Estudio térmico de un material orgánico de cambio de fase, probado en una vestimenta de seguridad para altas temperaturas

Abstract

Los materiales de cambio de fase o PCMs (phase change materials), tienen la capacidad de almacenar calor para después liberarlo. Este proyecto propuso la utilización de PCMs naturales en un chaleco de trabajo para exposiciones al calor, debido que el estrés térmico afecta la salud y rendimiento de los trabajadores. Se caracterizaron los PCMs aceites de coco virgen, coco refinado y coco cosmético mediante pruebas de reología y FTIR-ATR y se probó su desempeño térmico con módulos de tubos de polietileno con aceite de coco refinado, monitoreando las temperaturas con termopares tipo T y HOBOware. Se observó que el aceite de coco es adecuado para trabajos en ambiente cálido y actividad moderada, pero no para una actividad térmicamente agresiva. Por lo que se buscaron otros materiales de cambio de fase: aceite de corozo, manteca de cacao y aceite de coco hidrogenado, siendo la manteca de cacao el material con mayor temperatura de fusión (36°C), seguido del aceite de coco hidrogenado (30.28°C) y del aceite de corozo (29.22°C). Se realizaron pruebas de desempeño térmico en cámaras aisladas; en ellas se analizaron módulos de aceite de coco hidrogenado, manteca de cacao, agua destilada y piezas de poliestireno expandido y tela. Se observó el cambio de fase, por 7 horas la manteca de cacao favorece el amortiguamiento térmico hasta 4.38°C y el aceite de coco hidrogenado hasta 4.06°C. Finalmente, se monitorearon cuatro panaderías de los Valles Centrales de Oaxaca en un ambiente térmicamente agresivo, y se probó el chaleco con módulos PCM. El diseño de experimento fue de tres niveles de material: chaleco sin PCM, chaleco con aceite de coco hidrogenado y chaleco con aceite de coco virgen, con 3 repeticiones, registrando signos vitales iniciales y finales del empleado y aplicando una encuesta sobre el esfuerzo percibido. Los resultados mostraron que, trabajando 80 minutos con temperaturas entre 30°C a 37°C, el aceite de coco virgen y el aceite de coco hidrogenado consiguen un amortiguamiento de temperaturas de 3°C. Y la percepción térmica de la persona que utilizó los chalecos fue de mayor confort cuando utilizó el chaleco PCM que cuando no lo utilizó.