Evaluación de las propiedades tecnológicas de materiales de mullita para su uso en energía solar térmica concentrada

Resumen

 La energía solar térmica de concentración (CSP) utiliza la irradiancia normal directa para concentrar la radiación solar y calentar fluidos, generando electricidad. Sus componentes, como las tuberías de transferencia de calor, requieren materiales con alta refractariedad, resistencia mecánica y a la corrosión. La mullita (3Al₂O₃·2SiO₂), por sus propiedades térmicas, mecánicas y químicas, es un material prometedor para estas aplicaciones. Este trabajo evalúa el efecto de la adición de óxidos de cobre (CuO) y manganeso (MnO₂) en la mullitización de mezclas de arcilla caolinítica y alúmina. Se formularon mezclas con 1, 3 y 10 % p/p de óxido, conformadas y sinterizadas a 1400 y 1500 °C. Los análisis térmicos y dilatométricos mostraron que ambos óxidos actúan como fundentes, adelantando la formación de mullita y mejorando la densificación, especialmente MnO₂. La difracción de rayos X reveló que los óxidos no se incorporan a la estructura cristalina, sino a la fase vítrea, reduciendo la porosidad (<5 %) y aumentando la densidad. En cuanto a propiedades ópticas, se obtuvo baja luminosidad (Y<8) con tonalidades oscuras, favoreciendo la absorción solar. Mecánicamente, el módulo de elasticidad aumentó hasta ~100 GPa. Los cerámicos, especialmente con CuO, presentan baja porosidad, estabilidad térmica y buen rendimiento mecánico, siendo aptos para tubos receptores en sistemas CSP.