Parafinas para reducir el consumo energético de las viviendas

El 40%  del consumo total de energía  en  Europa se  produce  en los edificios,  por  lo que reducir  dicho consumo  cobra  una   importancia  cada vez mayor.  La  integración  de las energías  renovables  en el abastecimiento energético  de los edificios es un  paso para avanzar hacia este objetivo. El grupo de investigación de la UPV/EHU ENEDI ha desarrollado un  dispositivo modular  basado en parafinas  que permite  el almacenamiento de energía térmica  reduciendo  el volumen total del sistema en un  50%  con respecto  al almacenamiento con agua, tradicionalmente utilizado en edificación.

 

El almacenamiento de energía térmica es una estrategia habitual de los sistemas de producción de energía en los  que el periodo de producción y consumo de esta no  coinciden. Ocurre, por ejemplo, en la producción de agua caliente mediante paneles solares térmicos, donde el agua caliente se produce durante las horas de sol, en las que su demanda es menor, y también en los casos de cogeneración residencial, donde el calor y la electricidad se generan simultáneamente, pero no  así la demanda. En ambos casos, el almacenamiento del calor permite desvincular la producción de la demanda, flexibilizando la integración de dichas tecnologías en los  edificios, donde es habitual  que los  periodos  de producción  de energía  no  coincidan  con los  de su consumo.

Tradicionalmente se han empleado tanques de agua para almacenar el calor. “Funcionan bien — explica Álvaro Campos, investigador del proyecto—, y el agua es muy barata, pero se requieren grandes volúmenes para conseguir un  almacenamiento significativo de calor, lo que limita su integración en las viviendas, donde la disponibilidad de espacio es muy reducida”.

El grupo de investigación de la UPV/EHU ENEDI ha desarrollado un prototipo con un % 50 menos de volumen y más flexible en su diseño, con forma prismática, fácil de integrar en edificios y con un  óptimo  uso del  espacio.  Su  naturaleza  modular  permite,  además,  variar  el  diseño  con facilidad.

El sistema  se basa en el  empleo  del  calor  latente  del  cambio  de fase sólido-líquido  de unos materiales   conocidos   como  PCMs   (Phase   Change   Materials).  “Estos   materiales   tienen   la capacidad  de que cuando los  calentamos,  llegados  a su  temperatura de cambio  de fase, empiezan a cambiar de estado, y posibilitan, manteniendo la temperatura prácticamente constante, almacenar una cantidad de energía muy elevada; así, conseguimos mucha más densidad energética, con menores pérdidas de calor al ambiente”, explica Campos.

El dispositivo utiliza una parafina comercial que se funde en torno a 60 ºC, “muy  estable y con una larga  vida  útil”,  precisa  Campos.  La parafina  se encapsula  en el  interior  de placas  de aluminio, que se disponen formando canales entre ellas. El proceso de carga y descarga térmica se realiza haciendo circular agua a través de dichos canales, con lo que el agua caliente cede calor a las placas durante el proceso de carga, fundiendo el material encapsulado, y, a la inversa, se hace circular agua fría por  los canales, de manera que se recupera el calor almacenado y se solidifica la parafina. La propuesta de Campos resuelve uno de los problemas que presentan los PCMs, que, debido a su baja conductividad térmica, suelen necesitar periodos muy largos para ceder el calor acumulado. “Nuestro diseño se basa en placas metálicas muy finas, que permiten extraer el calor con una velocidad similar a la de los tanques de agua”, concluye.

Según Campos, uno de los mayores atractivos del sistema radica en su naturaleza compacta y modular. Los tanques de agua deben ser cilíndricos y esbeltos (delgados y altos) para que su funcionamiento  sea óptimo.  “Nosotros  podemos conseguir  formas mucho más compactas, prismáticas, integrables en cualquier esquina, incluso dentro de un falso techo”, comenta. “Todo ello hace que nuestra propuesta sea más que una alternativa al tanque de agua, ya que ofrece la posibilidad  de instalar  un  dispositivo  de almacenamiento  de energía  térmica  en lugares  y en aplicaciones  donde antes,  por  falta  de espacio,  no  era viable  la  instalación  de un  tanque de agua”, añade Campos.

Actualmente se está trabajando en la fabricación de un prototipo a escala real que se integrará en la instalación experimental del Laboratorio de Control de Calidad en la Edificación (LCCE) del Gobierno Vasco, “para estudiar cómo responde el equipo bajo condiciones de operación real”.

Campos se muestra optimista sobre la competitividad del dispositivo: “Tenemos algo que puede ofrecer las suficientes ventajas técnicas para que, independientemente del precio final, sea una propuesta atractiva”.  El grupo trabaja  ya con otros posibles  PCMs  que permitan  una mayor capacidad de almacenamiento y tengan un menor coste; entre otros, con ácidos grasos y otros materiales orgánicos.