Materiales especiales para el uso de la energía solar A Gutarra UNI XVI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGIA SOLAR Blog: http://solucionessolares.blogspot.com/

1. Materiales especiales para el uso de la energ í a solar Abel Gutarra Espinoza Laboratorio de Materiales Nanoestructurados Facultad de Ciencias-UNI Arequipa, Noviembre de 2009 XVI SIMPOSIO PERUANO DE ENERGIA SOLAR

4. - El TiO 2 es un oxido semiconductor de gran ancho de banda (3,4 eV). - Si recibe radiaci ó n ultravioleta de 380 nm puede generar pares electron-hueco. - Si la part í cula es peque ña, el electrón y el hueco pueden llegar a la superficie de la part í cula y transferirse a una especie adsorbida. - La radiación solar tienen una peque ña componente UV, por lo tanto puede producir pares e-h en nanopart í culas (20nm) de TiO 2 - Las nanopart í culas de TiO 2 son accesibles comercialmente (ejm. Degussa P25) Algunas caracteristicas del TiO 2

5. Ti IV OH Ti IV OH • + Intermediario oxidado CO 2 {HO 2 . , HO 2 - , H 2 O 2 , OH . } H 2 O Contaminante orgánico Intermediario oxidado CO 2 hv FOTOCATÁLISIS HETEROGÉNEA Radiación UV, Pares e - /h + , Fotoreducción y Fotoxidación TiO 2 Fuente: A. Mills, S. Le Hunte , 1 997 BV BC Contaminante orgánico Ti IV OH Ti III OH O 2 O 2 • - + -

6. Reactor fotocatalítico Tubos de vidrio Gas portador Anillo de teflón Tubo de cuarzo Lámpara UV

7. (1) (2) (3) (5) (1) (2) (3) (4) (5) a) Sistema de monitoreo de vapores orgánicos. b) Esquema del fotoreactor. (1) Lámpara UV. (2) Tubo de cuarzo. (3) Anillo separador. (4) Tubo recubierto con TiO2. (5) Entrada de la mezcla aire-vapor [8] ( 4 ) (a) (b) Reactor fotocatalitico y sistema de monitoreo (6)

8. Degradaci ó n fotocatal í tica de un alcohol

9. Fotodecoloración de colorante textil negro 1.Introducción 2.Fabricación 3.Aplicaciones 0’ 10’ 20’ 30’ 40’ 50’ 60’

10. 1.Introducción 2.Fabricación 3.Aplicaciones Fotodecoloración de colorante textil rojo 0 min 10 20 30 40 50

11. J. Rodriguez Yaurisque, Cuzco-2005

12. Proyecto OEA-SOLWATER IPEN-UNI J. Rodriguez

13. 2. Pel í culas delgadas de di ó xido de titanio como material electrocr ó mico

14. Estructura cristalina del dióxido de titanio Fase rutilo Fase anatasa Estructura abierta que permite intercalaci ó n i ó nica reversible

15. Electrocromismo: Cambio de color por aplicacion de voltaje + Transmitancia Transmitancia Longitud de onda Longitud de onda e - + + e - (-) (+) + + TiO 2 Electrolito Conductor transparenteSnO 2 :F +

16. Bomba de vacío + Cátodo de Ti Fuente de poder Entrada de gas reactivo Substrato + + + Sistema de deposición de películas de TiO 2 por sputtering reactivo: Cámara con Ar ionizado y oxígeno. Estequiometría controlada. Fabicacion de peliculas delgadas de TiO2: Sputtering

17. Celda electroquímica para observar el efecto electrocrómico. Se establece un potencial negativo entre el electrodo de trabajo y el electrodo de referencia. Los iones Li + son intercalados en la película de TiO 2 y esta se oscurece Intercalaci ó n de cationes en celda electroqu í mica Vidrio ITO TiO 2 Electrodo de Trabajo Electrodo de Referencia Contra electrodo LiClO 4 Li Li

18. Dispositivo electrocr ó mico de estado s ó lido C.G.Granqvist vidrio conductor transparente electrolito TiO 2 vidrio conductor transparente [ - ] [ + ] + + + +

19. Cambios de transmitancia del sistema vidrio/ITO/TiO 2 para diferentes cantidades de carga intercalada Q [1] A. Gutarra (2000)

20. Figura 8. Cambios de reflectancia para el sistema anterior con las mismas cantidades de carga intercalada Q [1] A. Gutarra (2000)

21. Diagrama de bandas de varios óxidos de estructura rutilo indicando la posición del nivel de Fermi en cada caso. Al aumentar la población electrónica debido a la intercalación, se desplaza el nivel de Fermi hasta permitir la absorción de luz visible hasta la banda de conducción [4] C.G.Granqvist 2+4 2 4 8 2 2 4 2 4 RhO 2 , IrO 2 RuO 2 MnO 2 CrO 2 , MoO 2 , WO 2 VO 2 , NbO 2 TiO 2 s p d s p Me O 2

22. Control de radiaci ó n solar directa en una habitaci ó n

23. Estado transparente

24. Estado oscuro

25. 3. Arcillas porosas infiltradas con cera como material de cambio de fase

26. A. Gutarra. UNI Antecedentes: Se habian desarrollado tecnicas para fabricar estrcturas de arcilla porosa poe el metodo de la esponja polim é rica para ser usados como filtros. 30x30x1,5 cm

27. 0mm 1mm 2mm 3mm 4mm 5mm 0mm 1mm 2mm 3mm 4mm 5mm Esponja A (2-3 poros por 1mm) Esponja A (1-2 poros por 1mm) 3. Caracterización del filtro

28. Adsorci ó n de colorantes textiles con filtros de arcilla

29. + Proyecto CER-UNI: Confort termico en viviendas altoandinas Usar la matriz de arcilla-esponja como soporte de un material de cambio de fase (MCF) como la cera. Arcilla esponja = ? Cera: Parafina de alto peso moleclar Cuando 20 ≤ n ≤ 40 se tiene fase solida (cera). Para n menores: fase liquida

30. Acumulaci ó n de calor en un material de cambio de fase T (oC) solido liquido T f Q (J)

31. Infiltracion de cera en la estructura porosa de la arcilla (a) Inmersión de la arcilla esponja en la cera fundida. (b) Muestra de arcilla esponja conteniendo la parafina solidificada en su interior. (a) (b)

32. Absortancia infrarroja de la mezcla cera-parafina líquida en 725 cm-1 para diferentes proporciones en peso de parafina líquida. Esta absorción es notable en la cera y casi nula en la parafina líquida. La disminución de la absortancia indica una mezcla homogénea Disminución de la temperatura de fusión de la cera cuando se mezcla con parafina líquida. Es posible disminuir la temperatura de fusion de la cera mezcalndola con parafina liquida

33. Se colocaron muestras de cera con diferentes proporciones de parafina liquida en un horno electrico con temperatura de aire controlada (linea negra) Calentamiento Enfriamiento

34. (1) Temperatura interna de la caja de tecnopor; (2) Caja cúbica de tecnopor; (3) Fuente de radiación formada por 6 lámparas incandescentes de 100 W c/u; (4) Lámina de vidrio; (5) Arcilla-esponja con cera; (6) Temperatura interna de la caja de tecnopor 20 cm 40 cm 20 cm 1 2 5 3 4 6