Caracterización óptica y térmica de recubrimientos absorbentes a base de hollín para estufas solares

Abstract

In this thesis the use of different types of soot for absorbent solar radiation coatings is proposed. Absorbent coatings are mainly used in solar thermal applications, such as: solar cookers, water heating systems, dehydrators, distillers, etc. The foremost function of an absorbent coating in solar thermal applications is to increase thermal efficiency of the device that uses the coating. Soot was obtained from different types of fuels including: pine resin, wood and sugar cane, which are easily available in rural communities. The contribution or dependence of soot particle size on thermal performance of coatings was investigated separating soot into different particle sizes. From the collected samples, coatings were applied onto aluminum plates and cooking pots, for subsequent analysis. Soot used in preparation of coatings was previously characterized by thermogravimetric analysis, elemental analysis by combustion, electron scanning microscopy, Raman spectroscopy, inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy and optical reflectometry. Results showed that different investigated samples have nanometric sizes for the individual particles, as well as agglomerates of micrometric sizes. On the other hand, the elements that contain the three types of soot are: C Al, Ca, Fe and K. The major element present in all the investigated samples is carbon, found in highest amount in soot pine resin. The concentration of other elements varies depending on type of soot and particle size.

La propuesta consistió en investigar el uso de diferentes tipos de hollín para la elaboración de recubrimientos absorbentes de radiación solar. Los recubrimientos absorbentes generalmente son usados en aplicaciones solares térmicas, como por ejemplo en cocinas solares, sistemas de calentamiento de agua, deshidratadores, destiladores, etc. La principal función de un recubrimiento absorbente en aplicaciones solares térmicas, es aumentar la eficiencia térmica del dispositivo que utiliza el recubrimiento. Los hollines estudiados se obtuvieron de diferentes tipos de combustibles, estos fueron: resina de pino, madera y caña de azúcar, los cuales son fácilmente asequibles en las comunidades rurales. Con la finalidad de estudiar la contribución o dependencia del tamaño de partícula del polvo de hollín en el desempeño térmico de los recubrimientos, éstos fueron separados según su tamaño. A partir de las diferentes muestras, se elaboraron recubrimientos sobre placas de aluminio y en ollas de cocción de cocinas solares, para su posterior análisis. Los hollines que se usaron en la elaboración de los recubrimientos fueron previamente caracterizados mediante diferentes técnicas térmicas, ópticas y otras, tales como: termogravimetría, análisis elemental por combustión, microscopía de barrido electrónico, espectroscopía Raman, espectroscopía de emisión óptica y reflectometría. Los resultados mostraron que los diferentes hollines investigados presentaron tamaños nanométricos para las partículas individuales, así como aglomerados de tamaños micrométricos. Por otro lado, los principales elementos que contienen los tres tipos de hollines son: C Al, Ca, Fe y K. El elemento mayoritario en los tres tipos de hollín es el carbono, encontrándose en mayor cantidad en el de resina de pino. La concentración de los otros elementos encontrados varía dependiendo del tipo de hollín y tamaño de partícula.