ES2677444B1 - Empleo de materiales de cambio de fase para retardar la formación de hielo o producir deshielo en aerogeneradores - Google Patents

Empleo de materiales de cambio de fase para retardar la formación de hielo o producir deshielo en aerogeneradores Download PDF

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Description

DESCRIPCION
EMPLEO DE MATERIALES DE CAMBIO DE FASE PARA RETARDAR LA FORMACION
DE HIELO O PRODUCIR DESHIELO EN AEROGENERADORES
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere en general al empleo de materiales de cambio de fase (PCMs) para retardar la formacion de hielo o producir deshieio. En particular se contempla el empleo de este tipo de materiales con este fin en aerogeneradores. Ademas se contempla el metodo para retardar la formacion de hielo o producir deshieio mediante la incorporation de los PCMs en los diferentes componentes de los aerogeneradores.
Antecedentes de la invencion
Las palas de aerogenerador instaladas en climas frtos y grandes altitudes estan expuestas a la formacion de hielo y problemas de crecimiento y acrecion del mismo. Este fenomeno afecta al disefio de un aerogenerador de diferentes formas: la formacion de hielo causara efectos graves en la aerodinamica y, tambien, afectara al comportamiento estructural de la turbina. Los efectos de la temperatura y, especialmente, la formacion de masas de hielo en la estructura, pueden cambiar las frecuencias naturales de las palas del aerogenerador provocando problemas dinamicos en toda la turbina y, por to tanto, reduciendo la Produccion Anual de Energia (AEP, Annual Energy Production) y afectando negativamente a la curva de potencia. Por otra parte, si la curva de potencia es demasiado baja, la adhesion del hielo puede incluso generar paradas no programadas, lo que afecta de forma severa a la produccion de energia. Ademas, el sistema de control puede verse afectado y los instrumentos de control pueden llegar a congelarse o helarse dando information erronea al sistema de control de la turbina.
La integridad estructural de la turbina puede verse afectada por el importante desequilibrio producido por la formacion asimetrica de hielo, por resonancias causadas por los cambios de las frecuencias naturales de los componentes, superando las cargas de fatiga disenadas y dando lugar a paradas no programadas, con el aumento correspondiente de los costes de operation (OPEX, Operational Expenditure). Ademas, la seguridad de la turbina eolica, asi como de su entorno, se vera tambien afectada por la formacion de hielo o, en general, por su funcionamiento en clima frio. Los fragmentos de hielo despegados, o incluso los grandes pedazos de hielo que puedan caer desde el rotor, pueden danar a personas o animales o causar danos materiales. Incluso, en algunos paises, la legislacion obliga a parar los aerogeneradores en presencta de hielo por los temas de seguridad anteriormente mencionados con el consiguiente lucro cesante.
En el estado de la tecnica se han desarrollado diversos metodos anti-hielo y deshielo, como por ejemplo los basados en nanorecubrimientos y otras superficies nanoestructuradas o sistemas activos de deshielo basados en tejidos calefactables.
Existen ciertas estrategias basadas en la biomimetica (Tak Sing Wong et al “Bioinspired self­ repairing slippery surfaces with pressure-stable omniphobicity” (2011) Nature 477,443-447) que abordan diferentes aspectos como, por ejemplo, el desarrollo de superficies omnifobicas, tan resbaladizas que impiden la formacion de hielo, inspiradas en plantas carnivoras, o el desarrollo de superficies superhidrofobicas, combinando rugosidad superficial con una baja energia superficial y una dimension fractal en la micro y nanoescala, como en la flor de loto (Jianyong Lv et al. “Bio-inspired strategies for anti-icing" (2014) ACS Nano 8 (4), pp 3152-3169; Michael J. Kreder et al “Design of anti-icing surfaces: smooth, textured or slippery?" (2016) Nature Reviews Materials, 1; Kshitij C. Jha et al. “On modulating interfacial structure towards improved anti-icing performance" (2016) Coating 6 (D, 3).
Los materiales de cambio de fase (PCMs “Phase Change Materials") son utilizados como materiales para el almacenamiento termico de energia en diferentes campos de aplicacion, dependiendo del rango de trabajo del material PCM seleccionado. Los PCMs son substancias con altos calores de fusion que funden y solidifican a una temperatura concreta, almacenando y liberando grandes cantidades de energia termica. Cuando el material congela libera energia en forma de calor Satente de cristalizacion y, cuando funde, almacena calor en forma de calor latente de fusion. Este fenomeno es debido a que un cambio de fase involucra grandes cantidades de calor sin que la temperatura del material vane, En funcion de su composicion se clasifican en:
- Organicos (parafinas o no parafinas como esteres, alcoholes o acidos)
- Inorganicos (sales hidratadas o metalicas)
- Eutecticos (organico-organico; organico-inorganico; inorganico-inorganico)
En los ultimos afios, los PCMs han suscitado un gran interes en el mercado energetico debido a que, a diferencia de los materiales convencionales de almacenamiento, como pueden ser los de calor sensible, los PCMs adsorben y liberan calor casi a temperatura constante. Ademas, son capaces de almacenar entre 5-14 veces mas calor por unidad de volumen.
Los PCMs se emplean en diferentes sectores industrials como reguladores termicos, como por ejemplo en la construccion. Sin embargo, las imicas referencias encontradas sobre el empleo de PCMs para anti-hielo son las siguientes:
• La adicion/introduccion de PCMs en liquidos confinados entre la superficie solida y el hielo para reducir la adhesion del hielo (capa lubricante) (Michael Berger et al. “Anti­ icing strategies inspiring in nanotechnology and biology" 18 de marzo de 2014 [online] Disponible en http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=34823.php). Sin embargo, esta estrategia tiene el inconveniente de que el llquido desaparece de la superficie solida con el tiempo, por lo que la eficacia de esta tecnologia puede ser limitada en el tiempo. A diferencia de esta estrategia, la aproximacion propuesta en la presente invencion emplea sustancias, que pueden estar confinadas, o ancladas quimicamente en los materiales de los aerogeneradores, como puede ser, por ejemplo, en la propia pintura, siendo esta la que entra en contacto con el agua y hielo superficiales.
• Recubrimiento basado en PCMs en combinacion con materiales de baja energia superficial que sufre un cambio de fase solido-solido con el consiguiente cambio de volumen (expande a temperaturas inferiores a 0 °C) que actua rompiendo la capa de hielo depositada (Brian Dixon et al. “Novel Phase Change Material Icephobic Coating for Ice Mitigation in Marine Environments” The 12th Annual General Assambly of I AMU [online] Disponible en http://iamu-edu.org/wp-content/uploads/2014/07/Novel-Phase-Change-Material-lcephobic-Coating-for-lce-Mitigation-in-Marine-Environments1.pdf). La principal diferencia entre esta estrategia y la aproximacion propuesta en la presente invencion es que en esta ultima se emplean PCMs con cambios de fase solido-llquido que, generalmente, presentan mayores entalpias de fusion y cristalizacion. Ademas, al contemplarse el uso de PCM confinados, la aproximacion propuesta no conlleva cambios importantes de volumen de los PCMs cuando estan incluidos en los materiales del aerogenerador durante el cambio de fase del PCM, evitando as! posibles formaciones de craqueos en dichos materiales durante el uso.
A pesar de las necesidades en el estado de la tecnica, hasta el memento no se ha descrito la utilidad de los PCMs como solucion anticongelante en aerogeneradores.
Ahora, en la presente invention, los autores contemplan por primera vez el empleo de este tipo de materiales PCMs como medio de almacenamiento energetico en los materiales de los aerogeneradores, principalmente en las palas, para retardar la formacion de hielo o producir deshielo.
Los autores de la presente invencion han podido demostrar, en base a un importante trabajo de investigation, que la incorporation de PCMs en el recubrimiento o material estructural de los diferentes componentes de los aerogeneradores, en condiciones especlficas, retrasa la formacion de hielo, incrementando por tanto el AEP
Para ello, han desarrollado un metodo que permite incorporar los PCMs en los diferentes componentes del aerogenerador con el fin de retardar de forma optima la formacion de hielo o producir deshielo.
En el metodo desarrollado los PCMs se pueden emplear confinados, bien en capsulas (organicas o inorganicas) o bien impregnados en soportes organicos, para prevenir que e! PCM exude durante el cambio de fase. Tambien se contempla la posibilidad de que los PCMs, confinados o no, puedan estar anclados al material de los diferentes componentes del aerogenerador a traves de uniones covalentes reversibles o irreversibles. Los PCMs se pueden incorporar a la pintura o recubrimiento que cubre los diferentes elementos del aerogenerador; al material que com pone la estructura interna de los diferentes elementos del aerogenerador; a la masilla (material para dar forma a defectologlas identificadas una vez desmoldeada la pala) o como una capa fina depositada sobre la superficie mediante esprayado
Objeto de la invencion
En un primer aspecto, la presente invencion contempla el empleo de los PCMs para retardar la formacion de hielo o producir deshielo en los diferentes elementos de un aerogenerador.
En un segundo aspecto se contempla el metodo para retardar la formacion de hielo o producir deshielo en los diferentes elementos de los aerogeneradores basado en el empleo de materiales de cambios de fase (PCMs).
Breve descripcion de las figuras
Figura 1. Esquema del proceso de encapsulation in-situ de los materiales de cambio de fase (PCMs).
Figura 2. Cristalizacion del PCM y funcionamiento teorico de la pintura aditivada con PCMs.
Descripcion de la invencion
En base a la problematica existente en el estado de la tecnica con la formacion de hielo, especialmente en relacion con los aerogeneradores, y de manera particular en sus palas, los autores de la presente invencion han desarrollado un metodo para retardar la formacion de hielo o producir deshielo en los diferentes elementos de los aerogeneradores basado en el empleo de materiales de cambios de fase (PCMs).
Asi, en una realizacion principal de la presente invencion, se contempla, por primera vez, el empleo de PCMs, tanto sintetizados como comerciales, para retardar la formacion de hielo o producir deshielo en los diferentes elementos de un aerogenerador.
Los PCMs empleados en la presente invencion deben cumplir con los siguientes requisitos:
- El material tiene que estar:
o Confinado, bien mediante su impregnacion en un soporte inorganico, o encapsulado en micro-nanocapsulas organicas o inorganicas, o bien o Anclado quimicamente al material de los diferentes elementos de los aerogeneradores, para evitar que este se exude. En este caso, el material puede estar o no confinado.
- La temperatura de comienzo de la cristalizacion debe situarse en el rango de -10°C a 10°C para un emplazamiento estandar, manteniendose la cristalizacion en el mayor rango posible.
- El calor latente de cristalizacion y fusion debe ser lo mas alto posible (cuanto mayor sea el calor latente, mayor sera la capacidad de almacenamiento).
- Los PCMs, cuando estan confinados, deben poder dispersarse facilmente en los materiales empleados para la fabrication del aerogenerador, como por ejemplo en la pintura base o resina estructural o masilla de los componentes del aerogenerador.
Actualmente existen PCMs disponibles comercialmente en el mercado si bien, en la presente invencion, tambien pueden emplearse PCMs sintetizados (parafinas) siempre que se cumplan los requisitos mencionados anteriormente. Los PCMs sintetizados o comerciales se seleccionan de entre parafinas organicas, esteres, alcoholes, acidos, mezclas eutecticas o sales inorganicas hidratadas.
En otro aspecto principal de la invencion se contempla el metodo para retardar la formation de hielo o producir deshielo en los diferentes componentes de los aerogeneradores basado en el empleo de materiales de cambio de fase (PCMs) (de aqui en adelante metodo de la invencion).
El metodo de la invencion comprende las siguientes etapas:
a) obtencion de los PCMs; e
b) incorporation de los PCMs a los diferentes elementos del aerogenerador (como por ejemplo: palas, gondola, instrumentation, generador, convertidor, elementos de acondicionamiento termico, etc).
Como se ha mencionado anteriormente, los PCMs obtenidos pueden estar confinados o no. En el caso de no estar confinados, la incorporation (b) de los PCMs se lleva a cabo mediante su anclaje quimico al materia! de los diferentes elementos de los aerogeneradores, a traves de uniones covalentes reversibles o irreversibles. En el caso de los PCMs confinados, el anclaje quimico es opcional.
En una realizacion particular del metodo de la invencion, los PCMs obtenidos estan confinados. De forma preferida, el confinamiento de los PCMs se puede llevar a cabo mediante:
i) la encapsulation de los PCMs en capsulas nano o micrometricas,
organicas o inorganicas, o
ii) la impregnacion de las PCMs en un soporte inorganico, como pueden ser zeolitas, bentonitas, o incluso materiales carbonosos tipo grafito.
En una realization aun mas preferida del metodo de la invention, el confinamiento de los PCMs se lleva a cabo mediante su nano-microencapsulacion. Mas preferiblemente, dicha encapsulation de PCMs se basa en la utilization de nano-microcapsulas inorganicas, con un comienzo de la cristalizacion en el rango ~10°C a 10 °C.
El PCM se encapsula en capsulas nano/micro-metricas elaboradas mediante materiales inertes tales como silice, titanio o zirconio (o mezclas de los mismos). Estas capsulas tienen formas y tamanos apropiados a medida de las necesidades de los PCMs a encapsular, para poder asi introducirlos en los sistemas de trabajo deseados evitando fugas. Ademas, el uso de este tipo de materiales mejora la eficiencia termica de la zona de trabajo debido a su pequeno tamano, que lleva asociado un aumento de la superficie de contacto y, por lo tanto, mejora en el funcionamiento termico.
El confinamiento de los PCMs en nano/microcapsulas inorganicas comprende las siguientes etapas:
A. Creadon de una emulsion o microemulsion, como por ejemplo emulsiones del tipo aceite en agua {O/W), agua en aceite (W/O) o emulsiones dobles W/O/W o O/W/O. Para el caso particular de una emulsion O/W, el proceso comprenderia los siguientes pasos:
1) la obtencion de una mezcla que comprende un agente surfactante o mezcla de surfactantes, PCMs y agua, a una temperatura de trabajo comprendida entre 25-200°C, donde el porcentaje en peso del surfactante en la mezcla es del 1-30% y el porcentaje en peso de PCMs en la mezcla es de 1-50% y
2) la agitation mecanica o por ultrasonidos de la mezcla obtenida en 1), hasta la obtencion de la emulsion de gotas de PCM en agua, B. Adicion de un precursor inorganico gota a gota sobre la emulsion/ microemulsion creada en A) para la formation de una microcapsula inorganica alrededor de cada gota de PCM mediante procesos sol-gel, C. Limpieza de las capsulas formadas en B) con un disolvente para eliminar los restos de surfactante y de PCMs no encapsulados,
D. Secado en una estufa de vado de las capsulas obtenidas tras el paso C) durante 4-24 horas a una temperatura entre 25-300°C, y
E. Obtencion de nano/microcapsulas inorganicas rellenas de PCM con un tamafio de entre 30 nm y 30 pm.
De forma detallada, para llevar a cabo el encapsulamiento de los PCMs (ej. parafinas organicas, esteres, alcoholes, acidos o mezclas eutecticas o sales inorganicas hidratadas), segun el metodo descrito, es necesario crear una emulsion o microemulsion, como por ejemplo emulsiones del tipo aceite en agua (O/W), agua en aceite (W/O) o emulsiones dobles W/O/W o O/W/O, dependiendo de la naturaleza del PCM. Para la formacion de la emulsion es necesario anadir agentes tenso-activos o surfactantes de naturaleza anionica, cationica, o no ionica, tales como, por ejemplo, Triton X, Span 80, Span 60, Tween 20, Tween 80, PVP (polivinilpirrolidona), AOT (Dioctil Sulfosuccinato de Sodio ), o mezcla de surfactantes, que se seleccionan en funcion del PCM a encapsular y que ayudan a la formacion de la emulsion y a la estabilizacion de la misma, ya que disminuyen la tension superficial del liquido obteniendo el tamafio de gota deseado. El tamafio de gota es portanto modulable y esta relacionado con el tamano de capsula obtenido y este tamano sera definido en funcion de la matriz donde vaya a dispersarse la capsula. La temperatura tambien puede ayudar a la estabilizacion de la emulsion o microemulsion por lo que se recomienda trabajar a temperaturas de entre 25-200°C. El tamano de las gotas que se forman en la emulsion o microemulsion depende en gran medida de la proportion de surfactante-PCM/agua, siendo el porcentaje en peso del surfactante en la mezcla de entre 1­ 30% y el porcentaje de PCMs en la mezcla de entre 1-50%.
Ademas de los surfactantes y ratios surfactante-PCM/agua, tambien es importante la agitacion utilizada para el desarrollo de la emulsion/microemulsion. Por ello, tal y como se ha mencionado anteriormente, en esta realization particular del metodo de la presente invention se contempla tanto la agitacion mecanica como la agitacion por ultrasonidos. Dependiendo del tamano de gota deseado se utilizaran mas o menos revoluciones durante la agitacion, estando de forma preferida la agitacion mecanica comprendida entre 3000 y 24000 rpm y la agitacion por ultrasonidos entre 20 y 70 W, hasta la obtencion de la emulsion de gotas de PCM en agua.
Una vez desarrollada la emulsion con el material cambio de fase seleccionado y los surfactantes optimos, el siguiente paso del proceso es la adicion del precursor inorganico gota a gota sobre la micro/emulsion creada con el PCM deseado. El precursor puede ser de diferentes materiales inertes, tales como silice, titanio o zirconio.
En realizaciones preferidas se emplean precursores de silicio, tales como TEOS (tetraetilortosilicato), TMOS (tetrametilortosilicato), SiCI4 (tetracloruro de silicio), GTPMS (3-glicidoxipropil) metildietoxisilano), APTMS ((3-aminopropil)-dietoximetilsilano), MPTMS (3-metacriloxi-propil-trimetoxi-silano), MTMS (metiltrimetoxysilano), HDTMS (hexadecil -trimetoxi-silano), entre otros.
Previamente a ser anadido sobre la emulsion, el precursor puede o no ser hidrolizado, anadiendoie agua y un catalizador (p.ej. acido clorhldrico, acido acetico, acido nitrico) en una concentration optima que acidifique la solution hasta alcanzar un pH entre 1 y 4, para que dicha hidrolisis pueda llevarse a cabo.
Una vez el precursor este hidrolizado se anade sobre la emulsion gota a gota para que se vaya situando alrededor de las gotas de PCM creadas. El precursor hidrolizado se situa alrededor de las gotas de PCM de la emulsion y gracias al surfactante se crean puentes de hidrogeno que hacen que se forme una capsula alrededor de cada gota. Una vez finalizada la reaction de condensation, se limpian las capsulas formadas con el disolvente adecuado (que se seleccionara en base a la naturaleza del PCM y debera ser soluble en el) como podria ser agua, etanol, propanol, eter, acetona entre otros, para eliminar los restos de PCM que no se hayan encapsulado, y se deja secando en una estufa entre 4-24 horas a una temperatura de entre 25-300°C
Para el estudio del tarnaho de las gotas de las emulsiones, se puede emplear un sistema de difraccion de luz que permite, mediante laser, el estudio del tamano de gota obtenido en cada emulsion, Masterziser 2000. Asi, mediante el control de tamano de gota se podran sintetizar capsulas del tamano deseado.
Para la caracterizacion de las capsulas obtenidas se utiliza principalmente un equipo de calorimetria diferencial de barrido (Differential scanning calorimeter-DSC) (ej. Mettler Toledo HP DSC827) para el estudio de las energias de almacenamiento y las temperaturas de fusion-cristalizacion, asi como la estabilidad de los materiales desarrollados a lo largo de varies ciclos consecutivos de enfriamiento-calentamiento.
Esta realization particular del metodo de la invencion permite la obtencion de PCMs sintetizados o comerciales encapsulados que presentan unas entalpias de cristalizacion (AHc) y de fusion (AHm) optimas, lo mas elevadas posibles para que se libere una cantidad de calor elevada durante el cambio de fase, y unas temperaturas de cristalizacion (Tc) y de fusion (Tm) adecuadas para permitir el desarrollo de pinturas que trabajen en el rango de temperaturas adecuado, segun se describen anteriormente. Estos PCMs permiten reducir la formacion de hielo en los diferentes elementos de los aerogeneradores, de forma particular en las palas de los aerogeneradores, retrasando la acumulacion de hielo alrededor de 15-30 minutos, dependiendo del tipo de PCMs y la tecnica empleada en la medicion, incrementando el AEP.
El encapsulamiento de los materiales de cambio de fase (PCMs) en base al metodo descrito, permite obtener capsulas de entre 30 nm y 30 pm mediante la combinacion de la tecnologia sol-gel con tecnicas de emulsiones /microemulsiones, como por ejemplo emulsiones del tipo aceite en agua (O/W), agua en aceite (W/O) o emulsiones dobles W/O/W o O/VV/O.”. Mediante esta tecnica se puede controlar el tamafio y la forma de las capsulas a sintetizar, !o que permite elaborar capsulas a medida.
En la etapa b) del metodo de la presente invencion, los PCMs confinados se pueden incorporar 1) a la pintura o recubrimiento que cubre los diferentes elementos del aerogenerador; 2) al material que compone la estructura interna de los diferentes elementos del aerogenerador (resina o fibras empleadas en la fabricacion de los composites), 3) a la masilla o 4) como una fina capa en la superficie de los mismos mediante un esprayado.
En el caso de la pintura o recubrimiento, cuando se emplean PCMs confinados (parafinas organicas, esteres, alcoholes, acidos, mezclas eutecticas o sales inorganicas hidratadas), el tamaho del confinamiento debe ser inferior a 30 micras. En el caso de la resina, utilizada en la estructura interna de los diferentes componentes del aerogenerador o la masilla, los PCMs (inorganicos u organicos), cuando esten confinados, el tamaho permitido de confinamiento podria ser superior, llegando incluso a capsulas de 1 mm.
En el caso de la masilla, pintura o recubrimiento de los diferentes componentes del aerogenerador, la incorporation de los PCMs confinados se Neva a cabo mediante los siguientes pasos:
- la dispersion de los PCMs confinados en la masilla o en la pintura (o recubrimiento) que cubre los diferente componentes del aerogenerador en un porcentaje situado entre un 5 y un 70% en peso, bien sea la dispersion directa o a traves de una predispersion de los PCMs en un solvente compatible con la pintura, y
- la aplicacion de la dispersion a los diferentes componentes del aerogenerador mediante espatula, rodillo, brocha, spray o inmersion.
Para reducir la viscosidad de la dispersion se puede anadir ademas un disolvente (ej. N-butilacetato, butaodiol, etc) compatible con la base de la pintura y/o un agente tixotropico y mezclarlo con la solucion durante un tiempo comprendido entre 2-15 min.
En el caso de la resina, la incorporacion se Neva a cabo mediante la dispersion de los PCMs confinados mediante metodos mecanicos o ultrasonidos. Las resinas se emplearan para la preparacion de los materiales compuestos que componen el interior de los diferentes elementos del aerogenerador mediante metodos de infusion, empleo de preimpregnados, moldeo manual sobre molde (hand lay up), moldeo por transferencia de resina, pultrusion, polimerizacion in-situ, etc.
En el caso de las fibras empleadas para la fabricacion de composites que componen el interior de los diferentes elementos del aerogenerador, la incorporacion se lleva a cabo mediante el impregnado de una dispersion de los PCMs confinados sobre dichas fibras o mediante la inmersion de dichas fibras en una dispersion de PCMs confinados.
En realizaciones preferidas del metodo de la invencion, los PCMs (confinados o mediante anclaje quimico) se emplean en las palas del aerogenerador. En este caso, ante la generacion de hielo, el PCM esta fundido y comienza a descender la temperatura acercandose al inicio de la cristalizacion del PCM entre -10°C y 10°C. El descenso de temperatura de la pala aditivada se ve amortiguado ya que el material libera su calor latente para transformarse en solido manteniendo la temperatura en el rango de su cambio de fase (pendiente menos pronunciada en comparacion con la pala “sin aditivar”- ver figura 2).
La presente invencion se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, los cuales no pretenden ser limitativos del alcance de la invencion.
Ejemplos
Eiemplo 1. Obtencion de microcapsuias de silico rellenas de PCMs mediante tecnologia solgel partiendo de emulsiones aceite en agua O/W
Para el desarrollo de las capsulas de PCM, se disolvieron entre 0,1 y 2 g de polivinil alcohol (PVA) de alto peso molecular en agua a una temperatura comprendida entre 25°C y 100°C. Por otra parte se pesaron entre 1 y 20 g de PCM (se emplearon dos tipos de PCMs, hexadecano y octadecano) que fueron mezclados a una temperatura entre 25°C y 100°C con un porcentaje de surfactante (Tween 80) de entre un 1% y un 50% respecto de la cantidad de PCM adicionado (preferiblemente entre un 20% y un 40%). Una vez se disolvio la solucion de PVA, se anadio sobre la disolucion de PCM gota a gota y se mantuvo en agitacion a 15000 rpm durante un tiempo entre 1 y 4h para formar la emulsion PCM-agua. Mientras se esperaba el tiempo indicado, se mezclaron TEOS, GPTMS y acido acetico en la proporcion 1:0.5:0.05 y se dejaron en agitacion durante un tiempo entre 1 y 3 h a una temperatura entre 25°C y 100°C para que empezara a tener lugar la hidrolisis de los precursores. Despues del tiempo indicado, se enfrio la reaccion y se dejo en agitacion La solucion fue centrifugada obteniendose las microcapsuias de silice rellenas de PCM. Dichas capsulas se lavaron varias veces con etanol para eliminar los restos de surfactante y restos de PCM que no habian sido encapsulados. Finalmente el solido obtenido se seco en una estufa de vacio entre 8-24 horas a una temperatura de entre 50-200°C.
Eiemplo 2. Ensayo de funcionalidad
A.- Ensayo en Peltier
Este ensayo consistio en la formacion de una gota de agua en un panel pintado con coating de referencia sin PCMs y con un coating con capsulas de PCMs (5, 15 y 25% de capsulas de Parafina Tipo 1 y 10% de capsulas Parafina Tipo 2) (ver tabla 1).
La temperatura se disminuyo de 5 en 5°C manteniendo en isoterma durante 2-10 min hasta alcanzar los -20°C. Los parametros de medida fueron:
- Temperatura en superficie
- Tiempo de congelacion de gota
Tabla 1. Resultados ensayo en Peltier.
Figure imgf000014_0001
De acuerdo a los resultados obtenidos se concluyo lo siguiente:
- Las PCMs son capaces de retrasar la formation de hielo hasta 20-30 minutos de acuerdo al tipo y % de PCMs utilizado
- Se observa tambien un amortiguamiento del descenso de la temperatura en la superficie, correspondiente a la action de los PCMs.
B.- Ensayo en camara climatica
Ademas, se llevaron a cabo ensayos en camara climatica para revisar la funcionalidad de acuerdo a la siguiente metodologia:
- Se formaron dos gotas de agua en cada panel evaluado, iniciando ei ensayo a temperatura de 20°C y a una humedad relativa de entre 40% y el 60%. Se procedio a disminuir la temperatura y la humedad realizando una monitorizacion de la temperatura en la superficie de cada probeta utilizando para ello termopares colocados en la superficie de cada probeta.
- La rampa de temperatura en el interior de la camara se realizo en tres etapas: (I)
- Tamb => -5°C 2°C/min (alrededor de 10-20min),
- Isoterma a -5°C (10-20min)
- -5°C => -10°C (10-20min)
Tabla 2. Resultados ensayo en camara climatica
Figure imgf000015_0001
De manera similar al caso anterior, se observo que la congelacion de la gota de agua se retrasaba y que la temperatura en la superficie era superior debido a la liberacion de calor de la PCM, estableciendose el siguiente orden de mejora: la pintura que mejor comportamiento tenia en la camara climatica era la que contenia un mayor porcentaje de capsulas de Parafina Tipo 2, seguida de las pinturas con un 15 % de capsulas de Parafina Tipo 2 y 10% de capsulas de Parafina Tipo 1, que tienen un comportamiento muy similar. Posteriormente, la pintura con un 5 % de capsulas de Parafina Tipo 1 y finalmente, la que peor comportamiento muestra es la pintura de referencia no aditivada.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Empleo de Materiales de Cambio de Fase (PCMs) para retardar la formacion de hielo o producir deshielo en los diferentes elementos de los aerogeneradores.
2. Empleo segun la reivindicacion 1 donde los PCMs estan confinados.
3. Empleo segun la reivindicacion 2, donde los PCMs estan confinados en micro/nanocapsulas organicas o inorganicas o impregnados en un soporte inorganico.
4. Empleo, segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde los PCMs estan anclados quimicamente al material que compone los diferentes elementos de los aerogeneradores.
5. Metodo para retardar la formacion de hielo o producir deshielo en los diferentes elementos de los aerogeneradores basado en el empleo de materiales de cambios de fase (PCMs) que comprende las siguientes etapas:
a) obtencion de los PCMs; e
b) incorporation de los PCMs obtenidos a los diferentes elementos del
aerogenerador.
6. Metodo, segun la reivindicacion 5, donde los PCMs estan confinados.
7. Metodo segun la reivindicacion 6, donde el confinamiento de los PCMs se puede llevar a cabo mediante:
i) la encapsulation de los PCMs en nano/microcapsulas , organicas o
inorganicas, o
ii) la impregnation de las PCMs en un soporte inorganico.
8. Metodo, segun la reivindicacion 7 donde el confinamiento de los PCMs se lleva a cabo en nano/microcapsulas inorganicas.
9. Metodo, segun la reivindicacion 8, donde el confinamiento de los PCMs en nano/microcapsulas inorganicas comprende las siguientes etapas:
A. creation de una emulsion de aceite en agua (O/W)
comprendiendo:
1) la obtencion de una mezcla que comprende un agente
surfactante o mezcla de surfactantes, PCMs y agua, a
una temperatura de trabajo comprendida entre 25-
200°C, donde el porcentaje en peso del surfactante en la mezcla es del 1-30% y el porcentaje en peso de PCMs en la mezcla es de 1-50% y
2) la agitacion mecanica o por ultrasonidos de la mezcla obtenida en 1), hasta la obtencion de la emulsion de gotas de PCM en agua,
B. adicion de un precursor inorganico gota a gota sobre la emulsion creada en A) para la formacidn de una nano/micro capsula inorganica alrededor de cada gota de PCM mediante procesos sol-gel,
C. limpieza de las nano/microcapsulas formadas en B) con un disolvente para eliminar los restos de surfactante y de PCM no encapsulados,
D. secado en una estufa de vacio de las capsulas obtenidas tras el paso C) durante 4-24 horas a una temperatura entre 25-300°C, y
E. obtencion de nano/microcapsulas inorganicas rellenas de PCM con un tamano comprendido entre 30 nm y 30 pm.
10. Metodo, segun la reivindicacion 9, donde previamente a la etapa B) comprende una etapa A’) en la que el precursor inorganico es hidrolizado mediante la adicion de agua y un catalizador en una concentration optima que acidifique la solution hasta un pH entre 1 y 4.
11. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 5-10 donde en el paso b) los PCMs se incorporan mediante anclaje quimico al material de los diferentes elementos del aerogenerador.
12. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 6-10 donde en el paso b) los PCMs confinados se incorporan a la pintura o recubrimiento o masilla de los diferentes elementos del aerogenerador.
13. Metodo segun la reivindicacion 12 donde la incorporation de los PCMs confinados a la pintura o recubrimiento o masilla de los diferentes elementos de aerogenerador se lleva a cabo mediante los siguientes pasos:
- la dispersion de los PCMs confinados en la pintura o recubrimiento o masilla que recubre los diferente elementos del aerogenerador en un porcentaje situado entre un 10 y un 70% en peso, y
- la aplicacion de la dispersion a los diferentes componentes del
aerogenerador mediante espatula, rodillo, brocha, spray o inmersion.
14. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 6-10 donde en el paso b) los PCMs confinados se incorporan at material estructural de los diferentes elementos del aerogenerador.
15. Metodo segun la reivindicacion 14 donde la incorporacion al material estructural se lleva a cabo mediante la dispersion de los PCMs confinados en las resinas empleadas para la fabricacion de los composites que componen el interior de los diferentes elementos del aerogenerador.
16. Metodo segun la reivindicacion 14 donde la incorporacion al material estructural se lleva a cabo mediante el rociado de una dispersion de los PCMs confinados sobre las fibras empleadas para la fabricacion de los composites que componen el interior de los diferentes elementos del aerogenerador, o bien mediante la inmersion de dichas fibras en una dispersion de los PCMs confinados.
17. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 6-10 donde los PCMs confinados se depositan como una fina capa sobre la superficie de los diferentes elementos del aerogenerador mediante esprayado.
18. Metodo, segun cualquiera de las reivindicaciones 5-17, donde los PCMs se incorporan a las palas del aerogenerador.
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