Avances para la aplicación de nanofluidos en sistemas de almacenamiento de energía

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Imágenes de termografías de infrarrojo durante el proceso de calentamiento de la

Imágenes de termografías de infrarrojo durante el proceso de calentamiento de la muestra del nanofluido (izquierda) y el fluido base (derecha). Las imágenes de la 15 a la 24 muestran cómo en el nanofluido aparecen regiones a una temperatura más baja a pesar del aumento del flujo de calor.

Los sistemas de almacenamiento de energía son tecnologías clave para lograr la transición hacia las energías renovables, que pueden hacerse más viables si mejora la eficiencia energética de los primeros. Actualmente, más del 70 % de los sistemas de energía solar concentrada tienen integrado un sistema de almacenamiento de energía térmica (TES). Este tipo de centrales alcanzaron una capacidad instalada de 4,5 GW a finales de 2019. Para mejorar la eficiencia energética de estos sistemas, es esencial la investigación y la innovación en el campo de los materiales. En este contexto, los nanofluidos han generado muchas expectativas, ya que este nuevo tipo de fluidos presenta un aumento anormal de la capacidad calorífica, que puede ser un 30 % superior al valor del fluido base gracias a la incorporación de una baja concentración de nanopartículas. Esta mejora de las propiedades térmicas permite aumentar el sistema de densidad energética.

En un artículo publicado recientemente en , un equipo del Centro de Diseño y Optimización de Procesos y Materiales ( DIOPMA ) y del Instituto de Química Teórica y Computacional de la UB ( IQTCUB ) ha demostrado experimentalmente por primera vez los principales fenómenos implicados en el incremento anormal de la capacidad calorífica de los nanofluidos. Además de cambiar la forma de entender estos materiales, los resultados del estudio suponen un avance hacia su aplicación.

Los nanofluidos son una opción prometedora para una gran variedad de tecnologías, incluidos los sistemas de almacenamiento térmico. ’El uso de nanofluidos podría aumentar la eficiencia de la central solar concentrada y reducir los costes asociados al proceso de almacenamiento térmico’, explica la catedrática Inés Fernández, del Departamento de Ciencia de los Materiales y Química Física.

A pesar del gran potencial de los nanofluidos, todavía estamos lejos de entender algunas de sus características fundamentales, como por ejemplo su estabilidad. Por otra parte, las discrepancias observadas en los valores experimentales y los valores simulados de sus propiedades termofísicas no son de gran ayuda. Por lo tanto, es necesario crear un marco teórico que nos ayude a optimizar los nanofluidos y aprovechar su potencial. ’Este trabajo nos da una explicación sobre el aumento anómalo de la capacidad calorífica de los nanofluidos de nitrato de sodio, lo que permitirá avanzar en la ciencia de los nanofluidos y sus aplicaciones industriales’, añade Adela Svobodova, primera autora del estudio.

Para lograr información sobre el mecanismo que hay tras el aumento de la capacidad térmica de los nanofluidos, el equipo de investigación utilizó diferentes métodos de caracterización, como la termografía de infrarrojos, la espectroscopia infrarroja y la calorimetría de barrido diferencial (DSC). Mediante la termografía infrarroja, los investigadores de la UB establecieron que hay regiones del nanofluido que presentan gradientes de temperatura elevados. Estos gradientes surgen de la formación de interfaces líquido-sólido entre las superficies de nanopartículas y el fluido base, debidas a la aparición de una capa superficial a temperaturas más altas. Esa formación de interfaces sólido-líquidas influye directamente en el aumento de la capacidad térmica del sistema, lo que permite almacenar más energía térmica.

Artículo de referencia:

A. Svobodova Sedlackova, A. Calderón, C. Barreneche, P. Gamallo y A. I. Fernández. ’Understanding the abnormal thermal behavior of nanofluids through infrared thermography and thermo physical characterization’ . , vol. 11, 2021. DOI: 10.1038/s41598-021-84292-9


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