Caracterización de arcillas Michoacanas para su aplicación en sistemas térmicos

Abstract

This doctoral thesis presents a characterization of Michoacán clays, with the aim of making use of this type of material for applications in sustainable thermal technologies. The study addresses the analysis of physical, thermal, mechanical, and crystallographic composition properties of samples from Tlalpujahua and Capula, which were subjected to various thermal treatments. The results show that the properties of the clays depend significantly on the temperature and duration of the thermal treatment. It was observed that the crystallographic components and their transformations due to thermal treatment directly influence the physical, thermal, and mechanical properties, as well as the clays’ ability to function as an additive in composite materials. Experimental evidence demonstrates that the incorporation of thermally treated clay improves the thermal efficiency of a phase change material (soy wax), opening new possibilities for the design of sustainable thermal composites. One of the main contributions of this work is the proposal of a predictive mathematical model for thermal conductivity, based on the obtained crystallographic composition. As scientific research, this thesis fosters the use of local resources with low environmental impact, promotes alternative materials for energy efficiency, and lays the groundwork for future research in the design of advanced thermal composites based on clays.

Esta tesis presenta una caracterización de arcillas Michoacanas, con la finalidad de aprovechar este tipo de material en aplicaciones con tecnologías térmicas sostenibles. El estudio abarca el análisis de propiedades físicas, térmicas, mecánicas y de composición cristalográfica de muestras provenientes de Tlalpujahua y Capula, las cuales fueron sometidas a diversos tratamientos térmicos. Los resultados muestran que las propiedades de las arcillas dependen significativamente de la temperatura y el tiempo de tratamiento térmico. Se observó que los componentes cristalográficos y sus transformaciones debido al tratamiento térmico, influyen directamente en las propiedades físicas, térmicas, mecánicas y en la capacidad de las arcillas para funcionar como aditivo en materiales compuestos. Se demuestra experimentalmente que la incorporación de arcilla tratada térmicamente mejora la eficiencia térmica de un material de cambio de fase (cera de soya), lo que abre nuevas posibilidades para el diseño de compuestos térmicos sostenibles. Una de las principales contribuciones de este trabajo es la propuesta de un modelo matemático predictivo de la conductividad térmica, basado en la composición cristalográfica obtenida. Como investigación científica, esta tesis fomenta el uso de recursos locales con bajo impacto ambiental, promueve materiales alternativos para la eficiencia energética y sienta las bases para futuras investigaciones en el diseño de compuestos térmicos avanzados basados en arcillas.