La industria química consume millones de toneladas de materiales de embalaje como medios de soporte catalítico o adsorbentes en reactores de lecho fijo y sistemas de almacenamiento de calor. Los investigadores de Fraunhofer han desarrollado un medio para encapsular estas partículas de relleno en metal que multiplica su conductividad térmica por cinco.
Los materiales de embalaje aleatorio se utilizan en muchos reactores químicos y sistemas de almacenamiento de calor como medios de soporte catalíticos o adsorbentes. Varios millones de toneladas de estos materiales funcionales se consumen cada año en procesos industriales para producir materia prima química. Para garantizar que estos procesos produzcan los resultados deseados, los materiales de empaque deben ser capaces de conducir el calor de manera eficiente. Esto no siempre es fácil, ya que los espacios entre las partículas a escala milimétrica evitan que el calor se conduzca de manera óptima por todo el lecho empacado. Por lo tanto, las compañías químicas tienen que construir estructuras especiales conductoras de calor en sus"Esto es lento y costoso", dice Jörg Adler, investigador del Instituto Fraunhofer para Tecnologías y Sistemas de Cerámica IKTS en Dresden. Junto con colegas en los Institutos Fraunhofer para Máquinas Herramientas y Tecnología de Formación IWU en Chemnitz y para InterfacialIngeniería y biotecnología IGB en Stuttgart, Adler ha desarrollado un concepto queAumenta la capacidad de transferencia de calor del material de embalaje cinco veces.Su concepto implica encapsular partículas de relleno cilíndricas en metal.Los puntos de contacto entre las partículas encapsuladas en metal forman una estructura metálica que permite que el calor se conduzca a través del lecho empaquetado de manera más rápida y eficiente.
cinco veces más eficiente
Los científicos han realizado pruebas en el laboratorio que prueban que este aumento de eficiencia es realizable, utilizando un sistema de almacenamiento de calor que consiste en un lecho empaquetado de ocho litros de gránulos de zeolita encapsulada en aluminio. Adler enumera las ventajas: "El lecho empaquetado se calientaa una temperatura uniforme más rápidamente. Lleva mucho menos tiempo cargar y descargar el medio de almacenamiento de calor. Esto permite mejorar la eficiencia de las reacciones químicas y, por lo tanto, aumentar la calidad del producto ". Los investigadores esperan que sea posible obtener inclusomejores resultados al usar un metal con una conductividad térmica más alta, como el cobre. Las partículas de material de empaque utilizadas en las pruebas de laboratorio tienen cinco milímetros de largo y están encapsuladas en una capa de aluminio con un espesor de 0.25 milímetros. Los científicos las producen utilizandoproceso desarrollado que podría adaptarse fácilmente a la producción en masa.El material de empaque se vierte en tubos de metal largos y delgados, compactados para evitart se derrame, y los tubos se cortan en secciones para formar partículas cilíndricas de no más de unos pocos milímetros de longitud.
"La industria química utiliza grandes cantidades de materiales de embalaje que, idealmente, se espera que permanezcan en los reactores durante muchos años. Uno de los problemas es que están sujetos a la abrasión del polvo durante el envío y cuando están en uso, causados por el roce de partículasuno contra el otro. Esto ya no sucede cuando están encapsulados en metal, por lo que el material de embalaje dura más ", dice Adler.
La aplicación de calor a los gránulos de zeolita que están saturados con agua hace que los gránulos se sequen y absorban calor. Cuando los gránulos se rehidratan, se libera el calor absorbido. Este efecto físico los hace adecuados para su uso en sistemas de almacenamiento de calor. En esta aplicación también, dice Adler, "la eficiencia del proceso depende de la conductividad térmica del material de zeolita. A menudo es necesario instalar unidades de intercambio de calor muy complicadas, que son caras y reducen el volumen disponible para el almacenamiento de calor real. El metal encapsuladoel material de embalaje podría ser una mejora valiosa aquí. En el laboratorio, hemos podido acortar significativamente el tiempo del ciclo de almacenamiento de calor ".
Ahora que los investigadores han demostrado la viabilidad y la funcionalidad de la técnica de encapsulación en el laboratorio, quieren pasar al siguiente paso en el camino hacia la aplicación industrial ". Necesitamos optimizar aún más el material y el proceso de fabricación, yreunir datos para determinar exactamente en qué medida las ventajas de una mayor conductividad térmica superan los costos adicionales de la encapsulación de metal ", dice Adler.
La industria química utiliza grandes cantidades de materiales de embalaje como medios de soporte catalíticos y adsorbentes. Un catalizador es una sustancia que acelera una reacción química sin sufrir ningún cambio químico. Un adsorbente elimina y almacena productos específicos de una reacción química.Al usarse para optimizar las reacciones químicas, los materiales de empaque también juegan un papel en los sistemas modernos de almacenamiento de calor. En un reactor de lecho empacado, un gas o líquido fluye a través del material y desencadena una reacción química en la superficie de las partículas diminutas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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