| Tesis Doctorales de la Universidad de Alcalá |
| PRODUCCIÓN Y EVALUACIÓN DE MATERIALES DE CAMBIO DE FASE ORGÁNICOS FORMULADOS A BASE DE ACEITES ESENCIALES Y MEJORADOS CON NANOPARTÍCULAS SINTETIZADAS POR MÉTODOS AMBIENTALMENTE AMIGABLES | | Autor/a | Nicolalde González, Juan | | Departamento | Teoría de la Señal y Comunicaciones | | Director/a | Martínez Gómez, Javier | | Codirector/a | Guerrero Barragán, VÍCTOR HUGO | | Fecha de depósito | 11-03-2026 | | Periodo de exposición pública | 11 a 25 de marzo de 2026 | | Fecha de defensa | Sin especificar | | Modalidad | Presencial | | Programa | Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (RD 99/2011) | | Mención internacional | No | | Resumen | La creciente demanda de refrigeración sostenible ha impulsado el interés en el desarrollo de los materiales de cambio de fase de base biológica (BPCM) para sistemas de almacenamiento de energía térmica en frío (CTES). Esta investigación aborda los desafíos energéticos globales mediante el desarrollo de tecnologías limpias derivadas de residuos agroindustriales, como los ácidos grasos vegetales, aprovechando su capacidad de almacenamiento de calor latente frente a las limitaciones de baja conductividad térmica de los materiales convencionales.
De igual manera, se examinaron los avances en la mejora de BPCMs mediante la incorporación de nanopartículas. El análisis destaca cómo los materiales nanomejorados (NeBPCM) permiten aumentar la conductividad y estabilizan las transiciones de fase. Se enfatiza el uso de ácidos grasos por su biodegradabilidad y compatibilidad química. Asimismo, se exploró el potencial de emulsiones con agua para reducir el subenfriamiento y mejorar la entalpía de fusión.
La investigación se estructuró en tres instancias evaluando el rendimiento de aceites vegetales en aplicaciones de refrigeración. El Aceite de Semilla de Aguacate (BPCM-AG) fue caracterizado mediante DSC, presentó una transición de fase entre -27 °C y 15 °C, ideal para la conservación de alimentos. Las simulaciones computacionales y pruebas físicas determinaron que una distribución homogénea del material en las paredes del contenedor optimiza el almacenamiento frío. Experimentalmente, el BPCM-AG mantuvo temperaturas críticas durante dos horas adicionales frente a sistemas sin PCM y mejoró la conservación térmica de productos lácteos (yogur) en 6 °C durante 8 horas de experimentación. Por otro lado, las emulsiones con agua demostraron ser útiles por sus capacidades de almacenamiento térmico.
Evaluado por primera vez para estas aplicaciones, se caracterizó el aceite de semilla de sacha inchi (BPCM-SCH), por su perfil de ácidos grasos (linoleico, linólico y elaídico) reveló una transición de fase entre -27.5 °C y -4.9 °C, con una entalpía de 78.57 J/g y alta estabilidad térmica (degradación a partir de 300 °C). En pruebas con sistemas móviles de transporte de vacunas, el BPCM-SCH demostró ser una alternativa viable para la cadena de frío, ofreciendo además una oportunidad de desarrollo económico sostenible para comunidades amazónicas.
Con el mismo BPCM-SCH se desarrolló y caracterizó un modelo mejorado con nanopartículas de TiO2 (BPCM-SCH-TiO2). Los análisis de UV/Vis y FTIR los límites de dispersión para evitar aglomeraciones y confirmaron la estabilidad química. DSC evidenció cómo el TiO2 afecta a la entalpía de fusión y cómo este nanomaterial evita la fotodegradación, permitiendo mantener las propiedades térmicas del BPCM en el tiempo. Las simulaciones computacionales validaron que la inclusión de nanomateriales incrementa la conductividad térmica bajo la utilización de nanopartículas de buena conductividad térmica con distintas dispersiones.
Este trabajo contribuye al campo de la eficiencia energética mediante la valorización de recursos renovables. Los resultados posicionan a los NeBPCMs como una ruta prometedora para sistemas CTES de alto rendimiento. Se concluye con la necesidad de investigar nanoestructuras multifuncionales y evaluaciones de rendimiento a largo plazo para facilitar su despliegue a gran escala. |
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