07.05.2025 by Dr. Chiara Baldini, Aileen Sammler
Caracterización de la mezcla salina NaNO₃-KNO₃ mediante instrumentos de análisis térmico y difracción de rayos X NETZSCH
Las sales y los sistemas salinos tienen un amplio espectro de aplicaciones en numerosas industrias y en la vida cotidiana, desde la conservación y aromatización de alimentos hasta los productos farmacéuticos, la medicina, la agricultura y el tratamiento del agua. Además, una importante variedad de sales es esencial en sectores industriales como la fabricación de productos químicos, la metalurgia y la producción de energía, incluidas las tecnologías nuclear y solar.
Nuevos conocimientos sobre la estabilidad de fase del NaNO₃-KNO₃ para el almacenamiento de energía térmica
Nuestro último estudio se centra en el sistema NaNO₃-KNO₃, un fluido de transferencia de calor y material de almacenamiento de energía térmica muy utilizado en las centrales de energía solar por concentración (CSP). A pesar de su amplia aplicación, persisten las discrepancias en los diagramas de fase de equilibrio debido a la formación de fases metaestables influidas por las condiciones experimentales.
Mediante la integración de la calorimetría diferencial de barrido (DSC), el análisis termomecánico (TMA), el análisis de flash láser (LFA) y la difracción de rayos X a alta temperatura (HTXRD), hemos profundizado en las propiedades térmicas y estructurales del sistema. En particular, la HTXRD confirmó la formación de fases de solución sólida metaestables, lo que refuerza la necesidad de un enfoque térmico y estructural combinado para comprender plenamente el comportamiento del material.
El reciente artículo científico"Comprehensive analysis of metastable phase formation in the NaNO₃-KNO₃ system by thermal analysis and high-temperature X-ray diffraction", publicado en el Journal of Materials Research and Technology, aborda directamente estas discrepancias.
En este estudio se utilizó un enfoque multitécnico que incluía calorimetría diferencial de barrido (NETZSCH DSC 204 F1 Phoenix® ), análisis termomecánico (NETZSCH TMA 402 F1 Hyperion® ), análisis de flash láser (NETZSCH LFA 467 HyperFlash®) y difracción de rayos X a alta temperatura (HTXRD - Empyrean Series 3).
Los resultados muestran diferencias significativas en las temperaturas de transición y los cambios de volumen entre el primer y el segundo ciclo de calentamiento. Además, los estudios de DRX a alta temperatura confirmaron la formación y persistencia de fases metaestables, resolviendo inconsistencias no resueltas previamente en los datos comunicados.
La integración de técnicas experimentales avanzadas en el análisis térmico mejora significativamente la fiabilidad de las propiedades termofísicas, que son cruciales para el desarrollo de bases de datos termodinámicas fiables. Esta integración favorece el desarrollo de materiales innovadores optimizados para diversos rangos de temperatura, mejorando así la eficiencia y la sostenibilidad de los procesos industriales y las soluciones de almacenamiento de energía.
Para una exploración más detallada de los métodos y resultados, el artículo de investigación completo está disponible en línea:
Agradecimientos
Este estudio se ha realizado gracias a la colaboración de investigadores de NETZSCH-Gerätebau GmbH (Selb, Alemania), Malvern Panalytical B.V. (Almelo, 7602 EA, Países Bajos) y Forschungszentrum Jülich GmbH, IMD-1 (Jülich, Alemania). Agradecemos las valiosas contribuciones de los autores y el apoyo prestado por sus respectivas instituciones.
Vea también nuestro seminario web: Los sistemas salinos exploran los límites experimentales
Los sistemas salinos forman un grupo distinto de materiales junto a los óxidos y los metales. Su uso generalizado como medios de transferencia de calor o reactivos químicos en industrias clave como la metalurgia, la energía nuclear y la solar se debe a sus propiedades termofísicas únicas unidas a su coste y disponibilidad relativamente bajos. La combinación de sales con diferentes cationes y aniones aumenta enormemente la variedad de aplicaciones. La determinación precisa de propiedades termofísicas como la DensidadLa densidad de masa se define como la relación entre la masa y el volumen. densidad, la capacidad calorífica y la Difusividad térmicaLa difusividad térmica (a con la unidad mm2/s) es una propiedad específica de los materiales para caracterizar la conducción de calor inestable. Este valor describe la rapidez con la que un material reacciona a un cambio de temperatura.difusividad térmica depende en gran medida de la preparación de la muestra y de la elección de los materiales del crisol. La información sobre la Estabilidad térmicaUn material es térmicamente estable si no se descompone bajo la influencia de la temperatura. Una forma de determinar la estabilidad térmica de una sustancia es utilizar un TGA (analizador termogravimétrico). estabilidad térmica y el comportamiento de evaporación/Reacción de descomposiciónUna reacción de descomposición es una reacción inducida térmicamente de un compuesto químico que forma productos sólidos y/o gaseosos. descomposición de las sales también es importante para la interpretación de los resultados experimentales. Algunas mezclas de sales pueden formar fases metaestables, que pueden depender del programa de temperatura o de otros parámetros del equipo experimental.
Todos estos problemas y las posibles soluciones para la investigación de sistemas salinos con instrumentos TG/DTA/DSC/TMA/LFA se discutirán en nuestro seminario web.
