• Heat exchange
• Heat storage
• Microentapsulated
• PCM
• PCS
• Phase change materials
• Phase change slurries
• Thermal properties
•  Creaming

Questa tesi si propone di studiare in modo esaustivo le proprietà chimiche e fisiche dei sistemi di accumulo termico basati su sospensioni di materiali a cambiamento di fase (PCM) microincapsulati. In particolare, sono state studiate le proprietà fisico-chimiche e termiche di slurry a cambiamento di fase (PCS) composti da acqua pura e materiale a cambiamento di fase (PCM) microincapsulato: EnFinit® PCM35CP. Lo studio si concentra su slurry con diverse concentrazioni di PCM (10, 20, 30 e 40 wt.%) e analizza l'influenza della concentrazione di PCM e delle dimensioni delle particelle sulle proprietà dello slurry. Le proprietà esaminate sono stabilità, reologia, espansione volumetrica, densità, entalpia, conducibilità termica e trasferimento di calore convettivo.
I risultati dimostrano che la concentrazione gioca un ruolo significativo nell'influenzare la stabilità, la viscosità e il potenziale entalpico dello slurry. Concentrazioni più elevate di PCM favoriscono il creaming, aumentano la viscosità e incrementano l'entalpia, il che è favorevole all'accumulo di energia termica. Tuttavia, le concentrazioni elevate hanno un impatto negativo sul trasferimento di calore convettivo a causa dell'aumento della viscosità, che limita il movimento delle particelle e determina un trasferimento di calore prevalentemente conduttivo. La dimensione delle particelle, invece, ha un effetto meno pronunciato sulla maggior parte delle proprietà, ma influenza il creaming e la viscosità, soprattutto ad alte velocità di taglio. Le particelle più piccole tendono a migliorare la stabilità dello slurry e il trasferimento di calore convettivo rispetto agli slurry con particelle più grandi.
I risultati suggeriscono che gli slurry con alte concentrazioni di PCM e particelle di dimensioni ridotte offrono un migliore potenziale di accumulo termico, con una maggiore stabilità e un migliore trasferimento di calore convettivo. Questo studio evidenzia l'importanza di ottimizzare sia la concentrazione che la dimensione delle particelle per una progettazione efficiente degli slurry a cambiamento di fase per le applicazioni di accumulo di energia termica. Inoltre, lo sviluppo di PCM bio-based potrebbe migliorare ulteriormente la sostenibilità di questi sistemi, contribuendo al raggiungimento degli obiettivi di neutralità climatica globale.


This thesis aims to comprehensively investigate the chemical and physical properties of thermal storage systems based on suspensions of microencapsulated Phase Change Materials (PCM). Specifically, the physicochemical and thermal properties of phase change slurries (PCS) composed of pure water and microencapsulated phase change material (PCM): EnFinit® PCM35CP were investigated. The study focuses on slurries with varying PCM concentrations (10, 20, 30 and 40 wt.%) and investigates the influence of PCM concentration and particle size on the slurry properties. The properties examined include stability, rheology, volumetric expansion, density, enthalpy, thermal conductivity, and convective heat transfer.
The results demonstrate that concentration plays a significant role in influencing the slurry's stability, viscosity, and enthalpy potential. Higher PCM concentrations promote creaming, increase viscosity, and enhance enthalpy, which is favourable for thermal energy storage. However, high concentrations negatively impact convective heat transfer due to the increase in viscosity, which limits particle movement and results in primarily conductive heat transfer. In contrast, particle size has a less pronounced effect on most properties but influences creaming behaviour and viscosity, especially at high shear rates. Smaller particles tend to improve slurry stability and convective heat transfer compared to slurries with larger particles.
The findings suggest that slurries with high PCM concentrations and smaller particle sizes provide better thermal storage potential, with increased stability and improved convective heat transfer. This study highlights the importance of optimizing both concentration and particle size for the efficient design of phase change slurries for thermal energy storage applications. Additionally, the development of bio-based PCMs could further enhance the sustainability of such systems, contributing to the achievement of global climate neutrality goals.