Abstract

En esta tesis se hace énfasis en que, para que las tecnologías de aprovechamiento de recurso solar puedan volverse completamente competitivas contra las tecnologías convencionales es necesario que exista una disponibilidad energética, la cual se logra con la implementación de un sistema de almacenamiento de energía térmica eficiente y económico. Los parámetros térmicos más importantes a conocer de un material y que determinan si el mismo es adecuado para su aplicación en un sistema de almacenamiento de energía térmica son: su capacidad de almacenamiento de energía, su conductividad térmica y la evolución de sus propiedades térmicas al variar la temperatura y el tiempo. Por esta razón, es necesario conocer a detalle las curvas temperatura-tiempo (o curvas de historia térmica) que presentan los materiales. Los métodos calorimétricos permiten obtener información determinante de los materiales mediante estas curvas. Sin embargo, la técnica más madura en la actualidad, la Calorimetría DSC, presenta múltiples desventajas en la caracterización térmica de materiales, además de que el equipo comercial completo presenta costos muy elevados. El método T History surgió como una alternativa a superar los inconvenientes que presenta la calorimetría por DSC.

En un intento por homologar las ecuaciones de análisis calorimétrico de esta técnica y hacerlas consistentes con la termodinámica del cambio de fases, (Moreno-Álvarez, 2012) formuló el método dT-History, el cual permite obtener información más confiable de las curvas de historia térmica registradas, particularmente de las curvas diferenciales. Esto permite conocer el efecto que cualquier modificación realizada al dispositivo, tendrá en la exactitud y precisión de sus resultados, haciendo más flexible la técnica.

En esta tesis se propuso un procedimiento experimental dT-History basado en la formulación propuesta por Moreno-Álvarez (2012), para conocer la calorimetría de una muestra de sal KNO3, la cual es utilizada en aplicaciones de almacenamiento de energía térmica a altas temperaturas, por ejemplo, para los sistemas de almacenamiento de energía en plantas de potencia termosolar. Con el arreglo experimental fue posible obtener curvas T-t para cada elemento del sistema de calorimetría. La aplicación del método dT-History a las curvas T-t, permitió reproducir los aspectos termodinámicos característicos de la transición de fase observada en la curva de calor específico, como por ejemplo, el rizo de inestabilidad durante el crecimiento de la fase sólida bajo condiciones de subenfriamiento.

Las curvas de calor específico obtenidas con el arreglo experimental propuesto, fueron comparadas con la curva de calor específico en función de las temperaturas obtenidas en la literatura, también para una muestra de sal de KNO3, pero mediante calorimetría DSC. Los resultados fueron cualitativamente similares, pero con la técnica dT-History, se pudo apreciar con mayor detalle el efecto del cambio térmico (dT/dt) del proceso en la curva de calor específico Cp1.

La semejanza entre las curvas finales de calor específico en función de la temperatura obtenidas experimentalmente y la reportada en la literatura, es un indicio de que la técnica dT-History recrea de manera efectiva el comportamiento térmico de la muestra de sal, además, presenta mayor detalle en el comportamiento del calor específico en el tiempo. Este tipo de curvas tiene una gran ventaja con respecto a la ecuación de calor básica para la obtención del calor específico, ya que en ésta última no se conoce la variación de la temperatura contra el tiempo. Si se extrapolara este acercamiento a las aplicaciones en el área del almacenamiento térmico de la energía generada con medios solares, podríamos decir que la curva de calor específico obtenida con la técnica de calorimetría dT-History permite, además de conocer la cantidad de energía requerida, realizar un cálculo adecuado de la disponibilidad de la energía, ya que se conoce la parte temporal.

Como actividad adicional, se comprobó que el arreglo experimental propuesto en esta tesis para la obtención de las curvas T-t, resulta ser de gran utilidad para la evaluación de la herramienta numérica propuesta Moreno-Álvarez et al. (2019) para obtención de curvas T-t simuladas para materiales de cambio de fase puro, ya que éste es de fácil montaje y operación.