con un invento simple, pero efectivo: una botella de agua caliente envuelta en tela y colocada bajo las sábanas. Aquel recurso, fruto de la necesidad y de las imaginativas mentes de las abuelas, no producía calor; sino que lo conservaba. Guardaba durante unas horas la energía y la liberaba lentamente para caldear el lecho.

Esa misma lógica -almacenar calor cuando está disponible para usarlo después- está detrás del fluido diseñado por 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, que ha diseñado un fluido que almacena calor para usarlo después en sistemas solares térmicos, procesos industriales o climatización. La mezcla combina microgotas de parafina, una cera que guarda energía al fundirse, con nanopartículas de sílice, un material mineral, que evita que las nanopartículas se agrupen.

El reto era evitar que esas microgotas de cera se unieran entre sí o que la mezcla se separara con el tiempo.

Una de las principales novedades del trabajo es que la emulsión no utiliza agua como base. Muchas mezclas de almacenamiento térmico sí lo hacen, pero el agua hierve a 100 grados centígrados, lo que limita algunas aplicaciones. En este caso, el equipo emplea polietilenglicol 400, un fluido que soporta temperaturas más altas y permite ampliar el rango de funcionamiento.

Aunque el trabajo se encuentra todavía en fase de laboratorio, los investigadores apuntan a posibles aplicaciones en tecnologías donde se almacena o gestiona calor: 

• Instalaciones solares térmicas.
• Depósitos de acumulación.
• Procesos industriales.
• Climatización de edificios.
• Sistemas de transporte y conservación de alimentos sensibles a los cambios de temperatura.

Un fluido que guarda energía

A diferencia de los paneles fotovoltaicos, que transforman la radiación solar en electricidad, los sistemas solares térmicos aprovechan el sol para calentar un fluido. Ese líquido circula por tuberías y transporta el calor hasta un depósito aislado, parecido a un gran termo, donde se conserva para utilizarlo más tarde.

La emulsión desarrollada por el equipo onubense podría emplearse en ese tipo de circuitos o depósitos. Su ventaja es que no solo almacena energía porque aumenta su temperatura, como ocurre con un fluido convencional, sino porque incorpora microgotas de parafina capaces de cambiar de estado.

Cuando recibe calor, esta cera se funde y absorbe energía. Cuando la temperatura baja, vuelve a solidificarse y libera esa energía en forma de calor. Este proceso permite almacenar más energía térmica que un fluido que únicamente se calienta y se enfría.

El material diseñado por el equipo reúne varias propiedades de interés para el almacenamiento térmico:

• No utiliza agua como base, por lo que puede trabajar a temperaturas más altas.
• Incorpora microgotas de parafina, que almacenan calor al fundirse.
• Emplea nanopartículas de sílice como estabilizante mineral.
• Mantiene separadas las gotas de cera y evita que la mezcla se degrade rápidamente.
• Permite ajustar la textura y estabilidad del fluido según la cantidad de nanopartículas.
• Conserva su capacidad de almacenar y liberar calor tras ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento.

Estas ventajas apoyan una futura aplicación real, ya que el material no solo debe guardar calor; también debe circular por tuberías, almacenarse en depósitos y soportar cambios térmicos sin perder estabilidad.

Más versátil que el agua

Tal y como explican los expertos en el artículo publicado en la revista Thermal Science and Engineering Progress, la mezcla se basa en una emulsión Pickering. Este tipo de formulación utiliza partículas sólidas para estabilizar gotas dispersas en un fluido.

En este caso, las gotas son de parafina y las partículas, de sílice. Las nanopartículas se colocan alrededor de las microgotas de cera como una barrera física que evita que se agrupen. De este modo, sustituyen a estabilizantes químicos convencionales y mantienen la estructura física del material. “Hemos analizado cómo cambia la mezcla cuando se añade más o menos cantidad de nanopartículas de sílice. En concreto, comprobamos si el material podía fluir bien y si conservaba su capacidad para guardar y liberar calor tras varios ciclos de calentamiento y enfriamiento”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Huelva Sebastián Sanabria Sanabria.

El investigador de la Universidad de Huelva Sebastián Sanabria Sanabria, en el laboratorio.

Los resultados muestran que la concentración de sílice influye directamente en el tamaño de las gotas y en la estabilidad de la emulsión. A mayor cantidad de nanopartículas, las gotas de parafina son más pequeñas y la estructura interna resulta más estable.

Ajustar el material según el uso

Los expertos explican que si la emulsión es demasiado líquida, puede separarse con el tiempo. Si es demasiado densa, resulta difícil bombearla por tuberías o integrarla en circuitos térmicos. Por eso, el equipo ha analizado cómo ajustar su textura en función de la cantidad de nanopartículas añadida.

Los ensayos muestran que la emulsión mantiene una buena respuesta tras ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento. Después de fundirse y solidificarse, las microgotas de parafina conservan su distribución y recuperan su forma. “Este aspecto es de gran interés, porque significa que el sistema puede funcionar de manera repetida”, señala Sebastián Sanabria Sanabria.

Aprovechar el calor disponible

El siguiente paso será escalar el sistema a una fase piloto en la Universidad de Huelva para evaluar su comportamiento en condiciones más próximas a una aplicación real. Si los resultados se mantienen, esta emulsión podría contribuir a mejorar la eficiencia energética en instalaciones donde el calor se produce en un momento y se necesita en otro.

De este modo, el equipo investigador lleva al laboratorio una lógica antigua y doméstica: guardar el calor para cuando haga falta. Como aquellas botellas de agua caliente que las abuelas colocaban bajo las sábanas para templar la cama, esta emulsión no crea energía nueva, sino que busca prolongar la utilidad del calor ya disponible. Ahí reside una de las claves de la transición energética: no solo producir energía limpia, sino conservarla mejor.

Así, con microgotas de cera y partículas minerales, el equipo propone una forma de almacenar calor cuando está disponible y liberarlo cuando hace falta. Una tecnología todavía en fase de laboratorio, pero orientada a una idea cada vez más necesaria: que la energía limpia no solo se genere, sino que también se aproveche mejor.

Más información en #CienciaDirecta: Diseñan un fluido con microgotas de cera y minerales que almacena energía solar