Che cos'è il trasferimento di calore latente?

Le transizioni tra le fasi solida, liquida e gassosa di un materiale comportano grandi quantità di energia. L'energia necessaria per la transizione è nota come trasferimento di calore latente. Recentemente, i ricercatori di energia alternativa hanno cercato modi in cui questo trasferimento di calore latente può essere utilizzato per immagazzinare energia fino al momento del bisogno. Ad esempio, uno studio del Dipartimento dell'Energia (DOE) sta valutando se l'energia solare concentrata possa utilizzare il sale fuso per lo stoccaggio di energia termica.

Quando due sostanze con temperature diverse vengono messe in contatto tra loro, la sostanza con la temperatura più alta trasferisce calore al sostanza con la temperatura più bassa in un processo chiamato "trasferimento di calore sensibile". Ad esempio, quando il sole tramonta, l'aria diventa più fredda e diventa più fresca del terra. Il terreno trasferisce parte del suo calore all'aria, facendo sì che il terreno si raffreddi e l'aria si scaldi.

Nel punto in cui una delle sostanze è pronta a cambiare stato o fasi (solido in liquido, liquido in gas, ecc.), il calore viene trasferito da una sostanza senza un corrispondente cambiamento di temperatura nell'altra in sostanza. Questo processo di emissione o assorbimento di calore senza cambiare la temperatura è noto come "trasferimento di calore latente".

La quantità di calore che deve essere aggiunta a un liquido per trasformarlo in un gas (cioè acqua in vapore) è chiamata "calore latente di vaporizzazione", mentre il quantità di calore che deve essere aggiunta a un solido per trasformarlo in liquido (ghiaccio in acqua) è il "calore latente di fusione". La quantità di energia che deve essere aggiunta cambiare la fase di un grammo di una sostanza è molto maggiore dell'energia necessaria per innalzare di un grado la temperatura di un grammo della stessa sostanza Centigrado. L'energia necessaria per elevare un grammo di un grado è chiamata "calore specifico" della sostanza. L'acqua ha un calore specifico di 1 caloria/grammo °C e un calore di fusione di 79,7 cal/grammo.

L'energia non viene persa durante il trasferimento di calore latente. Ad esempio, lo scioglimento del ghiaccio provoca l'assorbimento del calore latente. quando l'acqua si congela, il calore latente viene rilasciato. Allo stesso modo, quando l'acqua evapora, assorbe energia, ma quando l'acqua si condensa, l'energia viene rilasciata.

Molte fonti energetiche alternative sono limitate perché non possono fornire una produzione di energia costante. I generatori solari producono solo quando splende il sole e le turbine eoliche ovviamente funzionano solo quando soffia il vento. Ciò ha portato a una maggiore ricerca su modi economici ed efficaci per immagazzinare l'energia fino a quando necessario (ad esempio, per immagazzinare l'elettricità solare in eccesso prodotta in una giornata di sole da utilizzare durante il notte).
I sistemi di accumulo di energia termica a calore latente (LHTES) potrebbero immagazzinare e scaricare grandi quantità di energia quando le sostanze si sciolgono e si solidificano. Sono necessarie ulteriori ricerche per decidere quali materiali hanno le giuste caratteristiche che potrebbero consentire a qualsiasi cosa, dalle automobili alle fabbriche, di utilizzare efficacemente il trasferimento di calore latente.