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LOW-TEMPERATURE HEAT EXCHANGERS BASED ON THERMALLY-CONDUCTING POLYMER NANOCOMPOSITES

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Nuevos materiales para procesos industriales esenciales

El intercambio térmico es esencial para que la producción sea eficiente en la mayoría de los procesos industriales. Un equipo de científicos está desarrollando nuevos materiales rentables de alta capacidad para intercambiadores de calor muy adecuados para diferencias de temperatura pequeñas.

Tecnologías industriales

Los intercambiadores de calor desplazan literalmente el calor de una sustancia a otra. Se utilizan para añadir o sustraer calor de los procesos. Los intercambiadores de calor adoptan muchas formas, pero la mayoría consiste en un cuerpo sólido que separa dos medios líquidos. Cuando la diferencia de temperatura entre los dos medios es baja, se necesitan superficies de intercambio todavía mayores para que el intercambio térmico sea eficiente. No obstante, a menudo las superficies grandes no son viables económicamente, técnicamente, o en ambos casos. Utilizando nuevos nanomateriales, los científicos del proyecto «Low-temperature heat exchangers based on thermally-conducting polymer nanocomposites» (Thermonano), financiado por la Unión Europea, están trabajando para resolver este problema que limita la eficiencia de los procesos. Se están diseñando materiales para el intercambiador fabricados con polímeros rellenos de nanomateriales para conseguir una conductividad térmica eficiente (más conductividad por unidad de área implica menos área para la misma conducción) y reducir los costes respecto al uso de metales convencionales. Entre las ventajas adicionales previstas se incluye un diseño flexible para aprovechar el volumen, una excelente resistencia ante la corrosión y una condensación de gotas altamente eficiente. Durante el primer año, los científicos desarrollaron y seleccionaron varios materiales polímeros y nanorellenos como nanotubos de carbono y nanopartículas con revestimiento de metal. Los científicos experimentaron modificando nanotubos de carbono para determinar los efectos de determinados parámetros. También se llevó a cabo la metalización con plata (acumulación de una capa protectora de metal) de substratos entre los que se contaron copos de vidrio, nanofibras (wolastonita), copos de poliamida y fibras de celulosa, para producir nanopartículas con revestimiento metálico para el relleno. Se incorporaron partículas conductoras seleccionadas —incluyendo tanto nanotubos de carbono como nanopartículas revestidas de metal— en polímeros termoplásticos (que pueden fundirse y volver a procesarse una y otra vez). Detallados estudios de caracterización permitieron comprender mejor los efectos de las nanopartículas metálicas y su concentración en el interior de los polímeros. Se descubrió que la resistencia de contacto entre dos nanopartículas adyacentes que conduce a una caída de la temperatura en todos los puntos de contacto es el factor principal que impide un intercambio térmico eficiente. Thermonano ha desarrollado nuevos diseños de intercambiadores de calor basados en nanocompuestos polímeros adecuados para el intercambio con diferencias de temperatura pequeñas. El aprovechamiento comercial de los conceptos de Thermonano podría contribuir a aumentar la eficiencia de los procesos de varias aplicaciones industriales relevantes. Entre estas se incluyen los intercambiadores térmicos de motores diésel grandes, la recuperación de gases residuales de la combustión y procesos químicos con productos químicos fuertes o en entornos corrosivos.

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