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La emulsión, aún en fase de laboratorio, prescinde del agua como base y se plantea para solar térmica, climatización y procesos industriales.
Un equipo de investigación de la Universidad de Huelva, UHU, ha desarrollado una emulsión térmica diseñada para almacenar calor y liberarlo posteriormente en aplicaciones como solar térmica, climatización o determinados procesos industriales. El trabajo, realizado por investigadores del Departamento de Ingeniería Química y del Centro de Investigación en Tecnología de Productos y Procesos Químicos, Pro2TecS, combina microgotas de parafina con nanopartículas de sílice en un fluido base distinto del agua.
La propuesta introduce dos cambios relevantes frente a otras formulaciones empleadas para almacenamiento térmico. Por un lado, sustituye el agua por polietilenglicol 400, un fluido que soporta temperaturas más elevadas y amplía el rango operativo del sistema. Por otro, recurre a nanopartículas de sílice como elemento estabilizante, en lugar de aditivos químicos convencionales, para mantener separadas las microgotas de cera y conservar la estabilidad de la emulsión durante los ciclos de uso.
La ventaja del nuevo material es que no solo acumula calor por aumento de temperatura, como ocurre con un fluido convencional, sino también mediante almacenamiento térmico latente. La parafina incorporada a la emulsión se funde cuando recibe calor y absorbe energía durante ese cambio de fase; cuando la temperatura desciende, vuelve a solidificarse y libera la energía acumulada.
Este comportamiento permite elevar la capacidad de almacenamiento térmico del fluido frente a soluciones que solo trabajan con calor sensible, es decir, aquellas en las que la energía se almacena únicamente elevando la temperatura del líquido. Según los investigadores, esta característica podría resultar útil en depósitos y circuitos de instalaciones solares térmicas, así como en aplicaciones donde se requiera gestionar calor de forma más eficiente y estable.
El estudio ha sido publicado en la revista Thermal Science and Engineering Progress y analiza el comportamiento de la emulsión tras someterla a ciclos repetidos de calentamiento y enfriamiento, con el objetivo de comprobar su estabilidad y su capacidad de mantener las propiedades térmicas y de fluidez tras un uso continuado.
Para fabricar el material, el equipo empleó una parafina con punto de fusión entre 58 y 60 °C, un intervalo compatible con aplicaciones como sistemas solares térmicos, climatización o determinados procesos de aprovechamiento de calor residual. La cera se dispersó en polietilenglicol 400 mediante agitación a alta velocidad y a 80 °C, generando una emulsión en la que la parafina queda distribuida en forma de microgotas.
Uno de los principales retos del desarrollo era evitar que esas microgotas se agruparan entre sí o que la mezcla perdiera estabilidad con el tiempo. Para resolverlo, los investigadores utilizaron nanopartículas de sílice que se sitúan alrededor de cada gota y crean una barrera física que las mantiene separadas. Este enfoque responde al modelo de emulsión Pickering, una técnica que permite estabilizar sistemas dispersos mediante partículas sólidas y prescindir de tensioactivos o estabilizantes químicos convencionales.
El equipo ensayó distintas formulaciones con concentraciones de sílice comprendidas entre el 0,10% y el 3% para evaluar su influencia sobre el tamaño de las microgotas, la estabilidad y el comportamiento térmico del sistema. Los resultados muestran que, a medida que aumenta el contenido de sílice, las gotas de parafina se reducen y la emulsión gana estabilidad, un aspecto clave para su futura integración en tuberías, depósitos o circuitos térmicos.
Los investigadores señalan que la emulsión mantiene un comportamiento estable tras numerosos ciclos térmicos y que las microgotas recuperan su forma y permanecen distribuidas de manera uniforme después de fundirse y solidificarse. La capacidad de almacenamiento obtenida es comparable a la de otros materiales basados en parafina, pero con una diferencia relevante: al no utilizar agua como fluido base, el sistema puede trabajar en un rango de temperaturas más amplio.
Ese margen abre la puerta a su uso en depósitos de acumulación solar térmica, en procesos industriales con calor recuperable, en edificios que requieran regulación térmica o en aplicaciones de transporte y conservación de alimentos sensibles a variaciones de temperatura. En todos estos casos, el interés del material reside en combinar transporte de calor, capacidad de almacenamiento y estabilidad de uso en una misma formulación.
Pese a estos resultados, el desarrollo se encuentra todavía en fase de laboratorio. El siguiente paso del proyecto será ensayar la emulsión en una planta piloto de la Universidad de Huelva para analizar su comportamiento en condiciones más próximas a una aplicación real, tanto en circulación como en almacenamiento.
La investigación ha contado con financiación de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, a través de las ayudas posdoctorales Emergia, y con apoyo del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Agencia Estatal de Investigación y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, Feder.
