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A maravilhosa transformação do gelo e da água: por que a água é o melhor material para mudança de fase?
A água, a substância mais comum na nossa vida quotidiana, tem uma capacidade incrível: pode facilmente mudar de forma sob diferentes temperaturas e pressões. Do gelo à água e ao vapor de água, os princípios científicos por detrás destas mudanças fazem da água um material de mudança de fase (PCM) ideal, que demonstrou as suas vantagens únicas em diversas aplicações.
Material de mudança de fase é uma substância que libera ou absorve uma grande quantidade de energia durante a mudança de fase. O processo de mudança de fase da água fornece calor latente de até 333,55 J/g, que é muito maior do que o armazenamento comum de energia térmica sensível.
Os materiais de mudança de fase geralmente podem ser divididos em duas categorias: materiais orgânicos e materiais inorgânicos. Os materiais orgânicos vêm principalmente de plantas ou petróleo, enquanto os materiais inorgânicos incluem hidratos de sal, etc. A água é caracterizada como um material de mudança de fase pela sua alta capacidade de calor latente e capacidade de armazenar energia durante a transição entre sólido e líquido, tornando-a um material importante na construção, sistemas de refrigeração e aplicações médicas.
Calor latente da água e suas aplicações
Durante a mudança de fase da água, quando o gelo derrete em água, o calor absorvido pode chegar a 333,55 J/g, o que permite que a água armazene uma grande quantidade de energia sob mudanças de temperatura relativamente pequenas. Em comparação com outros materiais, a água pode libertar ou absorver grandes quantidades de calor à medida que muda de estado, tornando-a excelente para armazenamento de energia.
Os PCMs possuem recursos de "armazenamento de calor latente" (LHS), o que significa que podem armazenar e liberar grandes quantidades de energia perto da temperatura de mudança de fase.
Essa característica da água faz com que ela seja amplamente utilizada em edifícios, especialmente onde é necessário resfriamento no verão e aquecimento no inverno. Ao armazenar ar frio no inverno, a água pode ser liberada no verão, equilibrando a demanda e a oferta de energia.
Classificação de materiais de mudança de fase
Existem muitas classificações de materiais de mudança de fase, entre as quais a água é um material de mudança de fase sólido-líquido. Além da água, muitos materiais orgânicos de mudança de fase, como ácidos graxos e parafinas, também foram amplamente estudados. A característica desses materiais é que eles podem atingir um armazenamento eficaz de energia em uma pequena faixa de temperatura.
Embora os PCM orgânicos sejam tecnicamente eficientes, eles geralmente apresentam baixa condutividade térmica, o que significa que suas propriedades de gerenciamento térmico precisam ser melhoradas para uma transferência de energia mais rápida.
PCMs inorgânicos, como hidratos de sal, oferecem maior densidade de armazenamento e melhor condutividade térmica, mas podem enfrentar desafios com fusão e delaminação irregulares durante o uso repetido.
Tecnologia de microencapsulação
Em certas aplicações, especialmente quando materiais de mudança de fase precisam ser aplicados em têxteis, é introduzida a tecnologia de microencapsulação. Este método permite que o material permaneça no estado sólido. Quando o material de mudança de fase interna derrete, a estrutura da cápsula ainda pode reter a forma do material, evitando o problema de vazamento de líquido.
Materiais de mudança de fase microencapsulados podem integrar melhor os materiais em materiais de construção, concreto, etc., e fornecer sistemas convenientes de armazenamento de calor.
A introdução desta tecnologia não só aumenta a estabilidade dos materiais de mudança de fase, mas também melhora a sua capacidade de adaptação a diferentes ambientes, expandindo ainda mais o seu âmbito de aplicação.
O futuro da água
À medida que aumentam as preocupações com a eficiência energética e a sustentabilidade, o mercado potencial para materiais de mudança de fase está a crescer rapidamente. Como representante dos materiais de mudança de fase, a água não é apenas um recurso reciclado, mas também um amortecedor perfeito entre a procura e a oferta, seja na construção de casas ou em instalações públicas.
No futuro, à medida que a tecnologia avança, a tecnologia de mudança de fase da água poderá desempenhar um papel mais importante em mais aplicações, como em sistemas de armazenamento solar e instalações de ar condicionado de alta eficiência. futuro. À medida que o conflito entre a procura e a oferta de energia continua a intensificar-se, como é que o papel da água ajudará a resolver este problema?
