Materiales con cambio de fase (PCMs) soportados en matrices inorgánicas: preparación, estudio y aplicación

Uno de los problemas más frecuentes a lo hora de trabajar con materiales con cambio de fase se centra en la dificultad que conlleva el introducirlos en matrices como pueden ser el yeso, hormigón o poliuretano, ya que cuando el PCM cambia de estado y pasa a su estado líquido sufre el riesgo de exudar o fluir fuera de las matrices seleccionadas.

Por ello, uno de los objetivos principales de esta tesis se centra en el confinamiento de PCMs en soportes inorgánicos para evitar pérdidas del material una vez haya sido introducido en la matriz requerida, mejorando la eficiencia térmica y a su vez, la consistencia del elemento de construcción.

Con este fin se han seleccionado dos técnicas diferentes que permitirán elaborar composites del tipo soporte inorgánico-PCM (SI-PCM). Por un lado, se ha decidido introducir los materiales con cambio de fase en soportes inorgánicos porosos (comerciales y desarrollados a lo largo de este trabajo mediante Sol Gel) mediante un proceso de infiltración a vacío, y por otro, se emplearán técnicas de encapsulado in-situ utilizando la combinación emulsiones y tecnología Sol Gel para generar microcápsulas de sílice rellenas de material con cambio de fase.

La elección de emplear soportes inorgánicos durante este trabajo se debe a que, hasta el momento, los soportes comúnmente utilizados para confinar PCMs han sido cápsulas poliméricas y contenedores metálicos de diferentes formas y tamaños.

Los contenedores metálicos presentan grandes desventajas debido a la necesidad de implementar estructuras adicionales para ser soportados en las matrices utilizadas. Por su parte, las cápsulas poliméricas presentan la desventaja de ofrecer una baja conductividad térmica o incompatibilidad con la matriz del elemento de construcción (yeso, arcilla, etc.). Con el uso de procesos de microencapsulado en matrices inorgánicas estos problemas pueden ser solventados ofreciendo nuevos productos con altos rendimientos fáciles de implementar en las matrices utilizadas en el sector de la construcción.

Para alcanzar el objetivo principal del proyecto, se plantearon los siguientes objetivos particulares:

• Estudio y selección de las técnicas más adecuadas para la completa caracterización de todos los materiales desarrollados durante este trabajo.

• Estudio y selección de materiales con cambio de fase adecuados para la aplicación seleccionada, es decir, para su uso en edificación. Por tanto, los PCMs seleccionados deberán cubrir el intervalo de trabajo en una temperatura entre 15–25ºC, denominada temperatura de confort.

• Estudio, selección y preparación de sólidos porosos para ser utilizados como soportes para el confinamiento de materiales con cambio de fase. Se incluye la tecnología Sol Gel para la síntesis de materiales porosos debido a su flexibilidad y versatilidad para desarrollar materiales con una gran variedad de estructuras y composiciones.

• Estudio y optimización de procesos de infiltración para el confinamiento de materiales con cambio de fase en soportes inorgánicos porosos.

• Estudio y optimización de un proceso de encapsulación in-situ mediante la combinación de emulsiones y un proceso Sol Gel, para la obtención de microcápsulas de sílice rellenas de PCM.

• Análisis exhaustivo del comportamiento térmico de los PCMs una vez están confinados en los composites soporte inorgánico-PCM (SI-PCM).