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Efecto de las nanopartículas en sales fundidas para aplicaciones en energía solar

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Treballs Finals del Màster d’Energies Renovables i Sostenibilitat Energètica, Facultat de Física, Universitat de Barcelona, Curs: 2016-2017, Tutor: Ana Inés Fernandez Renna, Pablo Gamallo Belmonte

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El desarrollo, investigación e innovación en sistemas de almacenamiento energético es
indispensable para nuestro futuro y para la preservación de nuestro planeta. Es una de las vías
indispensable para una transición energética a tecnologías de baja intensidad de carbono, puesto
que con ellos se hace posible la total penetración de las energías renovables en nuestro sistema
energético
Los sistemas de almacenamiento térmico en centrales solares de concentración (CSP,
Concentrate Solar Power) son ampliamente estudiados. Estos emplean sales fundidas como
material de almacenamiento térmico (TES, Thermal Energy Storage) o como fluido
calotransportador (HTF, Heat-transfer fluid). Comúnmente estas sales fundidas son las
denominadas sales solares, que son una mezcla eutéctica de nitratos: 40% nitrato de sodio (NaNO3)
y 60% nitrato de potasio (KNO3).
Para una alta eficiencia en las CSP son necesarios materiales TES de elevadas propiedades
térmicas, como es una elevada estabilidad térmica y alta capacidad calorífica Cp, ya que su valor
determina la cantidad de energía que se va a poder almacenar.
Las últimas investigaciones revelan que con el dopaje de bajas concentraciones de
nanopartículas en las sales fundidas se observa un incremento anómalo de la Cp, dando pie a los
nanofluidos.
Este fenómeno a día de hoy carece de explicación teórica.
El presente trabajo aborda este tema. Para ello se ha realizado un estudio mediante
simulaciones computacionales de dinámicas moleculares (MD, Molecular Dynamics) y además este
es respaldado con un estudio experimental.
Con el dopaje de nanopartículas de Sílice (SiO2) en sales de Nitrato Sódico (NaNO3), se
observó que la concentración de nanopartículas es un factor crucial: A bajas concentraciones
alrededor del 1% de nanopartículas se alcanzaron los mayores incrementos de la Cp , por encima
del 20% y se halló una concentración límite por el orden del 4% de nanopartículas a partir de la cual
hubo un empeoramiento de las propiedades. Esta tendencia fue encontrada tanto en las
simulaciones computaciones como experimentalmente.
Además computacionalmente se analizó la influencia del tamaño de las nanopartículas, que
fueron de 1nm y 3nm de diámetro: se observó la tendencia de un mayor incremento de la Cp para
una misma concentración en las nanopartículas de mayor tamaño.En las simulaciones se puedo observar la formación de una capa más densa del líquido en
la superficie de las nanopartículas. Mediante SEM (Scanning electron microscope) además se
observó la formación de agregados con el aumento de la concentración.
Los resultados obtenidos en este estudio tienen consistencia con que el mecanismo que
provoca el incremento de la Cp de los nanofluidos es la formación de una capa semi-sólida en la
superficie de las nanopartículas.
Estudios más rigurosos se han de llevar a cabo, para acabar de comprender los mecanismos
involucrados y/o confirmar el propuesto, y poder optimizar las propiedades.

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Màster Oficial - Energies Renovables i Sostenibilitat Energètica

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Efecto de las nanopartículas en sales fundidas para aplicaciones en energía solar