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http://ciqa.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1025/597| Modulación de la conductividad térmica en nanocompuestos de polipropileno con nanopartículas de carbono (PP/CNPs) para su uso en sistemas intercambiadores de calor | |
| CARLOS ANDRES COVARRUBIAS GORDILLO | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Doctorado en tecnología de polímeros | |
| Debido al importante potencial energético solar en México (10 veces mayor al promedio mundial, con 3000 horas anuales, alta densidad de kW/m2 y con un 90 % de radiación directa), se ha generado un incremento en la demanda por dispositivos capaces de aprovechar esta fuente de energía renovable para cubrir tareas sencillas del hogar y la industria, como lo es el calentamiento de agua. En base a lo anterior, se ha propuesto el uso de polímeros, entre ellos el polipropileno (PP), como materiales sustitutos de metales para la construcción de intercambiadores de calor solares para el calentamiento de agua. Sin embargo, el PP como el resto de los polímeros, presenta una baja conductividad térmica lo que impide su desempeño de manera óptima en dicha aplicación. Es por ello que en las últimas décadas, se ha buscado incrementar las propiedades de los polímeros mediante la adición de nanopartículas de carbono (CNPs), formando los conocidos nanocompuestos poliméricos. En la presente investigación se estudiaron los efectos de diversos factores que inciden sobre el control de la conductividad térmica de estos materiales, tales como: espesor de la interfase polímero/CNPs, compatibilidad polímero/CNPs, dispersión y distribución de las CNPs en la matriz polimérica, entre otros. Para esto, se prepararon nanocompuestos de PP con CNPs (al 1 y 5 % en peso) mediante mezclado en fundido. Las CNPs utilizadas fueron nanofibras de carbono (CNFs), plaquetas de grafeno (GPs) y mezclas de ambas (CNFs:GPs en relación en peso 9:1, 8:2 y 7:3), siendo que la dispersión, distribución y compatibilidad de las CNPs en la matriz de PP es de prioridad para la obtención de nanocompuestos homogéneos, las CNPs fueron pretratadas con sonificado en fase gaseosa para su desaglomeración, y con plasma de propileno para incrementar su afinidad a la matriz de PP. La conductividad térmica del PP (0.14 W/m °C) mostró un incremento en mayor medida para los nanocompuestos fabricados con CNPs modificadas superficialmente (hasta 0.90 W/m °C). Las variaciones en la conductividad térmica permitieron determinar el orden de relevancia de los factores estudiados en función del contenido de CNPs. Para sistemas de bajos contenidos (1% en peso) fueron: 1) dispersión y distribución de las CNPs en la matriz, 2) uso de estructuras planares, 3) grado de cristalinidad y 4) grado de grafitización de las CNPs. Mientras que para los sistemas de mayores contenidos (5% en peso) fueron: 1) dispersión y distribución de las CNPs en la matriz, 2) grado de cristalinidad, 3) grado de grafitización de las CNPs y 4) uso de estructuras planares. Además, se fabricaron prototipos de calentadores solares con los materiales que presentaron las mejores propiedades, lo que permitió identificar que la conductividad térmica solo afecta el tiempo al que se alcanza la temperatura máxima del agua (2 horas más rápido por parte del prototipo con mayor conductividad térmica), siendo la absorción de la radiación solar dada por la naturaleza de cada material, la que define el valor máximo de temperatura alcanzado, que se registró en los 57 °C. | |
| 2019 | |
| Trabajo de grado, doctorado | |
| QUÍMICA | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis de Doctorado |
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| Tesis DTP Carlos Andres Covarrubias 22 abril 2019.pdf | 7.01 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |