Un equipo de investigación de la Universidad de Huelva (UHU) ha diseñado un fluido que almacena calor para su uso posterior en sistemas solares térmicos, procesos industriales, climatización y aplicaciones sensibles a los cambios de temperatura. El material combina microgotas de parafina, una cera que absorbe energía al fundirse, con nanopartículas de sílice que contribuyen a mantener estable la mezcla.
El desarrollo procede del Departamento de Ingeniería Química y del Centro de Investigación en Tecnología de Productos y Procesos Químicos (Pro2TecS) de la Universidad de Huelva (UHU), con apoyo de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía.
La novedad del trabajo reside en dos aspectos. Por un lado, la mezcla no utiliza agua como base, a diferencia de muchas emulsiones de este tipo. Esto amplía el margen de temperaturas en el que puede funcionar, ya que el agua hierve a 100 grados centígrados y limita algunas aplicaciones térmicas. Por otro lado, el equipo emplea nanopartículas de sílice en lugar de estabilizantes químicos convencionales. Estas partículas mantienen separadas las microgotas de cera y permiten ajustar la textura, la estabilidad y el comportamiento del material según la cantidad añadida.
Sistemas solares térmicos, procesos industriales o climatización
Aunque el descubrimiento se encuentra todavía en fase de laboratorio, los autores apuntan a que esta emulsión podría utilizarse en tecnologías donde se almacena o gestiona calor, como los depósitos asociados a instalaciones solares térmicas, que aprovechan el sol para calentar un fluido. También podría emplearse en procesos que generan calor aprovechable, en edificios que necesitan regular la temperatura interior o en sistemas de transporte y conservación de alimentos sensibles a los cambios térmicos.
Para entender su posible aplicación, los expertos explican que, a diferencia de los paneles fotovoltaicos, que producen electricidad, los equipos solares térmicos aprovechan la radiación del sol para calentar un fluido que, habitualmente, suele tener agua como base. Ese líquido circula por tuberías y lleva el calor hasta un depósito aislado, parecido a un termo de gran tamaño, donde se conserva para utilizarlo después.
La emulsión desarrollada por el equipo onubense podría emplearse precisamente en ese tipo de circuitos o depósitos. Su ventaja es que no solo almacena calor porque aumenta su temperatura, como ocurre con un fluido convencional basado en agua, sino que añade una segunda vía de almacenamiento por la capacidad de la parafina para 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 solo se calienta y se enfría, como el agua.
Parafina, polietilenglicol y nanopartículas de sílice
El estudio, publicado en la revista ‘Thermal Science and Engineering Progress’, analiza cómo afecta la proporción de nanopartículas de sílice al comportamiento del nuevo material. El equipo comprobó si la emulsión conservaba su fluidez y su capacidad para almacenar y liberar calor después de sucesivos ciclos de calentamiento y enfriamiento, con el objetivo de evaluar su resistencia a un uso continuado.
Para fabricar el fluido, los investigadores utilizaron una parafina que se funde entre los 58 y 60 grados centígrados, un intervalo adecuado para aplicaciones solares térmicas, climatización y determinados procesos industriales. Esta cera se incorporó a polietilenglicol 400, un líquido que actúa como base de la emulsión y soporta temperaturas superiores a las del agua.
El proceso consistió en fundir la parafina y dispersarla en el polietilenglicol 400 a 80 grados centígrados mediante agitación de alta velocidad. Uno de los retos técnicos era evitar que las microgotas de parafina se unieran entre sí o que la formulación perdiera estabilidad con el tiempo.
Para estabilizar la mezcla, el equipo empleó nanopartículas de sílice que se sitúan alrededor de cada gota y forman una barrera física. Este procedimiento, conocido como emulsión Pickering, permite sustituir los estabilizantes químicos convencionales por partículas minerales y ajustar la textura, la estabilidad y el comportamiento del material en función de la cantidad utilizada.
Ensayos de estabilidad y próximos pasos
Los investigadores prepararon formulaciones con diferentes concentraciones de nanopartículas de sílice, desde el 0,10% hasta el 3%. Los resultados mostraron que, a mayor contenido de sílice, las microgotas eran más pequeñas y la emulsión resultaba más estable, un requisito relevante para que el fluido pueda circular por tuberías, almacenarse en depósitos o integrarse en circuitos térmicos sin perder sus propiedades.
Las pruebas también indicaron que el material mantiene un comportamiento estable tras numerosos ciclos de calentamiento y enfriamiento. Después de fundirse y solidificarse de nuevo, las microgotas de parafina recuperan su forma y permanecen distribuidas de forma uniforme. La capacidad de almacenamiento térmico obtenida es similar a la de otros materiales basados en parafina, con la ventaja añadida de operar en un margen térmico más amplio al no depender del agua como fluido base.
El siguiente paso será ensayar la emulsión en una planta piloto de la Universidad de Huelva para evaluar su funcionamiento en condiciones más próximas a un uso real. El objetivo es avanzar hacia materiales que mejoren la eficiencia energética y contribuyan a reducir el consumo de combustibles fósiles. La investigación ha recibido financiación de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía a través de las ayudas posdoctorales EMERGIA, así como del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, la Agencia Estatal de Investigación y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).