{"id":132624,"date":"2015-09-08T10:05:28","date_gmt":"2015-09-08T09:05:28","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=132624"},"modified":"2015-09-08T07:35:33","modified_gmt":"2015-09-08T06:35:33","slug":"cristales-liquidos-como-materiales-para-almacenamiento-termico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2015\/09\/08\/132624","title":{"rendered":"Cristales l\u00edquidos como materiales para almacenamiento t\u00e9rmico"},"content":{"rendered":"

Autora: Roc\u00edo Bay\u00f3n, CIEMAT<\/span><\/strong><\/p>\n

Muchos procesos t\u00e9rmicos del sector industrial as\u00ed como las centrales termosolares con generaci\u00f3n directa de vapor (GDV) incluyen vapor de agua como agente portador del calor. En ambos casos ser\u00eda econ\u00f3micamente muy beneficioso contar con un sistema de almacenamiento t\u00e9rmico ya que no s\u00f3lo ayudar\u00eda a aumentar la eficiencia de ambos procesos sino a reducir los costes de la electricidad en el caso de las centrales termosolares [1, 2]. Sin embargo y a pesar de estas buenas perspectivas, no hay todav\u00eda una tecnolog\u00eda de almacenamiento para este tipo de aplicaciones que tenga un coste razonable y que por tanto se pueda implantar de forma comercial.<\/span><\/p>\n

Debido a que este tipo de tecnolog\u00edas implican procesos de condensaci\u00f3n\/vaporizaci\u00f3n, el almacenamiento de energ\u00eda en forma de calor latente a temperatura constante es sin duda el m\u00e1s adecuado. Hasta ahora este tipo de almacenamiento se lleva a cabo mediante materiales de cambio de fase (PCM) que cambian de estado entre s\u00f3lido y l\u00edquido o viceversa, absorbiendo y cediendo energ\u00eda a temperatura constante.<\/span><\/p>\n

Sin embargo en estos casos, el intercambio de energ\u00eda entre el PCM y el fluido de transferencia est\u00e1 limitado por la conductividad del PCM, la cual es baja en los PCM considerados de inter\u00e9s y reduce la densidad de potencia de todo el sistema de almacenamiento. Para solventar este inconveniente, se han propuesto distintas soluciones encaminadas a la mejora de la conductividad t\u00e9rmica efectiva del PCM y de la transferencia de calor entre el PCM y el fluido por medio de dise\u00f1os especiales (y a veces complicados) del intercambiador. Desafortunadamente algunas de estas opciones no llegan a conseguir una curva de potencia constante del almacenamiento y otras se encuentran todav\u00eda en fases preliminares de desarrollo no estando clara su escalabilidad para almacenamientos de gran capacidad.<\/span><\/p>\n

Partiendo de estos antecedentes, desde el CIEMAT-PSA se propone la utilizaci\u00f3n de unos PCMs alternativos capaces de absorber y ceder energ\u00eda a temperatura constante cuando sufren un cambio entre dos fases fluidas [3]. Este comportamiento lo presentan los materiales mes\u00f3genos term\u00f3tropos o tambi\u00e9n denominados cristales l\u00edquidos term\u00f3tropos (CLs). En este tipo de materiales el punto de fusi\u00f3n es la temperatura a la cual la fase s\u00f3lida se convierte en una determinada mesofase mientras que el punto de aclaramiento es la temperatura a la cual una mesofase se convierte en l\u00edquido is\u00f3tropo, siendo \u00e9sta la transici\u00f3n de inter\u00e9s para el almacenamiento t\u00e9rmico.<\/span><\/p>\n

Las ventajas de utilizar cristales l\u00edquidos como materiales de almacenamiento con cambio de fase ser\u00edan dos principalmente. La primera es que al tratarse siempre de fases fluidas, el intercambio de energ\u00eda tendr\u00eda lugar por convecci\u00f3n, que es un mecanismo de transferencia mucho m\u00e1s eficiente que la conducci\u00f3n. La segunda es que la curva de potencia ser\u00eda constante con el tiempo tanto para el proceso de carga como para el de descarga del almacenamiento. Entre las condiciones m\u00e1s importantes que debe cumplir un cristal l\u00edquido para que sea considerado como un PCM adecuado est\u00e1n que tenga un punto de aclaramiento cercano a la temperatura de trabajo del vapor o a la cual se vaya a realizar el almacenamiento y que adem\u00e1s la entalp\u00eda de esta transici\u00f3n sea lo suficientemente alta. Por otro lado tambi\u00e9n es necesario que el material presente una viscosidad baja en ambas fases fluidas, sea estable frente a los ciclados y, desde el punto de vista de su implantaci\u00f3n comercial, tenga bajo impacto medioambiental, disponibilidad y bajo coste.<\/span><\/p>\n

En la Figura 1 se muestra un esquema de la configuraci\u00f3n que podr\u00eda tener una central termosolar con generaci\u00f3n directa de vapor con un sistema de almacenamiento indirecto en dos tanques basado en cristales l\u00edquidos: el tranque fr\u00edo conteniendo la mesofase y el tanque caliente conteniendo la fase is\u00f3tropa.<\/span><\/p>\n

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Figura 1. Esquema de planta GDV con almacenamiento basado en CLs.<\/span><\/p>\n

Hasta la fecha, las especiales propiedades de los CLs, han hecho que se utilicen en multitud de dispositivos tecnol\u00f3gicos tales como pantallas de calculadoras, televisores, ordenadores, tel\u00e9fonos m\u00f3viles as\u00ed como en term\u00f3metros, l\u00e1seres, dispositivos \u00f3pticos e incluso en c\u00e9lulas solares. Sin embargo pr\u00e1cticamente no se encuentran en la literatura aplicaciones en las que se aproveche su capacidad de intercambiar calor entre dos fases fluidas. En este sentido, el trabajo publicado por el CIEMAT-PSA sobre la utilizaci\u00f3n de CLs como materiales para almacenamiento t\u00e9rmico en forma de calor latente se puede considerar el primero que propone dicha aplicaci\u00f3n para este tipo de materiales [3]. Actualmente el CIEMAT-PSA est\u00e1 estudiando los cristales l\u00edquidos m\u00e1s id\u00f3neos para esta aplicaci\u00f3n con el objetivo de hacer el predise\u00f1o de un sistema de almacenamiento t\u00e9rmico basado en este concepto para centrales termosolares con generaci\u00f3n directa de vapor. Esta investigaci\u00f3n se est\u00e1 llevando a cabo gracias a la aportaci\u00f3n de varios proyectos: ALCCONES (financiado por la Comunidad de Madrid \u2013Ref P2013\/MAE-2985), DETECSOL (resoluci\u00f3n provisional del Programa estatal de investigaci\u00f3n, desarrollo e innovaci\u00f3n orientada a los retos de la sociedad, convocatoria 2014) y STAGE-STE (7\u00ba PM de la CE, Acuerdo Nr. 609837). <\/span><\/p>\n

Fuentes:<\/span><\/em><\/strong><\/p>\n

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  1. Tamme R., Bauer T., Buschle J., Laing D., M\u00fcller-Steinhagen H., Steinmann W. D.: Latent heat storage above 120\u00baC for applications in the industrial process heat sector and solar power generation. International Journal of Energy Research 2008; 32: 264-271.<\/li>\n
  2. Zarza E., Valenzuela L., Le\u00f3n J., Hennecke K., Eck M., Weyers H. D., Eickhoff M.: Direct steam generation in parabolic troughs: Final results and conclusions of the DISS project. Energy 2004; 29: 635-644.<\/li>\n
  3. \n

    Bay\u00f3n R., Rojas E. Liquid crystals: a new approach for latent heat storage. International Journal of Energy Research 37 (2013) 1737-1742.<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Autora: Roc\u00edo Bay\u00f3n, CIEMAT Muchos procesos t\u00e9rmicos del sector industrial as\u00ed como las centrales termosolares con generaci\u00f3n directa de vapor (GDV) incluyen vapor de agua como agente portador del calor. En ambos casos ser\u00eda econ\u00f3micamente muy beneficioso contar con un sistema de almacenamiento t\u00e9rmico ya que no s\u00f3lo ayudar\u00eda a aumentar la eficiencia de ambos procesos sino a reducir los costes de la electricidad en el caso de las centrales termosolares [1, 2]. Sin embargo y a pesar de estas buenas perspectivas, no hay todav\u00eda una tecnolog\u00eda de almacenamiento para este tipo de aplicaciones que tenga un coste razonable y\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1784,543,547],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132624"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=132624"}],"version-history":[{"count":6,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132624\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":132643,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/132624\/revisions\/132643"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=132624"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=132624"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=132624"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}