Materiales de cambio de fase como enfoque ambiental para el almacenamiento en frío

Los PCM, materiales de cambio de fase, ofrecen nuevas posibilidades de mantener las temperaturas idóneas en conservación y envasado  

¿Qué son los materiales de cambio de fase?

Hoy en día, casi la mitad de los productos alimenticios se pierde antes de llegar al consumidor. Se sabe que el 50% de estas pérdidas se deben a errores técnicos. El manejo de la temperatura y la reducción de las pérdidas poscosecha juegan un papel importante en la población mundial en el futuro. Por lo tanto, prevenir o minimizar la pérdida de frutas y verduras frescas se ha convertido en un tema importante. En general, el almacenamiento en frío usa combustibles derivados del petróleo y energía eléctrica. Estas fuentes de energía son costosas y causan contaminación ambiental. Recientemente, se ha visto que los materiales de cambio de fase (PCM, Phase Change Materials) son una fuente de energía limpia, respetuosa con el medio ambiente y renovable y un material interesante en los sistemas de energía. Los PCM tienen la capacidad de almacenar calor ambiental como energía de calor latente y devolverla un cambio de la temperatura ambiente. Los PCM de rango de temperatura de cambio de fase preciso funcionan como barreras de baja y alta temperatura. De esta manera, proporcionan el máximo ahorro de energía y pueden prevenir las emisiones de carbono (C) al reducir la contaminación ambiental. El estudio realizado por T. Ertugral Güngör es una revisión de los materiales PCM de almacenamiento de energía térmica aplicables para la frigoconservación de frutas y verduras frescas.  

El papel de los PCM en la energía en el uso de energía y su impacto en las emisiones de C

La energía térmica se puede almacenar como energía sensible, latente y termoquímica. El almacenamiento de calor latente es el método más interesante. Los PCM son sustancias que pueden absorber y almacenar calor durante el proceso de cambio de fase y disipar este calor almacenado en caso de cambio de fase inverso (Tao et al., 2008; Boan, 2005). El cambio de fase es causado básicamente por el cambio de temperatura causado por la fuente de calor proveniente del estado estable de la sustancia. Los PCM tienen una función de almacenamiento/liberación de energía durante el cambio de fase a la temperatura especificada. Los PCM ocupan un lugar importante en el almacenamiento de alta energía, la isotermalidad y el cambio de fase controlado (Zalba et al., 2003; Kenisarin y Mahkamov, 2007). Muchos PCM orgánicos e inorgánicos y sus mezclas (véase la figura) se utilizan en la calefacción solar (agua, construcción, etc.) y la regulación de la temperatura en textiles, la gestión térmica de la electrónica, los sistemas de transporte biomédicos y biológicos, etc. Los PCM tienen una alta resistencia al impacto y resistencia química (Alkan et al., 2006). Los PCM se utilizan hoy en día en el almacenamiento de energía solar, bombas de calor, calefacción y aire acondicionado en edificios, sistemas de distribución de calor, etc. ampliamente utilizados en los campos. Los estudios sobre microcápsulas de PCM se han incrementado en los últimos 10 años (Gulfam et al., 2020). Durante la preparación de materiales de nueva generación modificando PCM, se sintetizó, por ejemplo, un nuevo PCM conectando tereftalato de polietileno a polietilenglicol (Gungor Ertugral y Alkan, 2021). En el cambio de fase sólido-líquido, los envases de alimentos que contienen PCM en estado sólido pueden minimizar las fluctuaciones de temperatura que pueden ocurrir (Johnston et al., 2008); también proporciona aislamiento al evitar que la temperatura ambiente cambiante llegue a los alimentos durante mucho tiempo. Muchos investigadores han probado los PCM orgánicos e inorgánicos para obtener la máxima eficiencia térmica disponible (Sathishkumar et al., 2020). Se utilizó el sistema PCM para el refrigerador doméstico y el compresor funcionó 3.566 horas al día. El tiempo de funcionamiento se redujo en 45 minutos en comparación con el año anterior. Se observó que las emisiones de dióxido de carbono se redujeron en un 17,4% y el consumo de combustibles fósiles en 28 kg y 12 litros por día (Zarajabad y Ahmadi, 2018). Es posible conservar alimentos seguros y de calidad utilizando la menor cantidad posible de fuentes de energía. Para este propósito, el interés en materiales de embalaje inteligentes, de nueva generación y respetuosos con el medio ambiente que puedan mantener los alimentos fríos durante un cierto período de tiempo, lo que es beneficioso para la economía global como paralelo.  

PCM aplicables al almacenamiento en frío de frutas y hortalizas durante la poscosecha

La selección adecuada de PCM ahorra energía para la cadena de frío durante el almacenamiento y transporte de alimentos. La conservación de la temperatura de almacenamiento en el rango de 8-10 °C es adecuada para tomates maduros, patatas, cítricos, carambola, melón, okra, piña y calabacín (Cantwell, 2001). Se pueden usar varios PCM como material de envase de frutas y hortalizas para mantener la temperatura constante mediante el uso de una fuente de energía externa mínima (Tª entre 5 y 18 °C). Se ha observado que una placa PCM integrada en una estructura vertical reduce el consumo de energía en unas 10 veces. Cuando el espesor de la placa aumenta en 6 mm, la relación del tiempo de funcionamiento del compresor se reduce del 36 % al 26 % (Ezan et al., 2017). PCM de la marca Rubitherm utilizados en cajas de almacenamiento para aplicaciones de cadena de frío han resultado eficaces en refrigeración (Du et al., 2020). La Tabla 3 del documento original enumera los PCM aplicables para la conservación poscosecha de frutas y verduras. Las referencias también están disponibles en el artículo original. La imagen es la figura 1 del artículo original, Clasificación de PCM (Tatsidjodoung et al., 2013)

Fuente

Review of phase change materials as an environmental approach for postharvest fruit and vegetable cold storage Ertugral Güngör, T., Review of phase change materials as an environmental approach for postharvest fruit and vegetable cold storage. Journal of Global Climate Change. 2022; 1(1): 21-32, DOI: 10.56768/jytp.1.1.04 https://journals.gen.tr/index.php/jgcc/article/view/1787/1178