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Un segundo acumulador de calor es el simple aumento de temperatura sin cambio de fase. Para estas aplicaciones, la capacidad calorífica específica del material de almacenamiento, así como su densidad, deben ser elevadas para almacenar un máximo de calor en un mínimo de material/espacio (capacidad de almacenamiento). Este efecto se utiliza para la climatización de edificios y su confort térmico. Para transferir bien la energía del PCM al entorno, también debe tener una conductividad térmica elevada.
Propiedades del PCM
Por tanto, los materiales de cambio de fase deben tener las siguientes propiedades:
- una elevada capacidad de almacenamiento o calor latente por volumen. Esto se consigue cuando el calor molar de fusión es elevado y, al mismo tiempo, hay una densidad y una capacidad calorífica específica elevadas.
- una alta conductividad térmica para un rápido intercambio de calor entre el PCM y el entorno
- una tasa de nucleación elevada para evitar el sobreenfriamiento y conseguir el cambio de fase a la temperatura de funcionamiento.
- un bajo cambio de volumen durante la transición de fase para evitar tensiones mecánicas en los recipientes y grietas en la fase sólida.
- bajo coste por energía almacenada y buena disponibilidad
- Gran estabilidad química sin descomposición, lo que permite muchos ciclos de fusión/congelación.
Los PCM pueden dividirse en dos grupos: materiales orgánicos e inorgánicos.
Ventajas de los materiales PCM
Los materiales orgánicos (principalmente hidrocarburos, aceites y grasas, pero también hidratos de carbono) tienen temperaturas de funcionamiento más bajas que los materiales inorgánicos y algunas otras ventajas, como su estabilidad térmica y química.
Desventajas de los materiales PCM
Análisis térmico del PCM
El análisis térmico es una herramienta muy potente para el desarrollo y la caracterización de los PCM:
- Termogravimetría (TGA) se utiliza para estudiar la estabilidad térmica o la descomposición.
- La calorimetría diferencial de barrido (DSC) se utiliza no sólo para medir la temperatura de fusión (temperatura de funcionamiento) y la entalpía de fusión, que proporcionan información útil sobre la capacidad de almacenamiento, sino también para medir la capacidad calorífica específica (Cp).
También existen numerosas técnicas conocidas para medir la conductividad térmica, siendo el método del hilo caliente el más potente para las aplicaciones PCM. Otros métodos son las técnicas de flujo de calor y el método de destello láser. En todos los métodos de medición de la conductividad térmica, el reto particular es obtener datos fiables exactamente durante el cambio de fase de un PCM, por lo que el método rápido de hilo caliente tiene ventajas decisivas en este caso.
