ES2913678T3 - Conductor aéreo con revestimiento autolimpiante - Google Patents

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Abstract

Un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende: uno o más conductores eléctricos; y un primer revestimiento proporcionado en al menos una porción de los uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento comprende: (i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino; (ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SiO2); y (iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende >= 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TiO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") <= 100 nm; en donde el primer revestimiento tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E >= 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 μm y tiene un coeficiente de reflectividad solar promedio R >= 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A <= 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 μm.

Description

DESCRIPCIÓN
Conductor aéreo con revestimiento autolimpiante
La presente solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la solicitud de patente del Reino Unido con n.° 1814691.0, presentada el 10 de septiembre de 2018.
Campo de la presente invención
La presente invención se refiere a conductores eléctricos aéreos. Las diversas realizaciones preferidas se refieren a conductores eléctricos aéreos de alta tensión que tienen un revestimiento de una sola capa con el fin de reducir la temperatura del conductor, reduciendo así la resistencia del conductor (ya que la resistencia eléctrica depende de la temperatura) y, por lo tanto, reduciendo las pérdidas de potencia en el conductor (ya que la pérdida de potencia depende de la resistencia eléctrica). El conductor eléctrico aéreo de alta tensión con revestimiento de una sola capa incluye un agente fotocatalítico de autolimpieza.
Antecedentes
Se conocen varios tipos diferentes de conductores eléctricos aéreos de alta tensión que comprenden cables de aluminio suspendidos entre torres. Los diversos tipos diferentes de conductores eléctricos aéreos de alta tensión conocidos se pueden dividir en dos grupos. El primer grupo comprende conductores que tienen una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C. El segundo grupo comprende conductores que tienen una temperatura máxima de funcionamiento más alta en el intervalo de 150-250 °C.
Hay varios problemas particulares asociados a los conductores eléctricos aéreos de alta tensión y estos problemas pueden volverse particularmente agudos con los conductores eléctricos aéreos de alta tensión que funcionan a temperaturas de funcionamiento elevadas en el intervalo de 150-250 °C. Dichos conductores pueden instalarse, por ejemplo, en regiones particularmente cálidas del mundo, como el sur de EE. UU., Oriente Medio y Australia.
Los conductores eléctricos aéreos de alta tensión que se instalan en regiones particularmente cálidas del mundo sufren el problema de que los conductores aéreos están expuestos a un calentamiento solar significativo debido a la luz solar intensa durante la mayor parte del año. Un conductor eléctrico aéreo que está sujeto a radiación solar sostenida durante todo el año presenta una serie de desafíos operativos significativos para una empresa de servicios públicos que busca administrar una línea o red aérea de transmisión o distribución de potencia.
Como apreciará un experto en la materia, la temperatura de un conductor eléctrico aéreo de alta tensión tenderá a aumentar debido a dos factores principales. El primer factor es que habrá pérdidas óhmicas debido a la transmisión de corriente eléctrica a través del conductor, lo que se traducirá en un efecto Joule del conductor. El segundo factor es que el conductor estará sujeto a una radiación solar (es decir, la luz del sol) relativamente intensa y, por lo tanto, será calentado por la radiación solar. Será evidente que ambos factores desempeñarán un papel en el aumento de la temperatura del conductor.
También se entenderá que también hay una serie de otros factores que pueden llegar a disminuir la temperatura del conductor. Por ejemplo, un conductor puede perder potencia al emitir radiación infrarroja (calor). Un conductor también puede perder potencia por conducción o por convección (por ejemplo, debido a corrientes de aire, al viento, etc.). Sin embargo, en términos prácticos, las pérdidas de potencia debidas a la conducción son bastante mínimas y las pérdidas de potencia debidas a la convección dependen de la ubicación geográfica donde se instale el conductor. Los expertos en la materia entenderán que el mecanismo de enfriamiento predominante por el cual un conductor eléctrico aéreo perderá potencia es a través de la radiación, es decir, irradiando energía térmica y, en particular, de la radiación infrarroja en el intervalo de longitud de onda infrarroja de 2,5-30,0 pm.
En consecuencia, en una primera aproximación, la temperatura de un conductor eléctrico aéreo de alta tensión aumentará debido a los efectos combinados del efecto Joule y la radiación solar, siendo compensado este aumento de temperatura por la pérdida de potencia debido a que el conductor emite radiación infrarroja.
Para fines ilustrativos, se puede considerar que un conductor eléctrico aéreo de aluminio desnudo tiene un coeficiente de absorción solar promedio A de 0,5 en todo el espectro solar de 0,3 a 2,5 pm. Se entenderá que el conductor de aluminio desnudo tendrá un coeficiente de reflectividad solar promedio R correspondiente de 0,5. En consecuencia, un conductor eléctrico de aluminio desnudo expuesto a la radiación solar (es decir, a la luz del sol) absorberá aprox. 50 % de la radiación solar incidente.
El efecto neto de la absorción por parte del conductor de aprox. el 50 % de la radiación solar incidente durante un periodo sostenido de tiempo, junto con un efecto Joule significativo del conductor, hará que la temperatura del conductor aéreo aumente hasta una temperatura de funcionamiento máxima nominal. Según la ubicación geográfica del conductor, las pérdidas de potencia debidas a las corrientes de aire (es decir, el viento) pueden ser bajas o insignificantes. La temperatura máxima de funcionamiento del conductor puede ser de 80 °C o en el intervalo de 150-250 °C.
Una vez que los conductores aéreos alcanzan o se aproximan a su temperatura nominal máxima de funcionamiento, la empresa de servicios públicos que administra la línea o red de transmisión o distribución de potencia debe reducir la corriente transmitida a través del conductor para reducir los efectos del efecto Joule, manteniendo así el conductor aéreo dentro de un intervalo de temperatura de funcionamiento seguro.
Se conocen varios tipos diferentes de conductores y, a continuación, se describirán con más detalle.
Los conductores de aluminio desnudo ("AAC") comprenden alambres de aluminio trefilados trenzados en capas sucesivas en direcciones opuestas para formar el conductor según la BS EN 50182 o la IEC 61089. Los conductores AAC se pueden usar para líneas aéreas de distribución que tienen tramos relativamente cortos, alimentadores aéreos y embarrados de subestaciones. Los conductores AAC tienen una alta resistencia a la corrosión, ya que no incluyen acero. Los conductores AAC convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los conductores de aleación de aluminio desnudo ("AAAC") comprenden alambres de aleación de aluminio ("ALMELEC") trenzados en capas sucesivas en direcciones opuestas para formar el conductor según la IEC 61089, la BS EN 50182 o la ASTM B 399. Los conductores AAAC se utilizan principalmente para líneas aéreas en redes eléctricas de transmisión y distribución que tienen tramos relativamente largos. También se utilizan como mensajero para soportar cables eléctricos aéreos. Los conductores AAAC tienen una alta resistencia a la corrosión, ya que no incluyen acero. Los conductores AAAC convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los conductores de aluminio reforzado con acero ("ACSR") comprenden una capa exterior de conductor de aluminio trenzado concéntricamente sobre un núcleo central de alambres de acero galvanizado o trenzado para formar el conductor según la BS EN 50182, la ASTM B 232 o la IEC 61089. Los conductores ACSR se utilizan ampliamente para la transmisión de potencia eléctrica a largas distancias. Los conductores ACSR también se pueden usar como mensajeros para soportar cables eléctricos aéreos. Los conductores ACSR convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los conductores de aluminio reforzado con acero revestido de aluminio ("ACSR/AW") comprenden una capa exterior de conductor de aluminio trenzado concéntricamente sobre un núcleo central de cable sólido o trenzado de acero revestido de aluminio para formar el conductor según la ASTM B 549. Los conductores ACSR/AW se utilizan para la transmisión de potencia eléctrica y son ideales para tramos largos de líneas aéreas como los conductores ACSR, pero con una resistencia y una capacidad de transporte de corriente ligeramente mejores, además de una buena resistencia a la corrosión. Los conductores ACSR/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los cables aéreos integrados ("ABC") están hechos de conductores de aluminio que están aislados con aislamiento XLPE y ensamblados para formar dos (dúplex), tres (tríplex), cuatro (cuádruplex) o más conductores según la ICEA S 474-76 o la BS EN 50182. Se utilizan para líneas aéreas secundarias (en circuitos que no excedan los 600 V fase a fase) en postes o como alimentadores de instalaciones residenciales.
También se conocen varios conductores de alta temperatura y bajo pandeo ("HTLS") que están diseñados para operar a temperaturas de funcionamiento significativamente más altas de hasta 150-250 °C.
Los conductores HTLS conocidos incluyen conductores de núcleo compuesto de aluminio ("ACCC"), conductores de aluminio con soporte de acero ("ACSS/MA"), conductores de aluminio con soporte de acero revestido de aluminio ("ACSS/AW"), conductores de aleación de aluminio reforzado con acero termorresistentes ("TACSR"), conductores de aleación de aluminio reforzado con acero de aluminio termorresistentes ("TACSR/AW") y conductores de aleación de aluminio con revestimiento de aluminio reforzado con invar superresistentes ("STACIR/AW").
Los conductores de núcleo compuesto de aluminio ("ACCC") comprenden un conductor trenzado concéntricamente con una o más capas de alambres de aluminio recocido 1350-0 de forma trapezoidal en un núcleo central de compuesto de fibra de vidrio de carbono liviano. Los conductores ACCC que comprenden un núcleo compuesto de carbono híbrido son más fuertes y livianos que los núcleos de acero tradicionales. Los conductores ACCC son capaces de transportar el doble de corriente que los conductores ACSR tradicionales, ya que los conductores ACCC están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 180 °C, además de su núcleo más ligero que permite utilizar aprox. un 30 % más de aluminio sin aumentar el peso total. El uso de conductores ACCC reduce las pérdidas de línea entre un 30 y un 40 % en condiciones de carga iguales en comparación con los conductores ACSR tradicionales del mismo diámetro y peso. Los conductores ACCC tienen mayor fuerza, autoamortiguación eficaz, resistencia a la fatiga superior y un bajo coeficiente de expansión, lo que reduce el pandeo del conductor en condiciones de carga eléctrica pesada. Como resultado, los conductores ACCC se pueden usar para aumentar los tramos entre menos estructuras o estructuras más cortas. Los conductores ACCC tienen una mayor resistencia a la corrosión que los conductores ACSR tradicionales.
Los conductores ACCC se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son particularmente útiles en aplicaciones de reconducción que requieren una mayor corriente con las tensiones y espacios libres existentes, aplicaciones de líneas nuevas donde las estructuras pueden economizarse debido a la reducción del pandeo del conductor, aplicaciones de líneas nuevas que requieren una alta carga de emergencia y líneas donde la vibración debida al viento es un problema. Los conductores ACCC también se pueden utilizar en entornos costeros y corrosivos debido a su buena resistencia a la corrosión. Los conductores ACCC convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 180 °C.
Los conductores de aluminio con soporte de acero ("ACSS/MA") comprenden una o más capas de alambres de aluminio recocido 1350-0 trenzados sobre un núcleo central de alambres de acero revestidos de aleación mischmetal de zinc-5 % de aluminio que están diseñados para soportar la mayoría de la carga mecánica en el conductor ACSS o su totalidad. Los conductores ACSS pueden fabricarse de acuerdo con la norma ASTM B 856. Los conductores ACSS/MA son similares a los conductores ACSR tradicionales, excepto porque los conductores ACSS/MA pueden funcionar continuamente a altas temperaturas de hasta 250 °C sin sufrir daños. Los conductores ACSS/MA se hunden menos bajo carga de emergencia que los conductores ACSR, tienen propiedades de autoamortiguación y el pandeo final no se ve afectado por la fluencia prolongada del aluminio.
Los conductores ACSS/MA se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son particularmente útiles en aplicaciones de reconducción, que requieren una mayor corriente con las tensiones y espacios libres existentes. Los conductores ACSS/MA también se utilizan para aplicaciones de líneas nuevas donde las estructuras se pueden economizar debido a la reducción del pandeo del conductor, aplicaciones de líneas nuevas que requieren altas cargas de emergencia y líneas donde la vibración debida al viento es un problema. Los conductores ACSS/MA convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 250 °C.
Los conductores de aluminio con soporte de acero revestido de aluminio ("ACSS/AW") comprenden una o más capas de alambres de aluminio recocido 1350-0 trenzados sobre un núcleo central de alambres de acero revestidos de aluminio que están diseñados para soportar la mayor parte de la carga mecánica en ACSS/AW conductores o su totalidad. Los conductores ACSS/Aw pueden fabricarse de acuerdo con la norma ASTM B 856.
Los conductores ACSS/AW pueden funcionar continuamente a altas temperaturas de hasta 200 °C sin sufrir daños. El núcleo de acero revestido de aluminio, que consiste en una capa gruesa de aluminio (aprox. 10 % del radio nominal del cable) sobre acero, brinda a los conductores ACSS/AW las ventajas de los conductores ACSS junto con el peso ligero y la buena conductividad del aluminio con alta resistencia a la tracción y la robustez del acero.
Los conductores ACSS/AW se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son especialmente útiles en aplicaciones de reconducción que requieren una mayor corriente con las tensiones y espacios libres existentes. Los conductores ACSS/AW también se utilizan para aplicaciones de líneas nuevas donde las estructuras se pueden economizar debido a la reducción del pandeo del conductor, aplicaciones de líneas nuevas que requieren altas cargas de emergencia y líneas donde la vibración debida al viento es un problema.
Los conductores ACSS/AW tienen características de resistencia similares a las de los conductores ACSS junto con una ampacidad y resistencia a la corrosión ligeramente mayores debido al revestimiento de aluminio de los cables con núcleo de acero. Los conductores ACSS/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 200 °C.
Los conductores de aleación de aluminio resistente térmicamente reforzados con acero ("TACSR") comprenden una o más capas de alambres de aleación de aluminio y circonio resistente térmicamente (AT1) trenzados sobre un núcleo central de alambre(s) de acero recubierto de zinc de acuerdo con la IEC 62004 y la IEC 60888 y, en general, de acuerdo con la IEC 61089.
Los conductores TACSR pueden transportar una corriente de carga más alta (150 %) que los conductores ACSR tradicionales, ya que están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 150 °C. Los conductores tAc s R tienen la misma técnica de instalación que los conductores ACSR.
Los conductores TACSR se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son particularmente útiles en aplicaciones de líneas nuevas que requieren una mayor corriente. Los conductores TACSR convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 150 °C.
Los conductores de aleación de aluminio resistente térmicamente reforzados con acero revestido de aluminio ("TACSR/AW") comprenden una o más capas de alambres de aleación de aluminio y circonio resistente térmicamente (AT1) trenzados sobre un núcleo central de alambres de acero revestido de aluminio trenzado (20SA tipo A) de acuerdo con la IEC 62004 y la IEC 61232 y, en general, de acuerdo con la IEC 61089.
Los conductores TACSR/AW pueden transportar una corriente de carga más alta que los conductores ACSR tradicionales, ya que están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 150 °C. Los conductores tAc s R/AW tienen mayor resistencia a la corrosión y menor resistencia eléctrica y menor masa que los conductores TACSR. Los conductores TACSR/AW tienen la misma técnica de instalación que los conductores ACSR.
Los conductores TACSR/AW se utilizan para líneas aéreas de transmisión y distribución y son especialmente útiles en aplicaciones de líneas nuevas que requieren una mayor corriente. Los TACSR/AW puede usarse en ambientes costeros y corrosivos debido a su buena resistencia a la corrosión. Los conductores TACSR/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 150 °C.
Los conductores de aleación de aluminio supertermorresistentes reforzados con invar revestidos de aluminio ("STACIR/AW") comprenden una o más capas de alambres de aleación de aluminio y circonio (AT3) supertermorresistentes trenzados sobre un núcleo central de alambres invar revestidos de aluminio trenzados de acuerdo con la IEC 62004 y, en general, de acuerdo con la IEC 61089 y la IEC 61232. Invar es una aleación especial de Fe/Ni que tiene un coeficiente de expansión lineal muy bajo.
Los conductores STACIR/AW pueden transportar una corriente de carga más alta (200 %) que los conductores ACSR tradicionales, ya que están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 210 °C. Más allá del punto de inflexión, los conductores STACIR/AW experimentan un aumento de pandeo debido a la expansión del núcleo de Invar solo (valor extremadamente bajo < 3,7 x 10-6 /°C) que controla el pandeo a altas temperaturas de funcionamiento. Los conductores STACIR/AW tienen mayor resistencia a la corrosión y tienen la misma técnica de instalación que los conductores ACSR.
Los conductores STACIR/AW se utilizan para líneas aéreas de transmisión y distribución y son especialmente útiles en aplicaciones de líneas nuevas que requieren una mayor corriente. Los conductores STACIR/AW pueden usarse en ambientes corrosivos y costeros debido a su buena resistencia a la corrosión. Los conductores STACIR/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 210 °C.
En consecuencia, los conductores HTLS conocidos permiten que los conductores eléctricos aéreos de alta tensión funcionen a temperaturas significativamente más altas hasta una temperatura máxima de funcionamiento en el intervalo de 150-250 °C.
Se apreciará que potencialmente puede haber pérdidas significativas de potencia debido a pérdidas óhmicas si un conductor eléctrico se opera a una temperatura máxima de funcionamiento en el intervalo de 150-250 °C. Si la temperatura de un conductor comienza a acercarse a la temperatura máxima de funcionamiento de, p. ej., 150­ 250 °C, entonces se requiere que el operador eléctrico reduzca la corriente que se transmite a través del conductor para reducir los efectos del efecto Joule y así garantizar que no se exceda la temperatura máxima de funcionamiento segura del conductor. Se apreciará que es problemático para una empresa de servicios públicos tener que reducir la corriente que se transmite a través del conductor, especialmente porque la reducción en la potencia transmitida puede coincidir con una mayor demanda de electricidad por parte del consumidor o del negocio.
Se apreciará que una línea aérea de potencia eléctrica de alta tensión instalada en una región calurosa del mundo como Oriente Medio puede operar a altas temperaturas ambientales, p. ej., > 40 °C. Asimismo, el conductor puede operar a una temperatura máxima de funcionamiento alta en el intervalo de 150-250 °C. Será evidente que dichos conductores sufrirán el problema de tener altas pérdidas de potencia debido a la alta resistencia del conductor a temperaturas tan elevadas. Asimismo, la ampacidad (es decir, la capacidad máxima de carga de corriente) del conductor se verá reducida.
La cantidad de calor generado en un conductor eléctrico aéreo debido a pérdidas óhmicas (o efecto Joule) seguirá la siguiente relación:
Pérdidas óhmicas = I2R (1) en donde I es la corriente que pasa a través del conductor eléctrico aéreo y R es la resistencia eléctrica del conductor.
También se entenderá que la resistencia eléctrica R de un conductor eléctrico depende de la temperatura. La resistencia eléctrica R de un conductor en función de la temperatura puede determinarse mediante la siguiente relación:
Re = R20[1 a(0 - 20)] Q/km (2) en donde Re es la resistencia eléctrica de CC del conductor a 0 °C, R20 es la resistencia eléctrica de CC del conductor a 20 °C y a es el coeficiente de temperatura de resistencia del conductor. Para el aluminio, a = 0,00403.
En aras de una exposición completa, la ampacidad del cable o la capacidad de carga de corriente se define como la corriente máxima continua que un conductor puede transportar a su temperatura máxima de funcionamiento.
En consecuencia, una combinación de efecto Joule, altas temperaturas ambientales, alto calentamiento solar y la falta de enfriamiento debido a las corrientes de aire (p. ej., viento) darán como resultado que la temperatura del conductor aumente rápidamente. Se entenderá que, a medida que aumenta la temperatura del conductor, en vista de la correlación positiva entre la temperatura y la resistencia, aumentará la resistencia eléctrica del conductor, lo que dará como resultado más pérdidas eléctricas en el conductor (y, por lo tanto, un efecto Joule mayor). Como resultado, la temperatura del conductor eléctrico aéreo tenderá a aumentar aún más, lo que solo exacerba el problema.
Por lo tanto, resulta evidente que operar un conductor eléctrico aéreo en una región del mundo con temperaturas particularmente altas presenta problemas operativos significativos.
Es conocido intentar reducir la temperatura de un conductor eléctrico aéreo aplicando un revestimiento al conductor para reducir la temperatura del conductor aéreo.
Un primer enfoque conocido consiste en utilizar un revestimiento negro como el negro de carbono, que tiene una alta absorbencia solar de A = 0,96 (R = 0,04), pero también una alta emisividad de E = 0,96. El primer enfoque conocido se centra en permitir que un conductor pierda la energía térmica que ha ganado.
El documento WO 2015/105972 (Ranganathan) es un ejemplo de una variante del primer enfoque conocido y divulga una disposición que comprende un conductor que tiene una única capa polimérica de un polímero a base de negro de carbono. Puede incluirse un agente reflectante de infrarrojos ("IR") en la capa de negro de carbono. La emisividad E del conductor se establece como > 0,85 y la absorbencia total A se establece como < 0,3 (R > 0,7).
El documento WO 2014/025420 (Davis) divulga el revestimiento de un conductor desnudo con revestimiento inorgánico no blanco (es decir, gris, negro, etc.). Se afirma que el revestimiento no blanco puede tener una emisividad E > 0,8 y un coeficiente de absorción solar A > 0,3 (R < 0,7). El color se puede definir con referencia a la publicación CIE 15.2 (1986), sección 4.2 y el espacio de color CIE divulgado que está organizado como un cubo con ejes L*, a* y b*. El mínimo para L* es 0, que representa una negrura perfecta. El documento WO 2014/025420 (Davis) define el blanco como el que tiene un L* > 80. En consecuencia, se afirma que el revestimiento no blanco divulgado en el documento WO 2014/025420 (Davis) tiene un L* < 80 (es decir, no es blanco).
Un segundo enfoque conocido diferente consiste en revestir el conductor eléctrico con un revestimiento blanco que tiene una absorbancia solar baja y, por lo tanto, una reflectancia solar alta.
Por ejemplo, el documento WO 2007/034248 (Simic) es un ejemplo del segundo enfoque conocido y divulga el revestimiento de un conductor desnudo con varios revestimientos blancos que, en algunos casos, pueden tener una emisividad E > 0,7 y un coeficiente de absorción solar A < 0,3 (R > 0,7).
Un revestimiento divulgado en el documento WO 2007/034248 (Simic) es una pintura blanca de óxido de titanio (TiO2) con silicato de potasio. El óxido de titanio de la pintura blanca proporciona al revestimiento una alta emisividad de E = 0,92. El coeficiente de absorbencia A se establece como 0,17 y, por lo tanto, el coeficiente de reflectividad R es 0,83. La forma del óxido de titanio no se indica en el documento WO 2007/034248 (Simic), pero se supone que el óxido de titanio comprende dióxido de titanio rutilo (TiO2), que es la forma más común de dióxido de titanio (TiO2) y que se utiliza habitualmente en pintura blanca. Asimismo, como se muestra en la figura 11 de la presente solicitud, el dióxido de titanio rutilo (TiO2) tiene una mayor reflectancia a lo largo del espectro solar que la forma menos común de dióxido de titanio (TO2), en concreto, dióxido de titanio anatasa (TiO2).
Además del primer enfoque conocido (revestimiento negro) y el segundo enfoque conocido (revestimiento blanco), se sabe que se proporcionan formulaciones específicas de un revestimiento para resolver otros problemas.
Por ejemplo, el documento FR-2971617 (Nexans) divulga el revestimiento de un conductor eléctrico con un revestimiento polimérico de difluoruro de polivinilideno ("PVDF") para mejorar la resistencia al envejecimiento del revestimiento. Se afirma que el revestimiento polimérico de PVDF tiene una emisividad E > 0,85 y una absorbencia solar A < 0,10 (R > 0,90). El documento FR-2971617 (Nexans) establece que la fabricación de un revestimiento reductor de temperatura para un conductor eléctrico aéreo usando PVDF da como resultado que el conductor eléctrico tenga una resistencia mejorada a la radiación ultravioleta y, por lo tanto, tenga una resistencia mejorada al envejecimiento.
El revestimiento de PVDF divulgado en el documento FR-2971617 (Nexans) se puede aplicar a un conductor en forma de pintura que comprende un disolvente orgánico en el que se disuelve el PVDF como aglutinante. Un aditivo como un pigmento blanco (por ejemplo, sulfato de bario, óxido de magnesio u óxido de aluminio) se puede agregar a la pintura para lograr los valores de emisividad y absorción solar indicados. De acuerdo con una disposición divulgada, la pintura líquida puede comprender una pintura líquida comercializada por ARKEMA (RTM) denominada KYNAR (RTM) 500 a la que se le ha añadido un pigmento blanco que comprende óxido de magnesio (E=0,9, A=0,09, R=0,81), óxido de aluminio (E=0,9, A=0,09, R=0,81) o sulfato de bario (E=0,88, A= 0,06, R=0,94).
En resumen, es conocido revestir un conductor aéreo con un revestimiento negro para maximizar la emisividad E del conductor o, como alternativa, revestir un conductor aéreo con un revestimiento blanco que tiene una absorbancia solar A baja y, por lo tanto, una reflectancia solar R correspondientemente alta.
Sin embargo, los presentes inventores han probado revestimientos convencionales y han descubierto que ambos enfoques conocidos solo dan como resultado una mejora limitada en el rendimiento (es decir, una pequeña reducción de la temperatura) o, de hecho, en algunos casos han descubierto que, p. ej., una capa blanca sin un aditivo emisor térmico, por ejemplo, en realidad da como resultado un peor rendimiento que un conductor desnudo sin revestimiento. Asimismo, se ha descubierto que algunos revestimientos blancos conocidos tienen poca resistencia a la corrosión y se decoloran rápidamente haciéndolos comercialmente poco prácticos.
En particular, se ha sugerido que se podría aplicar una pintura blanca de óxido de magnesio a un conductor aéreo para reducir la temperatura de funcionamiento del conductor. Sin embargo, los presentes inventores no han podido replicar ninguno de dichos supuestos beneficios de rendimiento y, de hecho, los presentes inventores han descubierto que los cálculos teóricos (consulte la Tabla 1 a continuación) y las pruebas empíricas de ciertos conductores pintados de blanco dieron como resultado un aumento en la temperatura del conductor en lugar de una reducción de la temperatura del conductor.
Por lo tanto, los presentes inventores consideran que revestir un conductor aéreo, por ejemplo, con una pintura blanca de óxido de magnesio per se es desventajoso en términos de rendimiento y muy problemático en términos de mala resistencia a la corrosión.
En consecuencia, sigue existiendo la necesidad de un conductor aéreo mejorado que tenga un rendimiento de reducción de temperatura mejorado junto con una resistencia a la corrosión buena o excelente y que permanezca blanco durante un periodo de tiempo prolongado. Asimismo, varias realizaciones de la presente invención se refieren a conductores de alta temperatura y bajo pandeo ("HTLS") que tienen una temperatura de funcionamiento máxima en el intervalo de 150-250 °C. A temperaturas tan elevadas, los problemas con los conductores revestidos conocidos se vuelven particularmente agudos.
Un conductor aéreo mejorado capaz de proporcionar efectos de reducción de temperatura significativos, particularmente a temperaturas de funcionamiento elevadas en el intervalo de 150-250 °C, daría como resultado una reducción significativa en las pérdidas de potencia junto con una mayor ampacidad.
Los expertos en la materia entenderán que la capacidad de proporcionar un conductor aéreo mejorado capaz de operar a temperaturas elevadas (por ejemplo, en el intervalo de 150-250 °C), con buena resistencia a la corrosión, que permanezca blanco durante un periodo de tiempo prolongado y que tenga un rendimiento de reducción de temperatura mejorado sería de gran interés comercial y representaría un avance significativo en la técnica.
Un problema particularmente importante con los conductores revestidos de blanco que a menudo se pasa por alto es que los revestimientos blancos acumularán suciedad y se decolorarán durante un periodo de tiempo a medida que el conductor se vea expuesto a contaminantes o contaminantes ambientales. Como resultado, la alta reflectancia solar inicial puede caer rápidamente a medida que la capa blanca se decolora, lo que resulta en una reducción significativa del rendimiento. Por ejemplo, se ha informado de que los materiales que tienen una reflectancia inicial alta R de > 0,80 pueden experimentar una reducción de la reflectancia R en un promedio de 0,16 durante tres años. Otros estudios han demostrado que los efectos de oscurecimiento en la reflectancia solar de los miembros del techo dieron como resultado una reducción del 11 al 59 % en la reflectancia solar después de un periodo de 5 a 8 años de exposición al aire libre.
Por lo tanto, también se desea proporcionar un conductor aéreo mejorado que sea menos propenso a la decoloración por acumulación de suciedad y contaminantes ambientales y, por lo tanto, que muestre una pérdida de rendimiento reducida o insignificante con el tiempo en virtud de que el conductor permanezca blanco durante un periodo de tiempo prolongado.
Sumario de la presente invención
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende:
uno o más conductores eléctricos; y
un primer revestimiento proporcionado en al menos una porción de los uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y
(iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO 2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm;
en donde el primer revestimiento tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y tiene un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
De acuerdo con varias realizaciones, el primer revestimiento puede tener un coeficiente de emisividad térmica promedio E en el intervalo de 0,90-0,91, 0,91-0,92, 0,92-0,93, 0,93-0,94, 0,94-0,95, 0,95-0,96, 0,96-0,97, 0,97-0,98, 0,98-0,99 o 0,99-1,00 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm.
De acuerdo con varias realizaciones, el primer revestimiento puede tener un coeficiente R de reflectividad solar promedio en el intervalo de 0,90-0,91, 0,91-0,92, 0,92-0,93, 0,93-0,94, 0,94-0,95, 0,95-0,96, 0,96-0,97, 0,97-0,98, 0,98-0,99 o 0,99-1,00 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A en el intervalo 0,00-0,01, 0,01-0,02, 0,02­ 0,03, 0,03-0,04, 0,04-0,05, 0,05-0,06, 0,06-0,07, 0,07-0,08, 0,08-0,09 o 0,09-0,10 en todo el espectro solar 0,3­ 2,5 pm.
El silicato de metal alcalino (o alcalino) comprende preferiblemente silicato de potasio (K2SO3). Como alternativa, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de sodio. El silicato de sodio puede comprender metasilicato de sodio (Na2SiO3), ortosilicato de sodio (Na4SiO4) o pirosilicato de sodio (Na6Si2O7).
De acuerdo con una realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de litio (Li2SiO3). De acuerdo con otra realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de calcio (Ca2SiO4) u ortosilicato de calcio.
De acuerdo con otra realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de magnesio y aluminio (AlMgSiO4).
El silicato de metal alcalino comprende preferiblemente un revestimiento a base de agua que se deshidrata, se seca o se cura después de proporcionar el primer revestimiento en al menos una porción de los uno o más conductores eléctricos. El revestimiento a base de agua se puede deshidratar o secar mediante curado térmico.
La presente invención representa un avance significativo en la técnica, ya que un conductor aéreo de acuerdo con la presente invención tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio alto E (es decir, E > 0,90) en todo el espectro infrarrojo de 2,5-30,0 pm y también un coeficiente de reflectividad solar promedio R alto (es decir, R > 0,90) en todo el espectro solar 0,3-2,5 pm.
Se recordará que los conductores conocidos que tienen un revestimiento negro único tienen un alto coeficiente de emisividad térmica E, pero un pobre coeficiente de reflectividad solar R. Por el contrario, otros conductores conocidos que tienen una sola capa blanca tienen un alto coeficiente de reflectividad solar R, pero un pobre coeficiente de emisividad térmica E.
En consecuencia, un conductor revestido de una sola capa según la presente invención tiene un rendimiento significativamente mejorado en términos de rendimiento de reducción de temperatura en relación con los conductores con un revestimiento de una sola capa convencionales. El conductor con revestimiento de una sola capa de acuerdo con la presente invención también tiene una buena o excelente resistencia a la corrosión en contraste con algunos revestimientos únicos conocidos, como la pintura blanca de óxido de magnesio.
De manera significativa, la adición de un agente fotocatalítico que comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO2) y preferiblemente que tenga un tamaño de partícula promedio < 100 nm da como resultado la conversión fotocatalítica de cualquier materia orgánica que pueda haberse adherido o que de otro modo pueda adherirse al revestimiento. En particular, cuando la anatasa dióxido de titanio (TO2) es excitada por la luz ultravioleta, crea radicales de hidroxilo (OH') y superóxido (O2') que descompondrán la materia orgánica superficial en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
De acuerdo con una realización, el agente fotocatalítico puede comprender una forma comercialmente disponible de dióxido de titanio (TO2) conocido como DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 o AEROXIDE (RTM) TiO2 P25.
El óxido de titanio (TiO2) DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 es una forma convencional en polvo de dióxido de titanio (TiO2). Las propiedades del óxido de titanio P25 se han investigado en detalle y se hace referencia al Journal of Photochemy and Photobiology A: Chemistry, 216(2-3): 179-182, que encontró que el polvo contenía dióxido de titanio (TiO2) en la proporción anatasa:rutilo:amorfo 78:14:8.
Se observa que comúnmente se informa de que DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 comprende 70:30, 80:20 u 85:15 anatasa:cristalitos de rutilo y que a menudo no se hace referencia a la presencia de la forma amorfa de dióxido de titanio (TiO2).
Se ha informado de que el tamaño de partícula promedio ("tpp") del dióxido de titanio anatasa (TO2) en DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 es de aproximadamente 85 nm, y de que el tamaño de partícula promedio del dióxido de titanio rutilo (TO2) en DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 es de aproximadamente 25 nm.
El dióxido de titanio (TiO2) es particularmente preferido como fotocatalizador de acuerdo con las realizaciones de la presente invención para la descomposición de contaminantes orgánicos, porque es químicamente estable y biológicamente benigno. La banda prohibida del dióxido de titanio (TO2) es mayor que 3 eV (~3,0 para rutilo y ~3,2 para anatasa), lo que produce dióxido de titanio puro (TO2) principalmente activo para la luz ultravioleta.
Se cree que la mezcla de fase específica de diferentes polimorfos de dióxido de titanio (TO2) como están presentes en DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 tienen un efecto sinérgico y se observa una mayor actividad fotocatalítica en comparación con las fases puras (es decir, en relación con el dióxido de titanio rutilo puro (TiO2) o al dióxido de titanio anatasa puro (TiO2)).
También se acepta generalmente que el dióxido de titanio anatasa puro (TiO2) exhibe una actividad fotocatalítica más alta que el dióxido de titanio rutilo puro (TiO2).
Se sabe que el dióxido de titanio anatasa (TO2) tiene una banda prohibida más grande que el dióxido de titanio rutilo (TiO2). Si bien esto reduce la luz que puede ser absorbida, puede elevar el máximo de la banda de valencia a niveles de energía más altos en relación con los potenciales redox de las moléculas adsorbidas. En consecuencia, el poder de oxidación de los electrones puede aumentar y la transferencia de electrones puede facilitarse desde el dióxido de titanio (TiO2) a las moléculas adsorbidas.
El documento US-9595368 (Ranganathan) divulga el uso de revestimientos autolimpiantes fotocatalíticos tanto directamente sobre conductores aéreos como encima de capas intermedias como revestimientos de silicato inorgánico o revestimientos a base de PVDF diseñados para aumentar la emisividad de los conductores. Sin embargo, una disposición de este tipo es subóptima por varias razones. Las disposiciones divulgadas no son adecuadas para conductores aéreos reflectantes solares blancos, ya que el uso de los revestimientos autolimpiantes divulgados puede afectar materialmente al rendimiento de la capa reflectante solar.
Por ejemplo, el documento US-9595368 (Ranganathan) divulga que la aplicación de una capa autolimpiante de KON CORPORATION (RTM), de acuerdo con las instrucciones de aplicación del fabricante, encima de una capa reflectante solar que comprende dióxido de titanio (TO2) en un aglutinante de PVDF disminuyó la reflectividad solar de un revestimiento blanco de 0,89 a 0,77. El PVDF es un fluoropolímero con una energía superficial muy baja. Como resultado, el PVDF repelerá tanto los revestimientos acuosos como los basados en disolventes con un ángulo de contacto alto con el agua, lo que generalmente dificulta la formación de películas uniformes sobre el revestimiento.
Como tal, el uso de una capa intermedia como la que se describe en el documento US-9595368 (Ranganathan) no es una solución adecuada para mantener la reflectividad solar a lo largo del tiempo.
Además, cuando se aplica directamente a los silicatos, un enfoque de capa intermedia aumenta el gasto de aplicación en el proceso de fabricación continuo.
Para abordar esto, la presente invención integra la reflectividad solar y la actividad fotocatalítica de autolimpieza en una sola capa. Esto no solo ahorra en la complejidad/gastos de la aplicación, sino que también evita que las capas superiores autolimpiantes afecten materialmente a la óptica del revestimiento reflectante blanco subyacente.
Un solo conductor de acuerdo con la presente invención tiene un rendimiento significativamente mejorado a temperaturas más bajas (por ejemplo, hasta 80 °C).
No se sabe cómo proporcionar un conductor revestido de una sola capa que esté dispuesto para tener una emisividad E muy alta (E > 0,90) y también una reflectancia solar muy alta (R > 0,90) junto con una resistencia a la corrosión buena o excelente y un agente fotocatalítico que sea eficaz para convertir la materia orgánica (que puede acumularse en el conductor) en dióxido de carbono y agua.
De acuerdo con varias realizaciones, la emisividad E del conductor revestido de una sola capa puede ser tal que E > 0,91, E > 0,92, E > 0,93, E > 0,94, E > 0,95, E > 0,96, E > 0,97, E > 0,98 o E > 0,99. De manera similar, de acuerdo con diversas realizaciones, la reflectancia R puede ser tal que R > 0,91, R > 0,92, R > 0,93, R > 0,94, R > 0,95, R > 0,96, R > 0,97, R > 0,98 o R > 0,99.
Las diferencias entre varios enfoques convencionales conocidos y el enfoque de acuerdo con la presente invención se expondrán con mayor detalle a continuación.
El documento WO 2015/105972 (Ranganathan) divulga una disposición que comprende un conductor que tiene una única capa polimérica de un polímero a base de negro de carbono, que es un buen emisor de infrarrojos. La emisividad E se establece como > 0,85 (es decir, relativamente buena), pero la absorbencia A se establece como solo < 0,3 (es decir, pobre).
Por el contrario, el conductor con revestimiento de una sola capa de acuerdo con la presente invención tiene una emisividad mejorada E > 0,90 en comparación con el revestimiento divulgado en el documento WO 2015/105972 (Ranganathan), que tiene una emisividad más baja E > 0,85. Asimismo, lo que es más importante, un conductor de acuerdo con la presente invención también tiene una reflectancia solar significativamente mejorada (R > 0,90) que es significativamente superior a la reflectancia del conductor divulgado en el documento WO 2015/105972 (Ranganathan), que se afirma que tiene una reflectancia mucho menor de R > 0,70 (basado en un coeficiente de absorción establecido A < 0,3).
El documento US 2015/0194237 (Ranganathan) divulga un conductor que tiene un revestimiento autolimpiante que comprende un fotocatalizador como el óxido de titanio anatasa. Sin embargo, el fotocatalizador no se proporciona en un aglutinante; se describe que la capa autolimpiante está libre de polímero y se describe que el fotocatalizador está libre de aglutinante polimérico. En consecuencia, el documento US 2015/0194237 (Ranganathan) no divulga proporcionar un revestimiento que comprenda un aglutinante inorgánico que comprenda un silicato de metal alcalino. El documento US 2015/0194237 (Ranganathan) tampoco divulga proporcionar un agente de polimerización que comprenda nanosílice o sílice coloidal, como requiere la presente invención. De acuerdo con la presente invención, la adición de nanosílice o sílice coloidal como agente de polimerización tiene el efecto de aumentar la emisividad inherente del aglutinante de silicato, mejorando así aún más el efecto de enfriamiento. El documento US 2015/0194237 (Ranganathan) no divulga proporcionar un revestimiento que tenga una alta emisividad térmica E > 90 % en el infrarrojo y también una alta reflectividad solar R > 90 % a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
El documento WO 2014/025420 (Davis) divulga el revestimiento de un conductor aéreo con un revestimiento de una sola capa que comprende un aglutinante inorgánico (p. ej., silicato metálico o sílice coloidal (SiO2)) y un agente que irradia calor como el carburo de boro (B4C), dióxido de titanio (TO2) o dióxido de silicio (SO2). Se divulgan varios revestimientos diferentes que se han formulado y probado.
De todas las diferentes formulaciones divulgadas en el documento WO 2014/025420 (Davis), se considera que quizás la formulación más cercana a la presente invención sea el revestimiento n.° 7, que comprende un aglutinante de silicato (20 % en peso), dióxido de silicio (37 % en peso), carburo de boro (3 % en peso) y agua (40 % en peso). El revestimiento global conocido tiene un color gris oscuro con un L* de 43,495. Se afirma que el revestimiento gris oscuro tiene una emisividad E de 0,882, que es inferior a los requisitos de la presente invención, en concreto, que el conductor tiene un coeficiente de emisividad superior E > 0,90.
Asimismo, la absorbencia solar A del revestimiento gris oscuro n.° 7 divulgado en el documento WO 2014/025420 (Davis) se establece como A = 0,86, que es significativamente mayor que los requisitos de la presente invención, que requiere que el coeficiente de absorbencia solar sea A < 0,10. Igualmente, la reflectancia solar del revestimiento gris oscuro n.° 7 es R = 0,14, que es significativamente menor que los requisitos de la presente invención, que requiere que el conductor tenga una alta reflectancia solar R > 0,90.
En consecuencia, las diversas composiciones divulgadas en el documento WO 2014/025420 (Davis) no se consideran particularmente relevantes para la presente invención.
El documento US 2016/0032107 (Siripurapu) divulga un kit de composición de dos partes para crear un revestimiento para revestir un conductor revestido de una sola capa. La primera parte del kit comprende una carga (2-55 % en peso seco del kit de composición), un agente de reticulación (5-20 % en peso seco del kit de composición) y un agente de emisividad (6-42 % en peso seco del kit de composición). La carga puede comprender cuarzo u óxido de aluminio. El agente de reticulación puede comprender hidróxido de magnesio (Mg(OH)2), óxido de magnesio (MgO) u óxido de zinc (ZnO). El agente de emisividad puede comprender dióxido de silicio (SiO2) o dióxido de titanio (TO2). La segunda parte del kit comprende un aglutinante de silicato de metal alcalinotérreo (20-65 % en peso seco del kit de composición). El aglutinante de silicato de metal alcalinotérreo puede comprender silicato de potasio, silicato de sodio, silicato de litio, silicato de calcio o silicato de magnesio y aluminio.
Se dan dos ejemplos en el documento US 2016/0032107 (Siripurapu). El ejemplo n.° 1 tiene una emisividad E de 0,86, que es menor que los requisitos de la presente invención (E > 0,90). Asimismo, el ejemplo n.° 1 tiene una alta absorbencia solar A de 0,55, que es significativamente mayor que los requisitos de la presente invención, que requiere el coeficiente de absorbencia A < 0,10.
Los párrafos [0004] y [0006] del documento US 2016/0032107 (Siripurapu) enseñan que se conocen diferentes revestimientos blancos que tienen una emisividad térmica mucho más baja E > 70 % (en el infrarrojo) y una reflectividad solar mucho más baja R > 70 % (absorbencia < 30 %) a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm que un revestimiento de acuerdo con la presente invención.
Los expertos en la materia entenderán que un conductor revestido de blanco convencional que tiene una E > 70 % y una reflectividad solar R > 70 % es significativamente inferior a un conductor revestido (blanco) de acuerdo con la presente invención, que tiene una E > 90 % y una reflectividad solar R > 90 %.
De acuerdo con el documento US 2016/0032107 (Siripurapu), se divulga una composición de revestimiento para un conductor que comprende del 6 al 42 % en peso de un agente de emisividad que puede comprender dióxido de titanio. En la página 7, se dan dos ejemplos específicos ("Ejemplo 1" y "Ejemplo 2") y se hace referencia a la Tabla 1. A partir del contexto, se supone que el dióxido de titanio se proporciona en forma de rutilo, no en la forma de anatasa menos común de acuerdo con la presente invención, especialmente porque no se hace mención a fotocatalizadores. Es probable que la forma de rutilo que se supone que se divulga en el documento US 2016/0032107 (Siripurapu) tenga un tamaño de partícula promedio superior a 100 nm, en contra de los requisitos de la presente invención. De acuerdo con varias realizaciones preferidas de la presente invención, se puede proporcionar un agente reflectante adicional en forma de dióxido de titanio rutilo que tiene un tamaño de partícula promedio de cientos de nm. Se probó la emisividad y la absortividad solar del Ejemplo 1 como se divulga en el documento US 2016/0032107 (Siripurapu) y los resultados se muestran en la Tabla 3 del documento US 2016/0032107 (Siripurapu). Se observará que la emisividad E se establece como 86 %, que es inferior al requisito > 90 % de acuerdo con la presente invención. La absorbencia solar A también se establece como del 55 % y, por lo tanto, la reflectividad solar correspondiente R es del 45 %. Resultará evidente, por lo tanto, que, mientras la emisividad E es alta (86 %), la reflectividad solar R al 45 % es mucho menor que el requisito de la presente invención, que requiere una reflectividad solar R > 90 %.
En consecuencia, el documento US 2016/0032107 (Siripurapu) no divulga la provisión de un conductor revestido de una sola capa que tenga un agente de polimerización que comprenda nanosílice o sílice coloidal que, en combinación con un agente fotocatalítico que comprenda > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa, proporcione un revestimiento con una emisividad E > 90 % y una reflectividad solar R > 90 % como requiere la presente invención.
El documento US 2005/0266981 (Nakajima) divulga proporcionar una composición líquida que incluye un material fotocatalítico disperso en un aglutinante hidrofílico que incluye un organosilicato esencialmente completamente hidrolizado (párrafo [0002]). De acuerdo con el párrafo [0093] la composición líquida se puede aplicar a un cable de alta tensión. Sin embargo, la presente invención se refiere a un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia. La aplicación de una composición líquida como la que se describe en el documento US 2005/0266981 (Nakajima) a un cable de alta tensión daría como resultado un conductor eléctrico que tuviera dos revestimientos: un primer revestimiento aislante interno y un segundo revestimiento hidrofílico externo y, como tal, no cumpliría con los requisitos de la presente invención.
El documento WO 2007/034248 (Simic) divulga una serie de revestimientos blancos. Un revestimiento divulgado es pintura de óxido de aluminio y óxido de magnesio. Se informa de que esto tiene una baja absorción y una alta emisividad. La presente invención es diferente en cuanto a que, de acuerdo con la presente invención, se incluye un agente fotocatalítico que comprende dióxido de titanio anatasa (TO2). Asimismo, se ha probado la pintura de óxido de aluminio y óxido de magnesio, pero se ha descubierto que tiene un rendimiento inferior al indicado en el documento Wo 2007/034248 (Simic). La pintura también es problemática para aplicar y curar y no se considera duradera. En consecuencia, no se considera que la pintura de óxido de aluminio y óxido de magnesio presente una solución comercial.
Otro problema al intentar usar óxido de magnesio como revestimiento es que el óxido de magnesio actuará como una imprimación anticorrosiva de sacrificio, ya que se corroe muy fácilmente. En consecuencia, las propiedades ópticas del revestimiento de óxido de magnesio se deteriorarán con bastante rapidez. El magnesio es el metal electroquímicamente más activo que se usa en aplicaciones de ingeniería y se corroe tan fácilmente en algunos entornos que el magnesio y las aleaciones de magnesio se utilizan a propósito como ánodos de sacrificio en estructuras de acero, como cascos de barcos y tuberías de acero. El magnesio y las aleaciones de magnesio almacenadas a temperatura ambiente o en condiciones atmosféricas húmedas desarrollan una película superficial de composición variada que consiste en óxido de magnesio, hidróxido y carbonatos. Estas películas son menos estables que las películas pasivas formadas sobre metales como el aluminio y los aceros inoxidables.
También se ha observado que las imprimaciones ricas en magnesio fallan rápidamente y muestran grandes ampollas muy pronto en las pruebas de niebla salina (ASTM B117), que es una prueba clave para certificar revestimientos para la protección contra la corrosión.
En consecuencia, el revestimiento de pintura blanca de óxido de magnesio divulgado en el documento WO 2007/034248 (Simic) no se considera relevante para la presente invención y no se considera que ofrezca una solución comercial práctica a los problemas que la presente invención busca abordar.
Otra composición divulgada en el documento WO 2007/034248 (Simic) es pintura blanca de óxido de titanio con silicato de potasio. Sin embargo, este tiene una capacidad de absorción declarada de A = 0,17, es decir, superior a los requisitos de la presente invención.
En consecuencia, aunque inicialmente algunas de las composiciones de pintura blanca divulgadas en el documento WO 2007/034248 (Simic) pueden parecer potencialmente relevantes para la presente invención, tras una consideración más detallada y una mayor investigación, se ha descubierto que su rendimiento es inferior al de un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con la presente invención.
El documento FR-2971617 (Nexans) divulga una pintura blanca que tiene un pigmento blanco tal como óxido de magnesio, óxido de aluminio o sulfato de bario. El revestimiento polimérico tiene una emisividad E > 0,7 y un coeficiente de absorción solar A < 0,3. En consecuencia, es evidente que no se cumplen los requisitos de la presente invención.
Por lo tanto, resultará evidente que los diversos enfoques conocidos para proporcionar un revestimiento que reduzca la temperatura de un conductor aéreo se limitan a proporcionar un revestimiento de una sola capa que no cumpla los requisitos duales de la presente invención, en concreto, proporcionar un conductor que tenga una emisividad muy alta E > 0,90 y también una reflectividad solar muy alta R > 0,90 (o, por el contrario, una absorbencia solar muy baja A < 0,10).
Por lo tanto, resulta evidente que la presente invención representa un avance significativo en la técnica, ya que un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con la presente invención tiene un rendimiento de temperatura significativamente mejorado. Como resultado, el conductor revestido de una sola capa de acuerdo con la presente invención exhibe ventajosamente pérdidas de potencia reducidas y tiene, además, ventajosamente una mayor ampacidad en relación con los conductores revestidos monocapa convencionales o los conductores desnudos. Un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con la presente invención también tiene una buena o excelente resistencia a la corrosión en comparación a algunos revestimientos conocidos.
Asimismo, una ventaja significativa del revestimiento de una sola capa de acuerdo con la presente invención es la presencia de un agente fotocatalítico que actúa preferiblemente para convertir la materia orgánica que puede haberse acumulado sobre el conductor en dióxido de carbono y agua. Como resultado, un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con la presente invención sufrirá menos decoloración que otros revestimientos blancos reductores de temperatura conocidos aplicados a líneas aéreas de transmisión o distribución de potencia y, por lo tanto, el rendimiento de dichos conductores revestidos de acuerdo con la presente invención permanecerá alto durante un periodo prolongado de tiempo. Esto contrasta con los conductores revestidos conocidos que sufren un marcado deterioro en el rendimiento durante un periodo de tiempo relativamente corto debido a que se ensucian, se decoloran y presentan una reflectancia reducida.
Por lo tanto, se apreciará que el conductor revestido de una sola capa de acuerdo con la presente invención que incluye un agente fotocatalítico autolimpiante en forma de dióxido de titanio anatasa (TiO2) tiene un interés comercial importante.
El agente fotocatalítico preferiblemente comprende, además, > 75 %, > 80 %, > 85 %, > 90 %, > 95 % o > 99 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO2).
El conductor revestido de una sola capa puede disponerse y adaptarse para operar, durante su uso, a una temperatura de 60-300 °C o 90-250 °C por encima de la temperatura ambiente.
De acuerdo con diversas realizaciones, el conductor revestido de una sola capa puede comprender, además, un agente reflectante.
El agente reflectante comprende preferiblemente dióxido de titanio rutilo (TO2). El dióxido de titanio rutilo (TO2) puede tener un tamaño de partícula promedio ("tpp"): (i) > 100 nm; (ii) 100-200 nm; (iii) 200-300 nm; (iv) 300-400 nm; (v) 400-500 nm; (vi) 500-600 nm; (vii) 600-700 nm; (viii) 700-800 nm; (ix) 800-900 nm; y (x) 900-1000 nm.
De acuerdo con diversas realizaciones, el dióxido de titanio rutilo (TO2) comprende partículas sustancialmente esféricas (en lugar de tener una estructura de nanovarillas).
De acuerdo con una realización, el agente reflectante puede comprender aluminosilicato de sodio (AlNa^SiOs). En particular, el aluminosilicato de sodio (AlNa12SiO5) puede proporcionarse junto con otros agentes reflectantes como el dióxido de titanio rutilo (TO2).
El agente reflectante puede comprender una carga blanca como: (i) óxido de magnesio (MgO); (ii) óxido de calcio (CaO); (iii) óxido de aluminio (AbO3); (iv) óxido de zinc (ZnO); (v) carbonato de calcio (CaCOa); (vi) silicato de aluminio (AbSiOa); (vii) caolín (AbO3.2SiO2); (viii) dióxido de titanio (TiO2); o (viii) sulfato de bario (BaSO4).
De acuerdo con diversas realizaciones, el conductor revestido de una sola capa puede comprender, además, un agente emisivo. El agente emisivo puede comprender una carga inorgánica, en donde la carga inorgánica puede comprender: (i) carbonato de calcio (CaCO3); (ii) caolín calcinado (AbO3.2SiO2); o (iii) talco (silicato de magnesio hidratado (H2Mg3(SiO3)4 o Mg3Si4O10(OH)2)).
De acuerdo con diversas realizaciones, el conductor revestido de una sola capa puede comprender, además, un agente de curado. El agente de curado se puede seleccionar del grupo que consiste en: (i) óxido de zinc (ZnO); (ii) estearato de zinc (C36H70O4Zn); (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3O8P2); (iv) óxido de magnesio (MgO); (v) carbonato de magnesio (MgCO3); y (vi) hidróxido de magnesio (Mg(OH)2).
De acuerdo con diversas realizaciones, el conductor revestido de una sola capa puede comprender, además, un agente de emulsión y/o un agente reológico. El agente de emulsión y/o un agente reológico pueden seleccionarse del grupo que consiste en: (i) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH); y (ii) polidimetilsiloxano ("PDMS" (C2H6OSi)n).
El primer revestimiento es preferiblemente de color sustancialmente blanco y preferiblemente tiene un L* > 80, L* > 85, L* > 90 o un L* > 95 es decir, tiene un alto grado o nivel de blancura.
El primer revestimiento tiene preferiblemente un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo de 2,5-30,0 pm cuando se prueba de acuerdo con la ASTM e408 (2013) y/o un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 en todo el espectro solar 0,3-2,5 pm cuando se prueba de acuerdo con la ASTM E903 (2012).
El conductor revestido de una sola capa cuando se prueba de acuerdo con la ANSI C119.4-2004 opera preferiblemente a una temperatura más baja que la temperatura de los mismos uno o más conductores eléctricos sin el primer revestimiento.
Los uno o más conductores eléctricos están preferiblemente dispuestos y adaptados para transmitir, durante su uso, potencia eléctrica a una tensión > 2 kV, 2-50 kV, 50-100 kV, 100-150 kV, 150-200 kV, 200-250 kV, 250-300 kV, 300­ 350 kV, 350-400 kV, 400-450 kV, 450-500 kV, 500-550 kV, 550-600 kV, 600-650 kV, 650-700 kV, 700-750 kV, 750­ 800 kV o > 800 kV.
El conductor revestido de una sola capa está preferiblemente dispuesto y adaptado para operar, durante su uso, hasta una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C, 90 °C, 100 °C, 110 °C, 120 °C, 130 °C, 140 °C, 150 °C, 160 °C, 170 °C, 180 °C, 190 °C, 200 °C, 210 °C, 220 °C, 230 °C, 240 °C, 250 °C, 260 °C, 270 °C, 280 °C, 290 °C, 300 °C o > 300 °C.
El conductor revestido de una sola capa está preferiblemente dispuesto y adaptado para ser suspendido, durante su uso, entre torres de alta tensión.
Los uno o más conductores eléctricos comprenden preferiblemente uno o más conductores metálicos.
Los uno o más conductores eléctricos comprenden preferiblemente uno o más cables metálicos.
Los uno o más conductores metálicos y/o los uno o más cables metálicos comprenden preferiblemente aluminio o una aleación de aluminio.
Los uno o más conductores eléctricos comprenden preferiblemente uno o más de: (i) conductores de aluminio desnudo ("AAC"); (ii) conductores de aleación de aluminio desnudo ("AAAC"); (iii) conductores de aluminio reforzado con acero ("ACSR"); (iv) conductores de aluminio reforzado con acero revestido de aluminio ("ACSR/AW"); (v) cables aéreos integrados ("ABC"); (vi) conductores de alta temperatura y bajo pandeo ("HTLS"); (vii) conductores de núcleo compuesto de conductor de aluminio ("ACCC"); (viii) conductores de aluminio con soporte de acero ("ACSS/MA"); (ix) conductores de aluminio con soporte de acero revestido de aluminio ("ACSS/AW"); (x) conductores de aleación de aluminio termorresistentes reforzados con acero ("TACSR"); (xi) conductores de aleación de aluminio termorresistentes reforzados con acero revestido de aluminio ("TACSR/AW'); o (xii) conductores de aleación de aluminio supertermorresistentes con revestimiento de aluminio reforzado con invar ("STACIR/AW").
El primer revestimiento preferiblemente tiene un espesor en el intervalo de 1-10 pm, 10-20 pm, 20-30 pm, 30-40 pm, 40-50 pm, 50-60 pm, 60-70 pm, 70-80 pm, 80-90 pm, 90-100 pm, 100-110 pm, 110-120 pm, 120-130 pm, 130­ 140 pm, 140-150 pm, 150-160 pm, 160-170 pm, 170-180 pm, 180-190 pm, 190-200 pm, 200-300 pm, 300-400 pm, 400-500 pm, 500-600 pm, 600-700 pm, 700-800 pm, 800-900 pm, 900-1000 pm o > 1 mm.
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un conductor aéreo, un conductor aéreo de alta tensión o una línea de distribución o potencia eléctrica que comprende uno o más conductores revestidos individuales como los que se han descrito anteriormente.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un kit para revestir uno o más conductores eléctricos para formar un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia, comprendiendo el kit:
una primera parte que comprende: (i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino; (ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y (iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm; y
una segunda parte que comprende: (i) un agente de curado;
en donde, durante su uso, las partes primera y segunda se mezclan para formar una primera mezcla y, a continuación, la primera mezcla se pulveriza, se utiliza para pintar, se utiliza para revestir o se aplica sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos para formar un primer revestimiento, en donde el primer revestimiento (preferiblemente cuando se seca o se deshidrata de otro modo) tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3­ 2,5 pm.
El aglutinante inorgánico comprende preferiblemente un aglutinante inorgánico a base de agua que posteriormente se deshidrata, se seca o se cura térmicamente de otro modo.
La primera parte puede comprender, además, uno o más de: (i) un agente reflexivo; (ii) un agente emisivo; (iii) un agente de curado; y (iv) un agente de emulsión y/o agente reológico.
La segunda parte puede comprender, además, uno o más de: (i) un agente reflexivo; (ii) un agente emisivo; (iii) un agente de curado; y (iv) un agente de emulsión y/o un agente reológico.
El kit puede comprender, además, un primer dispositivo para pulverizar, utilizar para pintar o aplicar la primera mezcla sobre al menos una parte de uno o más conductores eléctricos para formar el primer revestimiento. La primera mezcla, una vez aplicada a los uno o más conductores eléctricos, preferiblemente se seca, se deshidrata o se cura para formar el primer revestimiento.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para revestir uno o más conductores eléctricos para formar un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende:
pulverizar, utilizar para pintar, utilizar para revestir o aplicar un primer revestimiento o una primera mezcla sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento o la primera mezcla comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y
(iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO 2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm;
en donde el primer revestimiento o la primera mezcla tienen un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y tienen un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
El aglutinante inorgánico comprende un aglutinante inorgánico a base de agua y el método comprende, además, deshidratar o secar el aglutinante inorgánico. La primera mezcla preferiblemente se seca para formar el primer revestimiento.
Preferiblemente, el método comprende, además, curar térmicamente el primer revestimiento o la primera mezcla. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para adaptar una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende uno o más conductores eléctricos, comprendiendo el método:
pulverizar, utilizar para pintar, utilizar para revestir o aplicar un primer revestimiento o una primera mezcla sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento o la primera mezcla comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y
(iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO 2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm;
en donde el primer revestimiento o la primera mezcla tienen un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y tienen un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
El aglutinante inorgánico comprende un aglutinante inorgánico a base de agua y el método comprende, además, deshidratar, secar o curar el aglomerante inorgánico.
El método comprende, además, curar térmicamente el primer revestimiento o la primera mezcla.
El método preferiblemente comprende, además, secar, dejar secar, someter a cuchillas de chorro de aire, calentar, someter a una llama directa o curar el primer revestimiento o la primera mezcla.
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende:
uno o más conductores eléctricos; y
un primer revestimiento proporcionado en al menos una porción de los uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende opcionalmente un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende opcionalmente nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y (iii) un agente fotocatalítico opcionalmente en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm.
Preferiblemente, el primer revestimiento puede tener un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y, opcionalmente, un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
De acuerdo con varias realizaciones, el primer revestimiento puede tener un coeficiente de emisividad térmica promedio E en el intervalo de 0,90-0,91, 0,91-0,92, 0,92-0,93, 0,93-0,94, 0,94-0,95, 0,95-0,96, 0,96-0,97, 0,97-0,98, 0,98-0,99 o 0,99-1,00 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm.
De acuerdo con varias realizaciones, el primer revestimiento puede tener un coeficiente R de reflectividad solar promedio en el intervalo de 0,90-0,91, 0,91-0,92, 0,92-0,93, 0,93-0,94, 0,94-0,95, 0,95-0,96, 0,96-0,97, 0,97-0,98, 0,98-0,99 o 0,99-1,00 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A en el intervalo 0,00-0,01, 0,01-0,02, 0,02­ 0,03, 0,03-0,04, 0,04-0,05, 0,05-0,06, 0,06-0,07, 0,07-0,08, 0,08-0,09 o 0,09-0,10 en todo el espectro solar 0,3­ 2,5 pm.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un kit para revestir uno o más conductores eléctricos para formar un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia, comprendiendo el kit:
una primera parte que comprende: (i) un aglutinante inorgánico que comprende opcionalmente un silicato de metal alcalino; (ii) un agente de polimerización que comprende opcionalmente nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y (iii) un agente fotocatalítico opcionalmente en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm; y
una segunda parte que comprende: (i) un agente de curado;
en donde, durante su uso, las partes primera y segunda se mezclan entre sí para formar una primera mezcla y en donde, opcionalmente, la primera mezcla se pulveriza, se utiliza para pintar, se utiliza para revestir o se aplica sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos para formar un primer revestimiento. La primera mezcla preferiblemente se seca para formar el primer revestimiento.
Preferiblemente, el primer revestimiento o la primera mezcla tienen un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un método para revestir uno o más conductores eléctricos para formar un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende:
pulverizar, utilizar para pintar, utilizar para revestir o aplicar un primer revestimiento o una primera mezcla sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento o la primera mezcla comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende opcionalmente un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende opcionalmente nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y (iii) un agente fotocatalítico opcionalmente en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TÍO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm.
El primer revestimiento o la primera mezcla tienen preferiblemente un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo de 2,5-30,0 pm y, opcionalmente, tienen un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un método para adaptar una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende uno o más conductores eléctricos, comprendiendo el método: pulverizar, utilizar para pintar, utilizar para revestir o aplicar un primer revestimiento o una primera mezcla sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento o la primera mezcla comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende opcionalmente un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende opcionalmente nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y (iii) un agente fotocatalítico opcionalmente en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm.
Preferiblemente, el primer revestimiento o la primera mezcla tienen un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y, opcionalmente, tienen un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 en el espectro solar 0,3-2,5 pm.
De acuerdo con varias realizaciones, el primer revestimiento o la primera mezcla pueden tener un coeficiente de emisividad térmica promedio E en el intervalo de 0,90-0,91, 0,91-0,92, 0,92-0,93, 0,93-0,94, 0,94-0,95, 0,95-0,96, 0,96-0,97, 0,97-0,98, 0,98-0,99 o 0,99-1,00 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm.
De acuerdo con varias realizaciones, el primer revestimiento o la primera mezcla pueden tener un coeficiente de reflectividad solar promedio R en el intervalo de 0,90-0,91, 0,91-0,92, 0,92-0,93, 0,93-0,94, 0,94-0,95, 0,95-0,96, 0,96-0,97, 0,97-0,98, 0,98-0,99 o 0,99-1,00 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A en el intervalo de 0,00­ 0,01, 0,01-0,02, 0,02-0,03, 0,03-0,04, 0,04-0,05, 0,05-0,06, 0,06-0,07, 0,07-0,08, 0,08-0,09 o 0,09-0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirán varias realizaciones de la presente invención junto con otras disposiciones proporcionadas con fines ilustrativos, únicamente a modo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 ilustra algunos de los mecanismos de transferencia de calor asociados a un conductor eléctrico aéreo, incluida la obtención de energía por radiación solar y la pérdida de potencia por radiación del conductor y por convección (viento);
la figura 2A muestra una vista lateral de un conductor revestido conocido y la figura 2B muestra una vista en sección transversal del conductor revestido conocido;
la figura 3A muestra una vista en sección transversal de un conductor revestido de una sola capa conocido, la figura 3B muestra una vista en sección transversal de un conductor ACSR 6/1 conocido con un revestimiento, la figura 3C muestra una vista en sección transversal de un conductor ACSR 26/7 conocido con un revestimiento y la figura 3D muestra una vista en sección transversal de un conductor ACSR 54/19 conocido con un revestimiento;
la figura 4 muestra un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención;
la figura 5 muestra cómo varía la ampacidad de diferentes tipos de conductores en función de la radiación solar; la figura 6 muestra los espectros de absorbancia UV-VIS-NIR de una capa que tiene una alta reflectancia solar de acuerdo con una realización de la presente invención;
la figura 7 muestra el espectro solar de 0,3 a 2,5 pm con fines de comparación con la figura 6;
la figura 8 muestra un conductor de aluminio de prueba;
la figura 9 muestra datos de prueba relacionados con las temperaturas medias de diferentes conductores de prueba durante un periodo de máxima irradiación solar;
la figura 10 muestra datos de prueba relacionados con las temperaturas medias de diferentes conductores de prueba durante un periodo de máxima irradiación solar e ilustra el rendimiento significativamente mejorado de un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención que funciona a temperaturas elevadas de hasta 250 °C;
la figura 11 muestra la reflectancia de pigmentos de anatasa y dióxido de titanio rutilo (TO2) en función de la longitud de onda;
la figura 12 muestra los resultados de una prueba de ciclos de corriente y muestra que un conductor revestido preferido de acuerdo con una realización de la presente invención fue particularmente eficaz para reducir la temperatura de un conductor de aluminio reforzado con acero ("ACSR");
la figura 13 muestra los resultados de una prueba de ciclos de corriente realizada en un conductor revestido preferido de acuerdo con una realización de la presente invención en términos de reducción de temperatura (%) por ciclo;
la figura 14 muestra los resultados de una prueba de rendimiento de refrigeración exterior realizada en un conductor revestido preferido de acuerdo con una realización de la presente invención; y
la figura 15 muestra la diferencia de reducción de temperatura (%) entre un conductor revestido preferido de acuerdo con una realización de la presente invención y un conductor sin revestir durante una semana en el mes de mayo en el Reino Unido.
Descripción detallada
A continuación, se expondrán en mayor detalle varias realizaciones de la presente invención junto con las disposiciones convencionales proporcionadas con fines ilustrativos.
La figura 1 ilustra algunos de los mecanismos de transferencia de calor asociados a un conductor aéreo 100.
Existen dos mecanismos predominantes de transferencia de calor que harán que aumente la temperatura del conductor 100. El primer mecanismo de transferencia de calor es el calentamiento por radiación solar del conductor 100. Se entenderá que la radiación solar incidente sobre el conductor 100 dará como resultado un aumento de la temperatura del conductor eléctrico 100.
El segundo mecanismo de transferencia de calor (no mostrado en la figura 1) que hará que aumente la temperatura del conductor 100 es el efecto de las pérdidas óhmicas debidas a la transmisión de corriente eléctrica a través del conductor 100. La resistencia del conductor 100 a la transmisión de corriente eléctrica a través del conductor 100 dará como resultado un efecto Joule del conductor 100.
En consecuencia, el efecto combinado del calentamiento por radiación solar del conductor 100 y el efecto Joule hará que aumente la temperatura del conductor 100.
La ganancia de energía del conductor 100 puede compensarse mediante tres mecanismos de transferencia térmica a través de los cuales el conductor 100 puede perder potencia, en concreto, por radiación, por conducción y por convección.
La pérdida de calor por conducción es despreciable. La pérdida de calor por convección (es decir, debido a corrientes de aire o viento) dependerá de la ubicación geográfica del conductor 100. Un conductor 100 puede desplegarse en una región calurosa del mundo como el sur de EE. UU., Oriente Medio o Australia. Los vientos en las regiones no costeras pueden ser relativamente ligeros y, por lo tanto, la pérdida de calor por convección normalmente puede no ser una consideración importante. En consecuencia, el mecanismo predominante por el cual un conductor 100 puede perder potencia es por radiación térmica.
Los expertos en la materia entenderán que los conductores aéreos desnudos como los que se utilizan convencionalmente en regiones del mundo como el sur de EE. UU., Oriente Medio y Australia pueden alcanzar temperaturas significativamente elevadas. En consecuencia, el problema de poder reducir la temperatura de funcionamiento de un conductor aéreo desplegado en una región del mundo como el sur de EE. UU., Oriente Medio y Australia es una preocupación comercial considerable, p. ej., para empresas de servicios públicos.
En muchos países, se considera que las líneas eléctricas de alta tensión forman parte de la infraestructura nacional y, por lo tanto, pueden ser de propiedad y control estatales.
Las líneas aéreas de transmisión de electricidad generalmente comprenden un núcleo formado por uno o más cables conductores. Se conocen varios tipos diferentes de conductores aéreos.
Los conductores de aluminio desnudo ("AAC") comprenden alambres de aluminio trefilados trenzados en capas sucesivas en direcciones opuestas para formar el conductor según la BS EN 50182 o la IEC 61089. Los conductores AAC se pueden usar para líneas aéreas de distribución que tienen tramos relativamente cortos, alimentadores aéreos y embarrados de subestaciones. Los conductores AAC tienen una alta resistencia a la corrosión, ya que no incluyen acero. Los conductores AAC convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los conductores de aleación de aluminio desnudo ("AAAC") comprenden alambres de aleación de aluminio ("ALMELEC") trenzados en capas sucesivas en direcciones opuestas para formar el conductor según la IEC 61089, la BS EN 50182 o la ASTM B 399. Los conductores AAAC se utilizan principalmente para líneas aéreas en redes eléctricas de transmisión y distribución que tienen tramos relativamente largos. También se utilizan como mensajero para soportar cables eléctricos aéreos. Los conductores AAAC tienen una alta resistencia a la corrosión, ya que no incluyen acero. Los conductores AAAC convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los conductores de aluminio reforzado con acero ("ACSR") comprenden una capa exterior de conductor de aluminio trenzado concéntricamente sobre un núcleo central de alambres de acero galvanizado o trenzado para formar el conductor según la BS EN 50182, la ASTM B 232 o la IEC 61089. Los conductores ACSR se utilizan ampliamente para la transmisión de potencia eléctrica a largas distancias. Los conductores ACSR también se pueden usar como mensajeros para soportar cables eléctricos aéreos. Los conductores ACSR convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los conductores de aluminio reforzado con acero revestido de aluminio ("ACSR/AW") comprenden una capa exterior de conductor de aluminio trenzado concéntricamente sobre un núcleo central de cable sólido o trenzado de acero revestido de aluminio para formar el conductor según la ASTM B 549. Los conductores ACSR/AW se utilizan para la transmisión de potencia eléctrica y son ideales para tramos largos de líneas aéreas como los conductores ACSR, pero con una resistencia y una capacidad de transporte de corriente ligeramente mejores, además de una buena resistencia a la corrosión. Los conductores ACSR/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C.
Los cables aéreos integrados ("ABC") están hechos de conductores de aluminio que están aislados con aislamiento XLPE y ensamblados para formar dos (dúplex), tres (tríplex), cuatro (cuádruplex) o más conductores según la ICEA S 474-76 o la BS EN 50182. Se utilizan para líneas aéreas secundarias (en circuitos que no excedan los 600 V fase a fase) en postes o como alimentadores de instalaciones residenciales.
También se conocen varios conductores de alta temperatura y bajo pandeo ("HTLS") que están diseñados para operar a temperaturas de funcionamiento significativamente más altas de hasta 150-250 °C.
Los conductores HTLS conocidos incluyen conductores de núcleo compuesto de aluminio ("ACCC"), conductores de aluminio con soporte de acero ("ACSS/MA"), conductores de aluminio con soporte de acero revestido de aluminio ("ACSS/AW"), conductores de aleación de aluminio reforzado con acero termorresistentes ("TACSR"), conductores de aleación de aluminio reforzado con acero de aluminio termorresistentes ("TACSR/AW") y conductores de aleación de aluminio con revestimiento de aluminio reforzado con invar superresistentes ("STACIR/AW").
Los conductores de núcleo compuesto de aluminio ("ACCC") comprenden un conductor trenzado concéntricamente con una o más capas de alambres de aluminio recocido 1350-0 de forma trapezoidal en un núcleo central de compuesto de fibra de vidrio de carbono liviano. Los conductores ACCC que comprenden un núcleo compuesto de carbono híbrido son más fuertes y livianos que los núcleos de acero tradicionales. Los conductores ACCC son capaces de transportar el doble de corriente que los conductores ACSR tradicionales, ya que los conductores ACCC están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 180 °C, además de su núcleo más ligero que permite utilizar aprox. un 30 % más de aluminio sin aumentar el peso total. El uso de conductores ACCC reduce las pérdidas de línea entre un 30 y un 40 % en condiciones de carga iguales en comparación con los conductores ACSR tradicionales del mismo diámetro y peso. Los conductores ACCC tienen mayor fuerza, autoamortiguación eficaz, resistencia a la fatiga superior y un bajo coeficiente de expansión, lo que reduce el pandeo del conductor en condiciones de carga eléctrica pesada. Como resultado, los conductores ACCc se pueden usar para aumentar los tramos entre menos estructuras o estructuras más cortas. Los conductores ACCC tienen una mayor resistencia a la corrosión que los conductores ACSR tradicionales.
Los conductores ACCC se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son particularmente útiles en aplicaciones de reconducción que requieren una mayor corriente con las tensiones y espacios libres existentes, aplicaciones de líneas nuevas donde las estructuras pueden economizarse debido a la reducción del pandeo del conductor, aplicaciones de líneas nuevas que requieren una alta carga de emergencia y líneas donde la vibración debida al viento es un problema. Los conductores ACCC también se pueden utilizar en entornos costeros y corrosivos debido a su buena resistencia a la corrosión. Los conductores ACCC convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 180 °C.
Los conductores de aluminio con soporte de acero ("ACSS/MA") comprenden una o más capas de alambres de aluminio recocido 1350-0 trenzados sobre un núcleo central de alambres de acero revestidos de aleación mischmetal de zinc-5 % de aluminio que están diseñados para soportar la mayoría de la carga mecánica en el conductor ACSS o su totalidad. Los conductores ACSS pueden fabricarse de acuerdo con la norma ASTM B 856. Los conductores ACSS/MA son similares a los conductores ACSR tradicionales, excepto porque los conductores ACSS/MA pueden funcionar continuamente a altas temperaturas de hasta 250 °C sin sufrir daños. Los conductores ACSS/MA se hunden menos bajo carga de emergencia que los conductores ACSR, tienen propiedades de autoamortiguación y el pandeo final no se ve afectado por la fluencia prolongada del aluminio.
Los conductores ACSS/MA se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son particularmente útiles en aplicaciones de reconducción, que requieren una mayor corriente con las tensiones y espacios libres existentes. Los conductores ACSS/MA también se utilizan para aplicaciones de líneas nuevas donde las estructuras se pueden economizar debido a la reducción del pandeo del conductor, aplicaciones de líneas nuevas que requieren altas cargas de emergencia y líneas donde la vibración debida al viento es un problema. Los conductores ACSS/MA convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 250 °C.
Los conductores de aluminio con soporte de acero revestido de aluminio ("ACSS/AW") comprenden una o más capas de alambres de aluminio recocido 1350-0 trenzados sobre un núcleo central de alambres de acero revestidos de aluminio que están diseñados para soportar la mayor parte de la carga mecánica en ACSS/AW conductores o su totalidad. Los conductores ACSS/Aw pueden fabricarse de acuerdo con la norma ASTM B 856.
Los conductores ACSS/AW pueden funcionar continuamente a altas temperaturas de hasta 200 °C sin sufrir daños. El núcleo de acero revestido de aluminio, que consiste en una capa gruesa de aluminio (aprox. 10 % del radio nominal del cable) sobre acero, brinda a los conductores ACSS/AW las ventajas de los conductores ACSS junto con el peso ligero y la buena conductividad del aluminio con alta resistencia a la tracción y la robustez del acero.
Los conductores ACSS/AW se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son especialmente útiles en aplicaciones de reconducción que requieren una mayor corriente con las tensiones y espacios libres existentes. Los conductores ACSS/AW también se utilizan para aplicaciones de líneas nuevas donde las estructuras se pueden economizar debido a la reducción del pandeo del conductor, aplicaciones de líneas nuevas que requieren altas cargas de emergencia y líneas donde la vibración debida al viento es un problema.
Los conductores ACSS/AW tienen características de resistencia similares a las de los conductores ACSS junto con una ampacidad y resistencia a la corrosión ligeramente mayores debido al revestimiento de aluminio de los cables con núcleo de acero. Los conductores ACSS/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 200 °C.
Los conductores de aleación de aluminio resistente térmicamente reforzados con acero ("TACSR") comprenden una o más capas de alambres de aleación de aluminio y circonio resistente térmicamente (AT1) trenzados sobre un núcleo central de alambre(s) de acero recubierto de zinc de acuerdo con la IEC 62004 y la IEC 60888 y, en general, de acuerdo con la IEC 61089.
Los conductores TACSR pueden transportar una corriente de carga más alta (150 %) que los conductores ACSR tradicionales, ya que están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 150 °C. Los conductores tAc s R tienen la misma técnica de instalación que los conductores ACSR.
Los conductores TACSR se utilizan para líneas aéreas de distribución y transmisión y son particularmente útiles en aplicaciones de líneas nuevas que requieren una mayor corriente. Los conductores TACSR convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 150 °C.
Los conductores de aleación de aluminio resistente térmicamente reforzados con acero revestido de aluminio ("TACSR/AW") comprenden una o más capas de alambres de aleación de aluminio y circonio resistente térmicamente (AT1) trenzados sobre un núcleo central de alambres de acero revestido de aluminio trenzado (20SA tipo A) de acuerdo con la IEC 62004 y la IEC 61232 y, en general, de acuerdo con la IEC 61089.
Los conductores TACSR/AW pueden transportar una corriente de carga más alta que los conductores ACSR tradicionales, ya que están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 150 °C. Los conductores tAc s R/AW tienen mayor resistencia a la corrosión y menor resistencia eléctrica y menor masa que los conductores TACSR. Los conductores TACSR/AW tienen la misma técnica de instalación que los conductores ACSR.
Los conductores TACSR/AW se utilizan para líneas aéreas de transmisión y distribución y son especialmente útiles en aplicaciones de líneas nuevas que requieren una mayor corriente. Los TACSR/AW puede usarse en ambientes costeros y corrosivos debido a su buena resistencia a la corrosión. Los conductores TACSR/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 150 °C.
Los conductores de aleación de aluminio supertermorresistentes reforzados con invar revestidos de aluminio ("STACIR/AW") comprenden una o más capas de alambres de aleación de aluminio y circonio (AT3) supertermorresistentes trenzados sobre un núcleo central de alambres invar revestidos de aluminio trenzados de acuerdo con la IEC 62004 y, en general, de acuerdo con la IEC 61089 y la IEC 61232. Invar es una aleación especial de Fe/Ni que tiene un coeficiente de expansión lineal muy bajo.
Los conductores STACIR/AW pueden transportar una corriente de carga más alta (200 %) que los conductores ACSR tradicionales, ya que están diseñados para temperaturas de funcionamiento continuo de hasta 210 °C. Más allá del punto de inflexión, los conductores STACIR/AW experimentan un aumento de pandeo debido a la expansión del núcleo de Invar solo (valor extremadamente bajo < 3,7 x 10-6 /°C) que controla el pandeo a altas temperaturas de funcionamiento. Los conductores STACIR/AW tienen mayor resistencia a la corrosión y tienen la misma técnica de instalación que los conductores ACSR.
Los conductores STACIR/AW se utilizan para líneas aéreas de transmisión y distribución y son especialmente útiles en aplicaciones de líneas nuevas que requieren una mayor corriente. Los conductores STACIR/AW pueden usarse en ambientes corrosivos y costeros debido a su buena resistencia a la corrosión. Los conductores STACIR/AW convencionales suelen estar clasificados para una temperatura máxima de funcionamiento de 210 °C.
En consecuencia, los conductores HTLS conocidos permiten que los conductores eléctricos aéreos de alta tensión funcionen a temperaturas de funcionamiento significativamente más altas hasta una temperatura máxima de funcionamiento típicamente en el intervalo de 150-250 °C.
La figura 2A muestra una vista lateral y la figura 2B muestra una vista en sección transversal de un conductor revestido conocido 200 como el que se describe en el documento WO 2015/105972 (Ranganathan). El conductor conocido 200 comprende 19 cables de aluminio o alambres 202 rodeados por un revestimiento polimérico exterior 201. Puede haber huecos 203 entre el revestimiento polimérico exterior 201 y los cables o alambres conductores individuales 202. El revestimiento polimérico exterior 201 se proporciona para disminuir la temperatura del conductor 200 cuando el conductor 200 se prueba de acuerdo con la ANSI C119.4.
La figura 3A muestra una vista en sección transversal de otro conductor conocido que tiene un núcleo central de aluminio 301 y un revestimiento polimérico externo de una sola capa 302.
La figura 3B muestra una vista en sección transversal de un conductor ACSR 6/1 conocido que comprende un elemento central de refuerzo de acero 303 rodeado por un anillo de seis cables eléctricos de aluminio 310. Cada uno de los seis alambres de aluminio 310 tiene un revestimiento polimérico 302.
La figura 3C muestra una vista en sección transversal de un conductor ACSR 26/7 conocido que comprende siete elementos centrales de refuerzo de acero 303 rodeados por un primer anillo de alambres de aluminio 310 que a su vez están rodeados por un segundo anillo de alambres de aluminio 310. El segundo anillo exterior de alambres de aluminio está encerrado por un revestimiento polimérico exterior 302.
La figura 3D muestra un conductor ACSR 54/19 conocido que comprende 19 elementos de refuerzo de acero centrales 303 rodeados por un primer anillo de alambres de aluminio 310 que a su vez están rodeados por un segundo anillo de alambres de aluminio 310. El segundo anillo de alambres de aluminio 310 está a su vez rodeado por un tercer anillo de alambres de aluminio 310. El tercer anillo exterior de alambres de aluminio 310 está encerrado por un revestimiento polimérico exterior 302.
La figura 4 muestra un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención. El conductor revestido de una sola capa comprende un conductor metálico interior 400 preferiblemente de aluminio. El conductor metálico interior 400 puede comprender uno o más elementos de refuerzo de acero (no mostrados) y/o uno o más elementos compuestos.
El conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención comprende preferiblemente un primer revestimiento inorgánico 401 que rodea al conductor metálico 400. El primer revestimiento 401 incluye un agente fotocatalítico autolimpiante que comprende dióxido de titanio anatasa (TO2). De acuerdo con la presente invención, se proporcionan uno o más conductores eléctricos 400 que tienen un primer revestimiento o capa 401 que tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 y un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10.
Los uno o más conductores eléctricos 400 pueden formar parte de una línea aérea de transmisión o distribución de potencia.
El primer revestimiento o capa 401 comprende preferiblemente: (i) un aglutinante inorgánico que comprende opcionalmente un silicato de metal alcalino; (ii) un agente de polimerización que comprende opcionalmente nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); (iii) opcionalmente, un agente reflectante como el dióxido de titanio rutilo (TO2) con un tamaño de partícula promedio > 250 nm; y (iv) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende opcionalmente > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TiO2) opcionalmente con un tamaño de partícula promedio < 100 nm.
El primer revestimiento o capa 401 tiene preferiblemente un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 en al menos el 10 %, el 20 %, el 30 %, el 40 %, el 50 %, el 60 %, el 70 %, el 80 % o el 90 % del espectro infrarrojo 2,5­ 30,0 |jm.
El primer revestimiento o capa 401 tiene preferiblemente un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 en al menos el 10 %, el 20 %, el 30 %, el 40 %, el 50 %, el 60 %, el 70 %, el 80 % o el 90 % del espectro solar 0,3-2,5 jm.
De acuerdo con una realización, el primer revestimiento 401 se puede proporcionar en al menos una porción de uno o más conductores eléctricos 400.
Se ha probado un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con la presente invención y se ha descubierto que tiene una resistencia a la corrosión buena o excelente cuando se prueba de acuerdo con el procedimiento de prueba ASTM B117 (Niebla salina).
Al usar el método estándar de la industria CIGRE 207-2002 para calcular la temperatura del conductor, ahora se demostrará la importancia de utilizar un conductor revestido de una sola capa que tenga un revestimiento de alta reflectividad solar en regiones con alta radiación solar. Únicamente con fines ilustrativos, se puede considerar una línea eléctrica que se despliega en un lugar de 30° de latitud n y que está expuesta a 12 horas de radiación solar de agosto. La temperatura del aire se modela como 40 °C.
En las condiciones anteriores, un conductor eléctrico aéreo Drake ACSR con diferentes revestimientos que transmita una corriente constante de 1000A tendrá las siguientes características:
Tabla 1
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Las cifras que se muestran arriba en la Tabla 1 se calcularon utilizando el modelo CIGRE estándar de la industria y demuestran que un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención que tiene alta reflectividad y alta emisividad da como resultado casi el doble del efecto de enfriamiento (x1,97515,8 °C frente a 8,0 °C) con respecto a un conductor convencional con revestimiento gris. Como se detalla a continuación, los cálculos anteriores se confirmaron aún más mediante pruebas empíricas utilizando dos equipos de prueba diferentes.
Se muestra que un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención que tiene una emisividad aumentada y al mismo tiempo una alta reflectividad (es decir, sin aumentar la absorción solar) es particularmente eficaz y proporciona un rendimiento significativamente mejorado en relación con las disposiciones convencionales que funcionan a temperaturas de hasta 100 °C (según la Tabla 1 anterior) y también a temperaturas elevadas en el intervalo de 150-250 °C (datos que se muestran a continuación).
El primer revestimiento 401 puede comprender una carga blanca. La carga blanca puede comprender, por ejemplo: (i) óxido de magnesio (MgO); (ii) óxido de calcio (CaO); (iii) óxido de aluminio (AbO3); (iv) óxido de zinc (ZnO); (v) carbonato de calcio (CaCO3); (vi) silicato de aluminio (AbSiOs); (vii) caolín (AbO3.2SiO2); (viii) dióxido de titanio (TiO2); o (viii) sulfato de bario (BaSO4). El primer revestimiento 401 puede incluir una o más cargas blancas.
Revestimientos inorgánicos
De acuerdo con varias realizaciones, el primer revestimiento 401 comprende preferiblemente un aglutinante inorgánico, preferiblemente un aglutinante inorgánico a base de agua.
El aglutinante inorgánico preferiblemente comprende un silicato de metal alcalino (o alcalino). Por ejemplo, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de potasio (K2SO3). Como alternativa, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de sodio. El silicato de sodio puede comprender metasilicato de sodio (Na2SiO3), ortosilicato de sodio (Na4SiO4) o pirosilicato de sodio (NaaSbOz).
De acuerdo con una realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de litio (LbSiO3).
De acuerdo con otra realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de calcio (Ca2SiO4) u ortosilicato de calcio.
De acuerdo con otra realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de magnesio y aluminio (AlMgSiO4).
El primer revestimiento inorgánico 401 puede comprender una o más trenzas, fibras cerámicas, fibras adhesivas o cintas especiales.
El primer revestimiento inorgánico 401 puede ser semiconductor y puede tener una resistividad volumétrica de 1012 ohm-cm o menos, preferiblemente una resistividad volumétrica de 1010 ohm-cm o menos, más preferiblemente una resistividad volumétrica de 108 ohm-cm o menos.
El primer revestimiento inorgánico 401 puede tener una temperatura de deformación térmica en el intervalo de 140­ 150 °C, 150-160 °C, 160-170 °C, 170-180 °C, 180-190 °C, 190-200 °C, 200-210 °C, 210-220 °C, 220-230 °C, 230­ 240 °C, 240-250 °C, 250-260 °C, 260-270 °C, 270-280 °C, 280-290 °C, 290-300 °C o > 300 °C.
El primer revestimiento inorgánico 401 puede tener una retención del alargamiento a la rotura del 50 % o más después de 2000 horas de prueba de exposición a la intemperie exterior de acuerdo con la norma ASTM 1960. El primer revestimiento inorgánico 401 puede tener una conductividad térmica de 0,15 W/m o más.
El primer revestimiento 401 puede tener menos preferiblemente un valor de luminosidad L* en el intervalo de 0-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80. Más preferiblemente, el primer revestimiento 401 es blanco y tiene un valor de luminosidad L* en el intervalo de 80-90 o 90-100 en donde, cuando L* = 0 el color observado es negro, y donde, cuando L* = 100 el color observado es blanco. De acuerdo con la realización preferida, el revestimiento 401 tiene un L* > 80.
El primer revestimiento inorgánico 401 puede estar sustancialmente libre de aditivos hidrorrepelentes, un aditivo hidrófilo y/o un fluido dieléctrico.
Cargas
De manera similar a las disposiciones divulgadas en el documento WO 2015/105972 (Ranganathan) de acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención, el primer revestimiento inorgánico 401 puede incluir una o más cargas. El primer revestimiento inorgánico 401 puede contener una o más cargas a una concentración de 0-50 % (en peso de la composición total) y una o más cargas pueden tener un tamaño de partícula promedio de 0,1-50 pm. Las partículas de carga pueden ser esféricas, hexagonales, con forma de escama, en fibras o cintas o similares.
Aditivos reflectantes de IR
De manera similar a las disposiciones divulgadas en el documento WO 2015/105972 (Ranganathan) de acuerdo con varias realizaciones preferidas de la presente invención, el primer revestimiento inorgánico 401 puede comprender uno o más pigmentos o aditivos reflectantes de infrarrojos. Los uno o más pigmentos o aditivos reflectantes de infrarrojos ("IR") pueden incluirse en el primer revestimiento inorgánico 401 a una concentración p. ej., de 0,1-10 % en peso. Los aditivos reflectantes de IR son preferiblemente blancos.
Estabilizadores
De manera similar a las disposiciones divulgadas en el documento WO 2015/105972 (Ranganathan) de acuerdo con diversas realizaciones preferidas de la presente invención, se pueden incluir uno o más estabilizadores en el primer revestimiento inorgánico 401 a una concentración p. ej., de 0.1-5 % (en peso de la composición total o revestimiento).
Los uno o más estabilizadores pueden comprender un estabilizador de luz y/o un estabilizador de dispersión, tal como bentonita. El estabilizador es preferiblemente blanco.
Proceso de revestimiento
El primer revestimiento inorgánico 401 o una primera mezcla se pueden aplicar a uno o más conductores 400, como un cable aéreo, por pulverización o aplicando como pintura. El primer revestimiento o la primera mezcla son preferiblemente a base de agua y pueden deshidratarse o secarse, p. ej., por curado térmico opcionalmente durante un periodo de horas.
Se pueden usar uno o más procesos de pretratamiento para preparar una superficie del conductor 400 o uno o más cables conductores para el primer revestimiento inorgánico 401. Por ejemplo, de acuerdo con varias realizaciones, el conductor 400 o uno o más cables conductores pueden someterse a tratamiento químico, limpieza con aire a presión, tratamiento con agua caliente, limpieza a vapor, limpieza con cepillo, tratamiento de calentamiento, chorro de arena, ultrasonidos, deslustre, limpieza con trapo y disolvente, tratamiento con plasma y similares.
Una superficie de uno o más conductores aéreos 400 puede deslustrarse mediante chorro de arena. Un conductor aéreo puede calentarse a temperaturas entre 23 y 250 °C como parte de un proceso de tratamiento térmico para preparar la superficie del conductor 400 o uno o más cables conductores para el primer revestimiento 401. La temperatura se puede seleccionar en función del primer revestimiento 401.
En determinadas realizaciones, los procesos de revestimiento pueden estar libres de disolventes o esencialmente libres de disolventes. Libre de disolventes, o esencialmente libre de disolventes, puede significar que no se usa más del 1 % de un disolvente en cualquiera de los procesos en relación con el peso total del producto.
Características de los conductores revestidos
Como podrá apreciarse, la aplicación de un revestimiento de una sola capa o "monocapa" 401 proporciona cables, como conductores aéreos, con una serie de características superiores, incluidas las propiedades de autolimpieza. El primer revestimiento inorgánico 401 puede proporcionar un cable con un grosor uniforme alrededor del exterior del conductor 400 o uno o más alambres conductores. Cada método de aplicación del primer revestimiento inorgánico 401 puede compensar diferentes cantidades de irregularidades.
La primera capa de revestimiento 401 de acuerdo con diversas realizaciones preferidas de la presente invención puede proporcionar al conductor 400 o a uno o más alambres conductores una mayor resistencia mecánica en relación con la de un conductor desnudo. Por ejemplo, de acuerdo con varias realizaciones, un conductor revestido de una sola capa 400 o uno o más cables conductores pueden tener una resistencia a la tracción mínima de 10 MPa y pueden tener un alargamiento mínimo a la rotura del 50 % o más.
Como otra ventaja, un revestimiento de una sola capa 401 puede servir de manera similar a las disposiciones divulgadas en el documento WO 2015/105972 (Ranganathan) como capa protectora contra la corrosión y una jaula de pájaros en el conductor 400 o uno o más cables conductores. Como se puede apreciar, los conductores desnudos o revestidos con líquido pueden perder su integridad estructural con el tiempo y pueden volverse vulnerables a las jaulas de pájaros en cualquier espacio entre los alambres del cable conductor. Por el contrario, un conductor 400 o uno o más alambres conductores que tienen un revestimiento de una sola capa 401 están protegidos y pueden eliminar los problemas de jaulas de pájaros.
Como otra ventaja, el primer revestimiento inorgánico 401 puede eliminar la penetración de agua, puede reducir la acumulación de hielo y polvo y puede mejorar la resistencia al efecto corona.
Como otra ventaja, un conductor 400 o uno o más cables conductores revestidos con un revestimiento de una sola capa 401 pueden tener una conductividad térmica aumentada, una emisividad aumentada y unas características de absorción disminuidas.
Como ventaja adicional, el primer revestimiento inorgánico 401 puede tener una resistencia a la deformación térmica a temperaturas más altas, incluidas temperaturas de 140-150 °C, 150-160 °C, 160-170 °C, 170-180 °C, 180-190 °C, 190-200 °C, 200-210 °C, 210-220 °C, 220-230 °C, 230-240 °C, 240-250 °C, 250-260 °C, 260-270 °C, 270-280 °C, 280-290 °C, 290-300 °C o > 300 °C.
Ventajosamente, el primer revestimiento inorgánico 401 puede mantener la flexibilidad a temperaturas más bajas y puede tener una mejor contracción y una baja expansión térmica en el intervalo de temperatura más bajo.
La adición del primer revestimiento inorgánico 401 puede agregar relativamente poco peso a un conductor aéreo 400. Por ejemplo, el aumento de peso de un solo conductor aéreo revestido de acuerdo con una realización preferida de la presente invención puede ser < 5 %, 5-10 %, 10-15 % o 15-20 %.
Otra ventaja significativa adicional es que el primer revestimiento inorgánico 401 tiene una resistencia a la corrosión buena o excelente en comparación con algunos revestimientos individuales conocidos.
Datos experimentales
Se realizaron varias simulaciones siguiendo la especificación técnica CIGRE 601, la cual se explica en mayor detalle a continuación.
Para situaciones de estado estacionario, se asumieron parámetros fijos del clima y del conductor para calcular las clasificaciones máximas esperadas o las temperaturas del conductor. Los datos ambientales fueron elegidos para representar una ubicación cálida, despejada, soleada del desierto subtropical, como se detalla a continuación.
Tabla 2
Figure imgf000024_0003
Reducción de la temperatura de funcionamiento
En términos generales, un nuevo conductor sin revestimiento tendrá una emisividad E = 0,5 y una absorción solar A = 0,5. En el transcurso de un año, la emisividad E de un conductor sin revestimiento aumentará, p. ej., aprox. 0,8 a medida que la superficie del conductor se reviste con materia orgánica y/o se expone a la contaminación. De manera similar, la absorbencia también aumentará durante el transcurso del año a 0,8. Estas cifras dependen de la ubicación y se entenderá, por ejemplo, que si el conductor está ubicado en un lugar menos contaminado, los valores finales pueden terminar siendo diferentes (por ejemplo, más altos/más bajos).
La Tabla 3 que figura a continuación muestra la corriente y la temperatura en función de las características de la superficie.
Tabla 3
Figure imgf000024_0001
Se entenderá que los conductores Drake ACSR se usan comúnmente para simulaciones CIGRE.
Aumento de ampacidad
La Tabla 4 que figura a continuación muestra cómo varía la ampacidad con la hora del día y la radiación solar correspondiente para un conductor perfecto, un conductor envejecido, un conductor nuevo no revestido y un conductor revestido de acuerdo con una realización preferida.
Tabla 4
Figure imgf000024_0002
continuación
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La figura 5 muestra un gráfico de ampacidad o capacidad de corriente contra la intensidad solar de la hora del día para un conductor nuevo, uno envejecido y uno con revestimiento doble (incluido solo con fines ilustrativos) en comparación con un conductor perfecto teórico.
La figura 5 muestra que la ampacidad de un conductor modificado se comporta cerca del desempeño de un conductor perfecto teórico (donde la ampacidad no se reduce con el aumento de la radiación solar). En particular, en la figura 5 se observa que el rendimiento de un conductor modificado muestra un alto nivel de rendimiento después de 8 horas en marcado contraste con los conductores convencionales.
Validación de tecnología en un entorno de laboratorio
Los prototipos iniciales a escala de laboratorio se fabricaron y probaron en función del rendimiento de láminas planas de aluminio del mismo grado que las líneas eléctricas, pero configuradas planas para facilitar las pruebas. En consecuencia, los revestimientos se aplicaron a láminas planas en lugar de a cables cilíndricos.
La prueba de concepto óptica se demostró demostrando que el primer revestimiento 401 tiene el rendimiento óptico necesario (por ejemplo, alta reflectividad, alta emisividad) en las longitudes de onda específicas requeridas para producir un enfriamiento radiactivo óptimo.
Asimismo, la prueba de concepto eléctrica se demostró demostrando que un conductor modificado funciona a una temperatura significativamente más fría que la de un conductor sin revestimiento cuando transmite una corriente relativamente alta.
La prueba de concepto eléctrica involucró: (i) tanto una prueba de corriente constante en la que múltiples conductores revestidos planos se probaron al aire libre con sus temperaturas como salida; como (ii) pruebas de temperatura constante que implican probar múltiples revestimientos diferentes a la misma temperatura, pero con la potencia necesaria para calentar cada uno como salida.
Capa reflectante solar
El análisis espectral UV-VIS-NIR de una capa reflectante solar fue realizado por un tercero utilizando un espectrómetro JASCO (RTM) V670 UV-VIS-NIR con accesorio de esfera integradora ISN-723. Un accesorio de esfera integradora permitió recoger radiación difusa (alrededor de 180°) reflejada por la muestra. El análisis se realizó en modo de reflectancia, con reflectancia especular excluida. Se recogió un espectro de cada lado de la muestra. La muestra también se giró 90° alrededor del haz incidente para el análisis del segundo lado. Esto debería tener baja absorbancia a lo largo del espectro solar (0,3-2,5 pm). El conductor modificado demuestra esto.
La figura 6 muestra los espectros de absorbancia o reflectividad UV-VIS-NIR de una capa reflectante solar de acuerdo con una realización de la presente invención. Los espectros de absorbancia o reflectividad demuestran que más del 90 % de la energía solar no se absorbe, lo que promueve el enfriamiento bajo la luz solar directa. En particular, la reflectividad se reduce hacia 2,5 pm, lo que es ventajoso para no impedir o interferir con la emisión térmica de radiación infrarroja en el intervalo de longitud de onda de 2,5-30,0 pm. La capa reflectante solar particular que se probó con referencia a la figura 6 comprendía un revestimiento de silicato reflectante/emisivo de una sola capa de acuerdo con una realización preferida.
La figura 7 muestra el espectro solar a modo de comparación con la figura 6. El espectro solar en la parte superior de la atmósfera se corresponde en términos generales con un espectro de cuerpo negro de 5250 °C. La radiación solar a nivel del mar muestra varias bandas de absorción debido a la absorción por moléculas de O2 , H2O y CO2. Prueba de concepto eléctrica de corriente constante
Diseño de plataforma y método experimental
Se realizaron pruebas adicionales para demostrar que un revestimiento modificado 401 de acuerdo con una realización preferida de la presente invención funciona para reducir la temperatura de funcionamiento de un conductor eléctrico. Se conectó en serie una serie de conductores que comprendía varias longitudes de conductor plano de aluminio de la asignación 1350 y se probó con al menos uno de los conductores sin revestimiento.
La superficie superior de cada uno de los conductores se expuso a la atmósfera mientras que la superficie inferior de los conductores se aisló térmicamente al adherirse a un tablero de espuma CELOTEX (RTM). Luego se aplicó corriente CC a los conductores que luego se calentaron debido al efecto Joule. Se tomaron medidas de temperatura de los conductores revestidos y sin revestir para demostrar la eficacia del revestimiento de una sola capa 401 de acuerdo con una realización preferida de la presente invención en términos de reducción de la temperatura de un conductor de aluminio 400. Los sensores se montaron detrás de los conductores y se ubicaron entre los conductores y el aislamiento para reducir las influencias de malas conexiones térmicas que, de otro modo, podrían introducir errores si se conectaran al lado directamente expuesto a la radiación solar.
Se diseñaron y optimizaron iterativamente varios equipos para eliminar la posibilidad de que las mediciones de rendimiento se deban a artefactos del diseño experimental. Se deseaba explorar el desempeño de diferentes revestimientos cuando se exponen a la luz solar y la convección natural, ya que estas condiciones ambientales representan las condiciones de funcionamiento del producto final.
Como no existen estándares para las pruebas de corriente constante en un entorno externo, se diseñó un nuevo equipo especialmente diseñado para realizar pruebas al aire libre. Cuando se realizan pruebas al aire libre y bajo la luz solar y se utilizan termopares montados en una superficie aislada para medir la temperatura, pueden surgir varios problemas. Los termopares pueden introducir una irregularidad óptica en la superficie del conductor. También, se puede formar un gradiente de temperatura desde la superficie del conductor al aire, donde pequeñas desviaciones en la distancia del termopar al conductor pueden conducir a grandes diferencias en la precisión de medición de temperatura entre los termopares.
A su vez, se diseñó un equipo de pruebas que aislaba térmicamente los termopares por igual y que minimizaba las diferencias de potencial en los gradientes térmicos entre los sensores y los conductores. Una pieza de aislamiento CELOTEX (RTM), con unas dimensiones de 50 x 450 x 600 mm se utilizó como base para el equipo de pruebas. CELOTEX (RTM) tiene una conductividad térmica más baja que el aire y puede funcionar a las temperaturas más altas requeridas para la prueba de corriente constante. Se taladraron agujeros en la parte trasera del aislamiento CELOTEX (RTM) y se enroscaron sensores termopares a través de la superficie. Luego se tiraron unos pocos milímetros del cable del sensor, lo que permitió que el sensor quedara paralelo a la superficie de CELOTEX (RTM). Los sensores de los termopares se mantuvieron eléctricamente aislados de las tiras reactivas mediante una cinta adhesiva de doble cara para altas temperaturas de 0,1 mm de espesor que se colocó en la parte superior para asegurar que los termopares quedaran dentro de 1 mm de la línea central del conductor. Luego, los conductores de aluminio se colocaron encima de los sensores para que los termopares quedaran ocultos entre el CELOTEX (RTM) y el conductor de aluminio, minimizando así la posibilidad de que existan gradientes térmicos entre los sensores y los conductores. El número de conexiones entre los conductores y la fuente de alimentación se minimizó al utilizar una sola pieza de conductor que se cortó en forma ondulada o de serpentina, como se muestra en la figura 8.
La figura 8 muestra un conductor de prueba de aluminio con varias dimensiones indicadas. El conductor se dispuso para comprender diez filas, de las cuales las dos exteriores se usaron para hacer conexiones eléctricas y las ocho interiores para pruebas de revestimiento. El conductor en forma de ondas o de serpentina se colocó entonces encima de los sensores y se aseguró debajo usando cinta térmicamente estable de doble cara. El conductor de aluminio comprendía aleación 1350 y tenía un espesor de 0,7 mm. El punto de transición de un tipo de revestimiento a otro se dispuso para estar a mitad de camino a través de las partes de la curva de conexión semicircular.
Pruebas de temperatura hasta 100 °C
Se probaron cuatro tiras conductoras diferentes, en concreto: (i) un conductor (de control) de aluminio brillante sin revestimiento; (ii) un conductor que tiene un revestimiento emisivo gris que comprende 10 % en peso de carburo de silicio en un aglomerante de caucho de silicona curado por condensación; (iii) un conductor que tiene un revestimiento emisivo negro que comprende una capa de negro de carbono que comprende 1 % en peso de negro de carbono en acetona; y (iv) un conductor 400 de acuerdo con una realización preferida que comprende una primera capa o una sola capa 401 que comprende un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprendía > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TiO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm.
Las muestras se probaron al aire libre en condiciones de poco viento con niveles de radiación solar superiores a 800 W/m2. Se probaron dos intervalos de temperatura nominal. Una fuente de alimentación de CC de baja tensión que comprende baterías de 1,5 V que suministran corrientes de hasta 100 A se conectó continuamente al equipo de prueba, lo que resultó en un aumento de la temperatura de los conductores a una temperatura de aprox. 0-100 °C por encima de la temperatura ambiente. La temperatura ambiente era típicamente de 20 °C, pero en el intervalo de 10-30 °C.
Se calcularon las temperaturas medias para cada uno de los revestimientos en el punto máximo. Las condiciones ambientales clave fueron: (i) 10-30 °C de temperatura ambiente; (ii) poco viento (escala de Beaufort típicamente 2­ 3); y (iii) > 800 W/m2 irradiación solar perpendicular.
Los resultados se muestran en la figura 9, que muestra las temperaturas medias de los diferentes conductores durante el periodo pico. A estas temperaturas, es evidente que un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención es particularmente ventajoso. Los datos de la prueba empírica son consistentes con los valores calculados mostrados y descritos anteriormente con referencia a la Tabla 1. Por consiguiente, los datos de prueba demuestran los importantes beneficios de rendimiento que resultan del aumento de la reflectividad solar en presencia de la luz solar utilizando un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención.
Pruebas de temperatura hasta 250 °C
Se probaron tres tiras conductoras diferentes, en concreto: (i) un conductor (de control) de aluminio brillante sin revestimiento; (ii) un conductor que tiene un revestimiento emisivo negro que comprende una capa de negro de carbono que comprende 1 % en peso de negro de carbono en acetona; (iii) un conductor de acuerdo con una realización preferida que tiene un revestimiento blanco que incluye un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TiO2) que tiene un tamaño de partícula promedio <100 nm.
Las muestras se probaron al aire libre en condiciones de poco viento. Se utilizó una batería de plomo ácido de 6 V con una capacidad nominal de 70 AH. La batería se cortocircuito con cables auxiliares para calentar la tira hasta unos 250 °C. La corriente se fijó entre 100 y 150 A y se conectó de forma continua al equipo de pruebas, lo que provocó que la temperatura de los conductores aumentara de tal forma que el conductor de control sin revestimiento alcanzó una temperatura media de 249,5 °C.
Se calcularon las temperaturas medias para cada uno de los revestimientos en el punto máximo.
Los resultados se muestran en la figura 10, que muestra las temperaturas medias de los diferentes conductores durante el periodo pico. A estas temperaturas elevadas, es evidente de nuevo que un conductor revestido de una sola capa de acuerdo con una realización preferida de la presente invención es particularmente ventajoso. En particular, los resultados de la prueba muestran que, en comparación con el conductor de control, el revestimiento de una sola capa proporciona un efecto reductor de temperatura de 55,4 °C, lo que representa una ventaja de rendimiento muy significativa.
Recubrimientos fotónicos autolimpiantes para aumentar la capacidad de los conductores aéreos
La presente invención se refiere particularmente a la inclusión de un agente fotocatalítico en el revestimiento 401 proporcionado en un conductor aéreo 400 para hacer que el revestimiento sea autolimpiante. En particular, debe entenderse que el revestimiento es autolimpiante en el sentido de que, cuando el agente fotocatalítico se excita con luz ultravioleta ("UV"), entonces el agente fotocatalítico crea preferiblemente radicales de hidroxilo (OH') y superóxido (O2-) que descomponen preferiblemente la materia orgánica superficial que puede haberse acumulado en el conductor aéreo en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
El revestimiento 401 dispuesto sobre el conductor aéreo 400 de acuerdo con la realización preferida es preferiblemente blanco (o menos preferiblemente se puede considerar que tiene un alto grado de blancura). De acuerdo con la realización preferida, el blanco puede definirse como L* > 80.
A continuación, se expondrán en mayor detalle dos realizaciones particularmente preferidas, en concreto: (i) una única capa inorgánica 401 formada a partir de un kit de dos partes; y (ii) una única capa inorgánica 401 formada a partir de un kit de una pieza.
La modificación de la superficie ha surgido recientemente como un método rentable para aumentar el rendimiento de los conductores aéreos. Estos funcionan optimizando la superficie externa del conductor aéreo en términos de su reflectividad solar y emisividad térmica. Tener valores altos (por ejemplo, > 0,9) tanto para la reflectividad solar (R) como para la emisividad térmica (E) promueve un efecto de enfriamiento significativo en los conductores aéreos.
Esta reducción de la temperatura de funcionamiento reduce la resistencia del conductor y aumenta la capacidad de carga de corriente.
Se han propuesto varias soluciones basadas en revestimientos para lograr esto. Por ejemplo, se sabe que varios revestimientos de base orgánica e inorgánica reducen la temperatura de funcionamiento de las líneas aéreas.
Sin embargo, los revestimientos conocidos son predominantemente no blancos. Asimismo, un problema conocido con los conductores blancos es que sufren decoloración con el tiempo.
Los expertos en la materia apreciarán que los productos de revestimiento blanco convencionales de una sola capa (o monocapa) acumularán suciedad e invariablemente se oscurecerán con el tiempo a medida que se exponen a contaminantes ambientales.
Como tal, hay un énfasis particular en las disposiciones convencionales en cuanto a promover la emisividad térmica, lo que a su vez aumenta la capacidad de absorción solar. Como los conductores aéreos pueden funcionar por encima de los 90 °C, este enfoque da como resultado un efecto de enfriamiento neto.
Sin embargo, de acuerdo con la presente invención, también se maximiza la reflectividad solar (R), lo que ventajosamente puede aumentar la potencia de refrigeración.
De este modo, existen beneficios de rendimiento sustanciales al proporcionar un revestimiento altamente reflectante y altamente emisivo para un conductor de una manera de acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención.
Por el contrario, las disposiciones convencionales, como las descritas, por ejemplo, en los documentos FR-2971617 (Nexan) y WO 2007/034248 (Simic), se consideran ineficaces desde una perspectiva comercial debido a la propensión de los revestimientos blancos a oscurecerse y decolorarse con el tiempo.
El oscurecimiento progresivo de los revestimientos inicialmente blancos durante un periodo de tiempo hace que los revestimientos blancos convencionales sean una solución exclusiva para los conductores aéreos, ya que los operadores de red deben poder calificar térmicamente sus líneas con confianza de acuerdo con niveles estables de reflectividad solar y emisividad térmica.
De este modo, los usuarios finales y los operadores de red deben planificar de acuerdo con una reflectancia solar envejecida, no la reflectancia solar nueva o inicial. Se apreciará que las caídas significativas y variables en la reflectancia solar no son prácticas desde la perspectiva de los operadores de red que necesitan poder clasificar térmicamente sus líneas aéreas.
En teoría, la resistencia a la suciedad de una línea de distribución o de energía podría incrementarse mediante el uso de un revestimiento que tuviera un aditivo como la sílice coloidal (SO2). Sin embargo, se ha demostrado que el uso de dichos aditivos da como resultado una reducción de hasta un 20 % en la reflectancia solar.
La superficie del conductor también se puede lavar con un chorro de agua de alta potencia. Sin embargo, una persona experta en la materia entenderá que esto no es práctico desde un punto de vista comercial, de seguridad y de coste, especialmente cuando se considera que la línea de distribución o energía será una línea aérea de alta tensión.
Inmediatamente se reconocerá como ventajosa la provisión de un revestimiento que tenga un agente fotocatalítico de acuerdo con la presente invención que proporcione un efecto de autolimpieza.
Una ventaja particular de incorporar un fotocatalizador autolimpiante en el revestimiento de acuerdo con la presente invención es la capacidad de proporcionar un revestimiento blanco duradero que requiere poco o ningún mantenimiento a lo largo del tiempo. De acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención, el revestimiento (blanco) mantendrá un alto grado de blancura (es decir, L* > 80) durante un periodo de tiempo sustancialmente más largo que los revestimientos blancos convencionales. De acuerdo con una realización, el revestimiento puede permanecer blanco con un L* > 80 durante un periodo de tiempo indefinido cuando se somete a niveles estándar de contaminación del aire.
De acuerdo con diversas realizaciones, las capacidades de autolimpieza se integran preferiblemente en una monocapa reflectante blanca.
Los revestimientos autolimpiantes pueden tener una serie de mecanismos operativos. De acuerdo con diversas realizaciones, el revestimiento puede ser simultáneamente: (i) antiestático, reduciendo así la capacidad de las partículas para adherirse a la superficie; (ii) superhidrófilo, reduciendo así el ángulo de contacto con el agua del agua superficial, actuando así para recoger y limpiar la materia particulada de la superficie de manera más eficaz en presencia de agua atmosférica; y (iii) fotocatalítico.
De acuerdo con una realización particularmente preferida, el dióxido de titanio anatasa (TÍO2) puede utilizarse como agente fotocatalítico. El dióxido de titanio anatasa (TiO2) es un semiconductor con una banda prohibida de 3,2 eV, que, cuando se excita con la luz ultravioleta, crea radicales de hidroxilo (OH-) y superóxido (O2") que actúan preferiblemente para descomponer la materia orgánica superficial acumulada en el revestimiento en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O).
Capa única inorgánica formada a partir de un kit de dos partes
Se puede formar un revestimiento fotónico blanco autolimpiante de acuerdo con una realización de la presente invención mezclando dos partes de un kit.
La composición de dos partes puede comprender una primera composición (parte A) que comprende: (i) un aglutinante de revestimiento 50-70 % en peso (de la parte A); (ii) opcionalmente nanosílice ("nS") 2-5 % en peso (de la parte A); (iii) opcionalmente, uno o más pigmentos ópticamente activos, por ejemplo, dióxido de titanio rutilo (TO2) 10-20 % en peso (de la parte A); (iv) un fotocatalítico, por ejemplo, dióxido de titanio anatasa (TO2) 1,76 %-2,75 % en peso (de la parte A); (v) opcionalmente cargas inertes 10-20 % en peso (de la parte A); y (vi) opcionalmente cocurativos a base de zinc de 0,4-1 % en peso (de la parte A).
La composición de dos partes comprende preferiblemente una segunda composición (parte B) que comprende: (i) agua 50-70 % en peso (de la parte B); (ii) opcionalmente un modificador reológico de 0,3-1 % en peso (de la parte B); (iii) opcionalmente co-curativos a base de magnesio de 10-15 % en peso (de la parte B); (iv) opcionalmente cocurativo a base de zinc de 1-3 % en peso (de la parte B); y (v) opcionalmente una emulsión acuosa de 7-15 % en peso (de la parte B).
Aglutinante de revestimiento
Dado que el agente fotocatalítico realiza preferiblemente una función de autolimpieza por oxidación de materiales orgánicos, los aglutinantes orgánicos preferiblemente no se usan para este propósito, al menos no en un grado significativo. Como tal, el aglutinante comprende preferiblemente un aglutinante inorgánico o un aglutinante sustancialmente inorgánico.
De acuerdo con una realización particularmente preferida, el aglutinante puede comprender un aglutinante de silicato de metal alcalino o alcalino y el aglutinante puede ser a base de agua. Por ejemplo, el silicato de metal alcalino (o alcalino) comprende preferiblemente silicato de potasio (K2SO3). Como alternativa, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de sodio. El silicato de sodio puede comprender metasilicato de sodio (Na2SiO3), ortosilicato de sodio (Na4SiO4) o pirosilicato de sodio (Na6Si2Oz).
De acuerdo con una realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de litio (Li2SiO3). De acuerdo con otra realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de calcio (Ca2SiO4) u ortosilicato de calcio.
De acuerdo con otra realización, el silicato de metal alcalino (o alcalino) puede comprender silicato de magnesio y aluminio (AlMgSiO4).
Nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2)
La nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2) puede añadirse para aumentar la relación Si:metal alcalino y, por lo tanto, aumentar la polimerización de un revestimiento de acuerdo con una realización preferida. El revestimiento resultante puede comprender un polímero de siloxano. La nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SiO2) puede aumentar la resistencia a la abrasión y la adhesión del silicato al aluminio. Además, la adición de nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SiO2) preferiblemente aumenta aún más la emisividad inherente del aglutinante de silicato, mejorando aún más el efecto de enfriamiento.
Polímeros de siloxano (silicona)
De acuerdo con diversas realizaciones de la presente invención, se puede formar un revestimiento de una sola capa que puede comprender, al menos parcialmente, un polímero de siloxano (silicona).
A modo de referencia, la estructura química de varios siloxanos diferentes se muestra a continuación en la Tabla 5:
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continuación
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Tabla 5
Aditivo de emulsión y/o reológico
Para mejorar las propiedades reológicas, la flexibilidad y la aplicabilidad del revestimiento, se puede añadir opcionalmente al revestimiento un aditivo de emulsión y/o un aditivo reológico. De acuerdo con una realización polidimetilsiloxano acuoso ("PDMS") ((C2H6OSi)n) de 40-50 % de sólidos se puede utilizar como aditivo para el revestimiento. Aunque el polidimetilsiloxano ("PDMS") ((C2H6OSi)n) es orgánico, el bloque de construcción principal está basado en siloxano, que no es oxidado por los agentes fotocatalíticos del revestimiento. En cualquier caso, el aditivo de emulsión y/o el aditivo reológico comprenden preferiblemente menos del 5 % del peso de la película seca. Pigmentos fotocatalíticamente activos
De acuerdo con una realización particularmente preferida, se incluye preferiblemente un agente fotocatalítico en el revestimiento del conductor.
De acuerdo con una realización preferida, el agente fotocatalítico puede comprender > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TiO2) que tiene, además, preferiblemente, un tamaño de partícula promedio < 100 nm.
El agente fotocatalítico preferiblemente da como resultado la conversión fotocatalítica de la materia orgánica que se puede haber adherido al revestimiento provisto en el conductor. En particular, cuando el dióxido de titanio anatasa (TiO2) es excitado por la luz ultravioleta, crea radicales de hidroxilo (OH') y superóxido (O2') que preferiblemente descomponen la materia orgánica superficial en dióxido de carbono (Co2) y agua (H2O).
De acuerdo con una realización, el agente fotocatalítico puede comprender una forma comercialmente disponible de dióxido de titanio (TO2) conocida como DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 o AEROXIDE (RTM) TiO2 P25.
El dióxido de titanio DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 (TO2) es una forma en polvo de dióxido de titanio (TO2). Las propiedades del dióxido de titanio P25 (TO2) han sido investigados en detalle y se hace referencia al Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry, 216(2-3): 179-182, que se refiere a la forma en polvo de dióxido de titanio (TiO2) como compuesto por una mezcla de anatasa, rutilo y dióxido de titanio amorfo (TO2) en la proporción anatasa:rutilo:amorfo 78:14:8.
Cabe señalar que a menudo (incorrectamente) se informa de que el dióxido de titanio (TO2) DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 comprende 70:30, 80:20 u 85:15 anatasa:cristalitos de rutilo. En consecuencia, la presencia de la forma amorfa de dióxido de titanio (TO2) en Dióxido de titanio P25 (TO2) DEGUSSA (EVONIK) (RtM) parece ignorarse a menudo (incorrectamente).
Se ha informado de que el tamaño de partícula promedio ("tpp") del dióxido de titanio anatasa (TO2) en DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 es de aproximadamente 85 nm y el tamaño de partícula promedio ("tpp") de dióxido de titanio rutilo (TiO2) en DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 es de aproximadamente 25 nm.
El dióxido de titanio (TO2) puede usarse como fotocatalizador para la descomposición de contaminantes orgánicos porque es químicamente estable y biológicamente benigno. La banda prohibida del dióxido de titanio (TiO2) es mayor que 3 eV (~3,0 para rutilo y ~3,2 para anatasa), lo que produce dióxido de titanio puro (TO2) principalmente activo para la luz ultravioleta.
Se cree que la mezcla de fase específica de diferentes polimorfos de dióxido de titanio (TO2) como están presentes en DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25 tiene un efecto sinérgico y se observa una mayor actividad fotocatalítica en comparación con las fases puras (es decir, en relación con el dióxido de titanio rutilo puro (TiO2) o al dióxido de titanio anatasa puro (TiO2)).
También se acepta generalmente que el dióxido de titanio anatasa puro (TiO2) exhibe una actividad fotocatalítica más alta que el dióxido de titanio rutilo puro (TO2).
Se sabe que el dióxido de titanio anatasa (TiO2) tiene una banda prohibida más grande que el dióxido de titanio rutilo (TiO2). Si bien esto reduce la luz que puede ser absorbida, puede elevar el máximo de la banda de valencia a niveles de energía más altos en relación con los potenciales redox de las moléculas adsorbidas. En consecuencia, el poder de oxidación de los electrones puede aumentar y la transferencia de electrones puede facilitarse desde el dióxido de titanio (TiO2) a las moléculas adsorbidas.
Pigmentos ópticamente activos
Dependiendo de la composición, el revestimiento puede comprender además pigmentos no fotocatalíticos. Los pigmentos son preferiblemente de color blanco. De acuerdo con una realización particularmente preferida, el revestimiento puede disponerse para tener más del 90 % de reflectividad solar total. Esto puede lograrse en parte incluyendo pigmentos ópticamente activos en el revestimiento que preferiblemente promuevan la reflectancia solar sin aumentar la absorción de la luz visible.
Los pigmentos ópticamente activos pueden incluir dióxido de titanio rutilo (TO2).
De acuerdo con otras realizaciones, el pigmento ópticamente activo puede comprender dióxido de silicio (SiO2) o hidróxido de cerio (Ce(OH)3).
Cargas
Se puede incluir una carga inorgánica para una serie de propósitos, incluida la extensión del pigmento y el aumento de la emisividad térmica. Los pigmentos preferiblemente no aumentan la absorción de la radiación solar. De acuerdo con varias realizaciones, la carga puede comprender carbonato de calcio (CaCO3), caolín calcinado (AbO3.2SiO2) o talco (por ejemplo, silicato de magnesio hidratado (H2magnesio3(SiO3)4 o magnesio3Si4O10(OH)2)).
De acuerdo con otra realización, se puede usar una carga con un alto brillo, tal como aluminosilicato de sodio para aumentar la reflectividad solar total.
Agente de curado: sales metálicas co-curativas
De acuerdo con diversas realizaciones, el revestimiento puede comprender una sal metálica. En particular, cationes de metales polivalentes, como Zn2+, Ca2+ y Mg2+ pueden aumentar la viscosidad de los revestimientos de silicato de metal alcalino (y revestimientos de siloxano) y disminuir el tiempo de curado. Estos se pueden agregar para hacer una solución de dos partes. La solubilidad de la sal metálica añadida determina la vida útil del revestimiento. Por ejemplo, las sales metálicas altamente solubles como el sulfato de magnesio (MgSO4) reaccionarán rápidamente con el revestimiento de silicato de metal alcalino (o revestimiento de siloxano) y reducirán sustancialmente la vida útil. Las sales preferidas incluyen óxido de zinc (ZnO), estearato de zinc (C36H70O4Zn), ortofosfato de trimagnesio (Mg3O8P2), óxido de magnesio (MgO) y carbonato de magnesio (MgCO3).
La referencia a la "vida útil" del revestimiento debe entenderse en el sentido convencional de sistemas de revestimiento de dos componentes o de varios componentes que curan a través de una reacción química. Estos sistemas generalmente consisten en un componente base (a menudo llamado "Parte A") y un componente catalizador o endurecedor (a menudo llamado "Parte B"). Cuando estos componentes se mezclan, comienza una reacción química que conducirá al curado del revestimiento. En términos prácticos, el término "vida útil" puede considerarse como el tiempo desde la combinación de los componentes del revestimiento hasta el punto en el que el revestimiento mezclado ya no se puede utilizar. La vida útil se considera comúnmente como el periodo de tiempo que un sistema de revestimiento mixto (catalizado) retiene una viscosidad lo suficientemente baja como para aplicarse a una superficie (aunque esto no es estrictamente cierto).
Estos materiales se pueden combinar para hacer un revestimiento de silicato de dos partes con propiedades de autolimpieza que se adhiere fuertemente al aluminio y brinda la suficiente flexibilidad requerida para ser aplicado en conductores que se envuelven alrededor de tambores cilíndricos. El co-curativo a base de zinc es importante tanto en la parte A como en la parte B para permitir un curado rápido y la formación de películas insolubles. La siguiente sección demuestra cómo se comparan los ritmos de autolimpieza con la acumulación de suciedad en superficies blancas.
Ritmos de autolimpieza frente a la deposición de carbono elemental
Cuando el carbono negro (BC) se deposita sobre una superficie blanca, absorberá fuertemente la luz incidente, disminuirá la reflectancia solar y degradará la apariencia estética. Este aumento en la absorbancia da como resultado un aumento en la temperatura de la superficie, lo que significa una reducción en el poder de enfriamiento de dichos revestimientos fotónicos. Para mantener la potencia de enfriamiento en este escenario, será necesario eliminar el carbono negro.
Los conductores de acuerdo con diversas realizaciones pueden ensuciarse con materia particulada (PM) tal como hollín, que es un carbono elemental (EC). Un método simple y no destructivo para medir la cantidad de carbono elemental en una superficie es medir su blancura (L*) en relación con su estado limpio, en donde L* = 0 es el negro más oscuro y L* = 100 es el blanco más brillante.
Se entenderá que midiendo L* es posible estimar lo limpia que está una superficie. También es posible predecir el rendimiento de un revestimiento autolimpiante fotocatalítico en varios lugares del mundo y evaluar su eficacia como método para mantener la reflectividad solar.
Metodología
Se compararán dos métricas para evaluar la efectividad de una capa de dióxido de titanio fotocatalítico (TiO2), en concreto: (i) la cantidad de tiempo necesario para 8 |jg cm-2 de carbono negro para acumularse en la superficie del revestimiento; y (ii) la cantidad de tiempo necesario para limpiar 8 jg cm-2 de carbono negro de la superficie.
El revestimiento que se está analizando es un revestimiento de silicato blanco con una concentración de fotocatalítico fijada al 1,6 % en peso.
El tiempo necesario para 8 jg cm-2 de carbono negro que se acumula en la superficie depende de la concentración promedio de carbono negro en la atmósfera y la velocidad de deposición de las partículas.
La velocidad de deposición se rige por el diámetro equivalente aerodinámico ("dea") de la partícula. El carbono negro es un carbono elemental (EC) y está alojado principalmente en PM2,5.
PM2,5 son un grupo de partículas que tienen un diámetro equivalente aerodinámico ("dea") < 2,5 jm y la velocidad de deposición correspondiente para partículas de este tamaño es 1,89X10-4 ms-1.
La concentración promedio de carbono negro en la atmósfera puede cambiar rápidamente en un área pequeña con concentraciones que alcanzan su punto máximo junto a carreteras muy transitadas y áreas industriales.
La concentración también varía ampliamente con la hora del día, la temperatura y la humedad. Los datos que se utilizan a continuación se toman como un promedio anual y, cuando es posible, en varios sitios de la ciudad/país. La concentración de carbono negro en Singapur, Delhi, Londres y Gante se encuentran en la literatura.
Las otras concentraciones de carbono negro a las que se hace referencia a continuación se estimaron a partir de concentraciones de PM2,5 combinadas con datos recopilados por la red de partículas de superficie ("SPARTAN"). SPARTAN recopila datos sobre la composición de PM2,5 en diferentes entornos de todo el mundo utilizando un filtro de muestreo (TEFLON (RTM) y NUCLEPORE (RTM)) y un nefelómetro.
De acuerdo con los datos de SPARTAN, la fracción promedio de carbono negro en PM2,5 fue de 11,9 % (± 8,2 %). Se estableció un ritmo de deposición y luego se amplió para obtener un tiempo total para la acumulación de 8 jg cm-2 de carbono negro.
La concentración de carbono negro en la atmósfera está fuertemente relacionada con la industria y la densidad del tráfico de automóviles más que con la ubicación, por lo que se puede adoptar un enfoque más generalizado de este problema y se han calculado las siguientes estimaciones: (i) rural 1,2-1,7 jg m-3; (ii) ciudades pequeñas 2,4­ 3,0 jg m-3; y (iii) grandes ciudades 4,6-7,9 jg m-3.
Para una concentración de dióxido de titanio fotocatalítico (TO2) fija, el tiempo necesario para limpiar 8 jg cm-2 de carbono negro depende principalmente de la intensidad de la incidencia de la luz en la superficie, ya que esto impulsa el proceso fotocatalítico.
La intensidad de la luz variará de un lugar a otro. La radiación solar total acumulada en una superficie horizontal por año natural para cada una de las ubicaciones se obtuvo del proyecto NASA POWER (Predicción de los recursos energéticos mundiales). Estos datos fueron un promedio de los últimos 10 años cuando los datos lo permitieron. En el caso de los países, la cifra de radiación solar total acumulada se obtuvo promediando los datos solares de cada ciudad importante del país.
Los datos de radiación solar acumulados se usaron luego para calcular un ritmo de recuperación de la superficie, que es una estimación del ritmo al que se recupera la blancura de la superficie (L*) por la limpieza fotocatalítica por día. Esto se hizo multiplicando la insolación solar media en cada lugar con un factor escalar, denominado factor de automantenimiento efectivo ("SM"). El factor de automantenimiento ("SM") es un factor escalar que representa el cambio de color total (L*) en 8 |jg cm-2 de carbono negro normalizado por la irradiación solar total correspondiente (es decir, el producto de la intensidad solar y la duración de la irradiación) en el entorno de estudio. Para 1,6 % en peso de dióxido de titanio fotocatalítico (TiÜ2) con una carga de carbono negro de 8 jg cm-2 se descubrió que el factor de automantenimiento era 1,9 x 10-4 m2h-1W-1.
A continuación, se utilizó el ritmo de recuperación de la superficie para calcular el número total de días necesarios para recuperar completamente la blancura de la superficie (L*) perdida por una superficie ensuciada con 8 jg cm-2 de carbono negro.
Para 1,6 % en peso de dióxido de titanio (TiCh) se descubrió que la pérdida de L* era de 11,2.
Resultados
Tabla 6
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Para las localidades evaluadas, el tiempo promedio de recuperación de la superficie es aproximadamente 100 veces más rápido que el ritmo de deposición de 8 jg cm-2 de carbono negro.
En consecuencia, 1,6 % en peso de óxido de titanio fotocatalítico (TiO2) en silicato actuará como una capa autolimpiante muy eficaz para las condiciones estándar a las que es probable que se enfrenten los revestimientos. Ejemplo no fotocatalítico 1A
El siguiente ejemplo se refiere a una composición de revestimiento base no fotocatalítica.
Se fabricó un revestimiento fotónico inorgánico a base de agua de dos partes que comprende una primera composición (parte A) y una segunda composición (parte B).
La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETCLIN (RTM) K35, Wollner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 ppp; (ii) dióxido de titanio de rutilo (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio de 500 nm 20 ppp; (iii) caolín calcinado (AbC3.2 SiC2) 7,4 ppp; (iv) talco (por ejemplo, silicato de magnesio hidratado (H2Mg3(SiO3)4 o Mg3Si4C10(CH)2)) 9,6 ppp; (v) estearato de zinc (C36H70C4Zn) 0,3 ppp; y (vi) óxido de zinc (ZnC) 0 , 2 ppp.
La segunda composición (parte B) comprendía: (i) agua 56,7 ppp; (ii) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3CsP2) 9,4 ppp; (iv) carbonato de magnesio (MgCO2) 6 ppp; y (v) óxido de zinc (ZnC) 2,3 ppp.
Se entenderá que "ppp" se refiere a "partes en peso" y se puede utilizar para indicar la proporción relativa de componentes que se incluirán en cada composición.
Los reactivos se mezclaron en ese orden en dos vasos de precipitados separados. Estos se mezclaron luego en una proporción de 1 : 1 y se mezclaron con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
Cabe señalar que este ejemplo no es fotocatalíticamente activo, ya que no se incluyeron nanopartículas fotocatalíticamente activas en esta formulación.
Sin embargo, como una formulación basada, se realizaron las siguientes pruebas: (i) acabado de revestimiento; (ii) prueba de flexión del mandril; y (iii) acabado del revestimiento. Los resultados se presentan en la Tabla 7 que figura a continuación.
Ejemplo no fotocatalítico 1B
El siguiente ejemplo se refiere a una composición de revestimiento base no fotocatalítica.
Se fabricó un revestimiento fotónico inorgánico a base de agua de dos partes que comprende una primera composición (parte A) y una segunda composición (parte B).
La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETOLIN (RTM) K35, Wollner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 ppp; (ii) dióxido de titanio de rutilo (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio de 500 nm 20 ppp; (iii) caolín calcinado (AbO3.2 SiO2) 7,4 ppp; (iv) talco (por ejemplo, silicato de magnesio hidratado (H2Mg3(SiO3)4 o Mg3Si4Oio(OH)2)) 9,6 ppp; (v) estearato de zinc (C36H7oO4Zn) 0,3 ppp; y (vi) óxido de zinc (ZnO) 0 , 2 ppp.
La segunda composición (parte B) comprendía: (i) agua 56,7 ppp; (ii) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3O8P2) 9,4 ppp; (iv) carbonato de magnesio (MgCO2) 6 ppp; (v) óxido de zinc (ZnO) 2.3 ppp; y (vi) aditivo de emulsión de látex acrílico con 40 % de sólidos, 3,5 ppp.
Los reactivos se mezclaron en ese orden en dos vasos de precipitados separados. Estos se mezclaron luego en una proporción de 1 : 1 y se mezclaron con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
Cabe señalar que este ejemplo no es fotocatalíticamente activo, ya que no se incluyeron nanopartículas fotocatalíticamente activas en esta formulación.
Sin embargo, como una formulación basada, se realizaron las siguientes pruebas: (i) acabado de revestimiento; (ii) prueba de flexión del mandril; y (iii) acabado del revestimiento. Los resultados se presentan en la Tabla 7 que figura a continuación.
Ejemplo no fotocatalítico 1C
El siguiente ejemplo se refiere a una composición de revestimiento base no fotocatalítica.
Se fabricó un revestimiento fotónico inorgánico a base de agua de dos partes que comprende una primera composición (parte A) y una segunda composición (parte B).
La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETOLIN (RTM) K35, Wollner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 ppp; (ii) dióxido de titanio de rutilo (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio de 500 nm 20 ppp; (iii) caolín calcinado (AbO3.2 SiO2) 7,4 ppp; (iv) talco (por ejemplo, silicato de magnesio hidratado (H2Mg3(SiO3)4 o Mg3Si4O10(OH)2)) 9,6 ppp; (v) estearato de zinc (C36H70O4Zn) 0,3 ppp; (vi) óxido de zinc (ZnO) 0 , 2 ppp.
La segunda composición (parte B) comprendía: (i) agua 56,7 ppp; (ii) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3O8P2) 9,4 ppp; (iv) carbonato de magnesio (MgCO2) 6 ppp; (v) óxido de zinc (ZnO) 2.3 ppp; y (vi) aditivo de emulsión de látex acrílico con 40 % de sólidos, 7,55 ppp.
Los reactivos se mezclaron en ese orden en dos vasos de precipitados separados. Estos se mezclaron luego en una proporción de 1 : 1 y se mezclaron con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
Cabe señalar que este ejemplo no es fotocatalíticamente activo, ya que no se incluyeron nanopartículas fotocatalíticamente activas en esta formulación.
Sin embargo, como una formulación basada, se realizaron las siguientes pruebas: (i) acabado de revestimiento; (ii) prueba de flexión del mandril; y (iii) acabado del revestimiento. Los resultados se presentan en la Tabla 7 que figura a continuación.
Ejemplo no fotocatalítico 1D
El siguiente ejemplo se refiere a una composición de revestimiento base no fotocatalítica.
Se fabricó un revestimiento fotónico inorgánico a base de agua de dos partes que comprende una primera composición (parte A) y una segunda composición (parte B).
La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETOLIN (RTM) K35, Wollner GmbH, Ludwigshafe) 68,3 ppp; (ii) dióxido de titanio de rutilo (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio de 500 nm 20 ppp; (iii) caolín calcinado (AbO3.2 SiO2) 7,4 ppp; (iv) talco (por ejemplo, silicato de magnesio hidratado (H2Mg3(SiO3)4 o Mg3Si4Oio(OH)2)) 9,6 ppp; (v) estearato de zinc (C36H7oO4Zn) 0,3 ppp; y (vi) óxido de zinc (ZnO) 0 , 2 ppp.
La segunda composición (parte B) comprendía: (i) agua 56,7 ppp; (ii) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3OsP2) 9,4 ppp; (iv) carbonato de magnesio (MgCO2) 6 ppp; (v) óxido de zinc (ZnO) 2.3 ppp; y (vi) aditivo de emulsión de látex de 3,5 ppp de 40 % de sólidos de polidimetilsiloxano ("PDMS" (C2H6OSi)n).
Los reactivos se mezclaron en ese orden en dos vasos de precipitados separados. Estos se mezclaron luego en una proporción de 1 : 1 y se mezclaron con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
Cabe señalar que este ejemplo no es fotocatalíticamente activo, ya que no se incluyeron nanopartículas fotocatalíticamente activas en esta formulación.
Sin embargo, como una formulación basada, se realizaron las siguientes pruebas: (i) acabado de revestimiento; (ii) prueba de flexión del mandril; y (iii) acabado del revestimiento. Los resultados se presentan en la Tabla 7 que figura a continuación.
Ejemplo no fotocatalítico 1E
El siguiente ejemplo se refiere a una composición de revestimiento base no fotocatalítica.
Se fabricó un revestimiento fotónico inorgánico a base de agua de dos partes que comprende una primera composición (parte A) y una segunda composición (parte B).
La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETOLIN (RTM) K35, Wollner GmbH, Ludwigshafen) 68.3 ppp; (ii) dióxido de titanio de rutilo (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio de 500 nm 20 ppp; (iii) caolín calcinado (AbO3.2 SiO2) 7,4 ppp; (iv) talco (por ejemplo, silicato de magnesio hidratado (H2Mg3(SiO3)4 o Mg3Si4O10(OH)2)) 9,6 ppp; (v) estearato de zinc (C36H70O4Zn) 0,3 ppp; y (vi) óxido de zinc 0 , 2 ppp. La segunda composición (parte B) comprendía: (i) agua 56,7 ppp; (ii) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3OsP2) 9,4 ppp; (iv) carbonato de magnesio (MgCO2) 6 ppp; (v) óxido de zinc (ZnO) 2.3 ppp; y (vi) aditivo de emulsión de látex de 7,55 ppp de 40 % de sólidos de polidimetilsiloxano ("PDMS" (C2H6OSi)n).
Los reactivos se mezclaron en ese orden en dos vasos de precipitados separados. Estos se mezclaron luego en una proporción de 1 :1 y se mezclaron con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
Cabe señalar que este ejemplo no es fotocatalíticamente activo, ya que no se incluyeron nanopartículas fotocatalíticamente activas en esta formulación.
Sin embargo, como una formulación basada, se realizaron las siguientes pruebas: (i) acabado de revestimiento; (ii) prueba de flexión del mandril; y (iii) acabado del revestimiento. Los resultados se presentan en la Tabla 7 que figura a continuación.
Resultados: aplicación/aplicabilidad, adherencia y acabado/flexibilidad del revestimiento
Los ejemplos 1A-1E detallados anteriormente se sometieron a las siguientes pruebas.
Prueba de flexión del mandril: Las muestras se doblaron alrededor de un mandril cilíndrico de 6 mm. Si el revestimiento se agrietó y se desprendió de la muestra de aluminio, esto se contó como un fallo.
Prueba de adherencia de trama cruzada: La adhesión de las muestras al aluminio se probó con una prueba de adhesión de trama cruzada.
Acabado de revestimiento: La usabilidad general del revestimiento se calificó como "Insuficiente", "Aceptable" o "Aprobada" según el número de defectos de revestimiento y la facilidad de aplicación del revestimiento.
Tabla 7
Figure imgf000036_0001
Esto demuestra que, si bien los aditivos de látex acrílico pueden mejorar la reología y la facilidad de uso del revestimiento, generalmente vicia las propiedades mecánicas del revestimiento. Los aditivos de emulsión de PDMS ((C2H6OSi)n) deben reducirse al mínimo por debajo del 5 % en peso para garantizar que no haya un efecto significativo sobre la usabilidad o la flexibilidad.
Composiciones de revestimiento fotocatalítico
La sección anterior demostró que era factible obtener revestimientos flexibles con alta reflectancia solar para aluminio. La siguiente sección describe variantes de formulación para incorporar capacidades fotocatalíticas dentro de la capa de silicato de acuerdo con varias realizaciones de la presente invención.
Ejemplo inventivo 2
Se preparó un revestimiento a base de agua mezclando dos composiciones.
La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETOLIN (RTM) K35, Wollner GmbH, Ludwigshafen) 26 ppp; (ii) dióxido de titanio fotocatalítico (TO 2) (DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25) 15 ppp; (iii) sílice coloidal (SiO2) (LUd Ox (Rt M) SK, Grace GMBH and Co) 18 ppp; (iv) carbonato de calcio (CaCO3) 5 pm 30 ppp; (v) aluminiosilicato de sodio (AlNai2SiOs) 1,5 ppp; y (vi) estabilizador 1,5 ppp.
La segunda composición (Parte B) comprendía: (i) agua 70,4 ppp; (ii) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) carbonato de magnesio (MgCO2) 9,2 ppp; (iv) óxido de magnesio (MgO) 4,6 ppp; y (v) óxido de zinc (ZnO) 2 ppp. Los reactivos o composiciones se mezclaron en el orden indicado anteriormente en dos vasos de precipitados separados. El contenido de los dos vasos de precipitados se mezcló luego en una proporción de 1:1 y se mezcló con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
Ejemplo inventivo 3
Se preparó un revestimiento a base de agua mezclando dos composiciones.
La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETOLIN (RTM) K35, Wollner GmbH, Ludwigshafen) 2 6 ppp; (ii) dióxido de titanio fotocatalítico (TO 2) (DEGUSSA (EVONIK) (RTM) P25) 15 ppp; (iii) sílice coloidal (SiO2) (LUd Ox (Rt M) SK, Grace GMBH and Co) 18 ppp; (iv) caolín calcinado (AbO3.2 SiO2) 12 ppp; (v) talco (por ejemplo, silicato de magnesio hidratado (H2Mg3(SiO3)4 o M93SÍ4O1o(OH)2)) 18 ppp; (vi) aluminiosilicato de sodio (AlNa12SiO5) 1,5 partes en peso; y (vii) estabilizador 1,5 ppp.
La segunda composición (parte B) comprendía: (i) agua 70,4 ppp; (ii) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3OsP2) 9,2 ppp; (iv) carbonato de magnesio (MgCO2) 4,6 ppp; y (v) óxido de zinc (ZnO) 2 ppp.
Los reactivos o composiciones se mezclaron en el orden indicado anteriormente en dos vasos de precipitados separados. El contenido de los dos vasos de precipitados se mezcló luego en una proporción de 1:1 y se mezcló con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
En el Ejemplo 2 y el Ejemplo 3, la alta reflectividad solar se logra con volúmenes relativamente altos o % en peso de dióxido de titanio (TO2) (DeGUSSA (EVONIK) (RTM) P25) o equivalente y otros materiales de alto brillo, incluido el aluminosilicato de sodio (AlNa^SiOs). Estos ejemplos combinan las propiedades de revestimiento del Ejemplo 1A con propiedades fotocatalíticas para proporcionar un revestimiento duradero, autolimpiante para el enfriamiento de líneas aéreas. Una vez que se aplica el primer revestimiento o mezcla a un conductor eléctrico, el primer revestimiento o mezcla preferiblemente se deshidrata o se seca. De acuerdo con una realización preferida, el conductor y el revestimiento aplicado se curan preferiblemente térmicamente.
Anteriormente se han dado ejemplos de varias composiciones de dos partes. Sin embargo, de acuerdo con varias realizaciones adicionales de la presente invención, los componentes necesarios para proporcionar el primer revestimiento 401 pueden proporcionarse en una sola composición que se forma o se mezcla y luego se rocía o se aplica como pintura sobre el conductor 400. En consecuencia, aunque se puede preferir un kit de dos partes, no es esencial proporcionar los diversos componentes que forman el revestimiento de una sola capa en un kit de varias partes. En su lugar, todos los componentes pueden proporcionarse en una sola mezcla.
Revestimientos inorgánicos de silicato de metal alcalino a base de agua
De acuerdo con la realización preferida, el revestimiento o mezcla que se proporcionan sobre el conductor eléctrico comprenden un aglutinante inorgánico que preferiblemente comprende un aglutinante de silicato de metal alcalino a base de agua. Los revestimientos de silicato a base de agua incluyen un anión de silicato estabilizado por un catión de metal alcalino como se muestra en la Ec. 3 a continuación:
Figure imgf000037_0001
La Ec. 3 anterior ilustra el equilibrio entre los grupos silanol no disociados (Si-OH) y un anión de silicato estabilizado con metal alcalino (Si-O-).
De acuerdo con varias realizaciones, el catión de metal alcalino puede comprender sodio, potasio o litio creando silicato de sodio, silicato de potasio o silicato de litio.
Los revestimientos a base de agua preferidos anteriormente pueden curarse mediante una reacción de condensación en la que los aniones de silicato se condensan para formar una cadena de siloxano y producir agua, como se muestra a continuación:
Figure imgf000037_0002
La Ec. 4 anterior muestra el equilibrio entre dos grupos silanol y un enlace siloxano, con agua como subproducto. La eliminación total del agua es deseable para que el polímero de silicato se forme por completo, es decir, el equilibrio debe conducirse completamente hacia la derecha. Sin la eliminación total del agua, la película podría volver a solubilizarse y el revestimiento podría degradarse.
Los revestimientos de acuerdo con las diversas realizaciones de la presente invención se pueden autocurar mediante la adición de cationes de metales divalentes y/o se pueden curar posteriormente con ácido fosfórico diluido. De acuerdo con varias realizaciones, las películas secas pueden ser asistidas por la adición de cationes de metales divalentes como Mg2+ y Ca2+. Los revestimientos resultantes de acuerdo con las diversas realizaciones son estables a la humedad a temperatura ambiente.
De acuerdo con las diversas realizaciones, la película o revestimiento de silicato de metal alcalino puede curarse. De acuerdo con una realización, el revestimiento puede someterse a un proceso de curado térmico por etapas durante un periodo de varias horas. El proceso de curado térmico puede durar, según diversas realizaciones, un periodo de 4 a 24 horas. De acuerdo con diversas realizaciones, la película o revestimiento de silicato de metal alcalino puede curarse térmicamente durante un periodo de < 1 hora, 1-2 horas, 2-3 horas, 3-4 horas, 4-5 horas, 5-6 horas, 6 ­ 7 horas, 7-8 horas, 8-9 horas, 9-10 horas, 10-11 horas, 11-12 horas, 12-13 horas, 13-14 horas, 14-15 horas, 15­ 16 horas, 16-17 horas, 17-18 horas, 18-19 horas, 19-20 horas, 20-21 horas, 21-22 horas, 22-23 horas, 23-24 horas o > 24 horas.
De acuerdo con diversas realizaciones, el proceso de curado térmico puede disponerse para deshidratar la película de silicato o el revestimiento inorgánico que incluye un agente fotocatalítico autolimpiante.
De acuerdo con diversas realizaciones, el proceso de curado térmico puede comprender un proceso de curado por etapas para deshidratar gradualmente la película y hacer que el primer revestimiento o mezcla se solidifique o se endurezca de otro modo.
De acuerdo con varias realizaciones, la temperatura de curado final puede estar en el intervalo de 50 a 80 °C. Por ejemplo, la temperatura de curado final puede estar en el intervalo de 50-60 °C, 60-70 °C o 70-80 °C. En particular, si el revestimiento se aplica a un conductor que tiene una temperatura máxima de funcionamiento de 80 °C, la temperatura de curado final puede ajustarse para que sea < 80 °C, < 90 °C o < 100 °C.
De acuerdo con otras realizaciones, la temperatura de curado final puede estar en el intervalo de 150-250 °C. Por ejemplo, la temperatura de curado final puede estar en el intervalo de 150-160 °C, 160-170 °C, 170-180 °C, 180190 °C, 190-200 °C, 200-210 °C, 210-220 °C, 220-230 °C, 230-240 °C o 240-250 °C. En particular, si el revestimiento se aplica a un conductor que tiene una temperatura máxima de funcionamiento de 250 °C, la temperatura de curado final puede ajustarse para que sea < 250 °C, < 260 °C, < 270 °C, < 280 °C, < 290 °C o < 300 °C.
El revestimiento de silicato que se aplica a los conductores de acuerdo con diversas realizaciones puede tener una larga vida útil debido a su naturaleza puramente inorgánica, lo que hace que la degradación por los rayos UV y la exposición atmosférica general sea muy limitada.
El revestimiento inorgánico de silicato que incluye un agente fotocatalítico también es particularmente eficaz como capa autolimpiante que mantiene el revestimiento sustancialmente blanco en un alto nivel de blancura durante un periodo prolongado de tiempo.
Ejemplo inventivo 4
Se preparó un revestimiento a base de agua particularmente preferido mezclando dos composiciones. La primera composición (parte A) comprendía: (i) silicato de potasio (BETOLIN (RTM) 20 K35, Wollner GmbH, Ludwigshafen) 64 ppp; (ii) dióxido de titanio de rutilo (500 nm APS) 8 ppp; (iii) dióxido de titanio fotocatalítico (TO2) (DEGUSSA (EVo NIK) (RTM) P25) 3,2 ppp; (iv) caolín calcinado (Mattex Pro BSF) 1 , 88 ppp; (v) aluminiosilicato de sodio (AlNa12SiO5) 1,5 ppp; y (vi) un estabilizador 1,5 ppp.
La segunda composición (Parte B) comprendía: (i) agua 15 ppp; (ii) 25 hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH) 0,6 ppp; (iii) ortofosfato de treimagen (4,5 ppp) y (iv) óxido de zinc (ZnO) 2 ppp.
Los reactivos o composiciones se mezclaron en el orden indicado anteriormente en dos vasos de precipitados separados. El contenido de los dos vasos de precipitados se mezcló luego en una proporción de 1:1 y se mezcló con un mezclador de alta velocidad hasta lograr una dispersión uniforme.
Pruebas realizadas en el Ejemplo inventivo 4
Las siguientes pruebas se realizaron en el Ejemplo inventivo 4.
Acabado de revestimiento: La usabilidad general del revestimiento se calificó como "Insuficiente", "Aceptable" o "Aprobada" según el número de defectos de revestimiento y la facilidad de aplicación del revestimiento.
Prueba de adherencia de trama cruzada: La adhesión de la muestra al aluminio se probó con una prueba de adhesión de trama cruzada.
Prueba de flexión del mandril: La muestra se dobló alrededor de un mandril cilíndrico de 6 mm. Si el revestimiento se agrietó y se desprendió de la muestra de aluminio, esto se contó como un fallo.
Reflectividad solar: El análisis UV-VIS-NIR se llevó a cabo utilizando un espectrómetro Jasco V670 UVVIS-NIR con accesorio de esfera integradora ISN-723. Un accesorio de esfera integradora permitió recoger radiación difusa (alrededor de 180°) reflejada por la muestra. Se calculó la reflectancia solar total.
Emisividad Térmica: De acuerdo con el método de prueba estándar ASTM C 1371-15 para la determinación de la emitancia de materiales cercanos a la temperatura ambiente utilizando emisómetros portátiles. La emisividad se midió usando un emisómetro D&S sin trazabilidad a estándares de referencia como se describe en la Cláusula 6.1.5 del estándar. Los resultados son para cinco posiciones diferentes de la superficie de la muestra que luego se promediaron.
Ciclismo actual: Se montó un circuito con un conductor revestido y uno sin revestir conectados en serie. El conductor comprendía un conductor de aluminio reforzado con acero ("ACSR"). Se insertaron termopares en el núcleo del conductor. Se transmitió un nivel específico de corriente a través del conductor durante 30 minutos, lo que tuvo el efecto de aumentar la temperatura del conductor. A continuación, se dejó enfriar el conductor durante 30 minutos. A continuación, el proceso se repitió y se cicló. Esta prueba demuestra un coeficiente de expansión térmica compatible entre el revestimiento y el conductor de aluminio.
Rendimiento de refrigeración exterior: Un conductor de aluminio reforzado con acero ("ACSR") sin revestir y uno revestido se conectaron en serie y se suspendieron a dos metros sobre el suelo con plena exposición a las condiciones meteorológicas. Los conductores se sometieron a una corriente de 200 A y las temperaturas resultantes se registraron cada segundo durante una semana mediante termopares que se insertaron en los núcleos de los conductores. Esta prueba demostró el rendimiento de enfriamiento en el mundo real de los conductores revestidos en comparación con los conductores no revestidos en el Reino Unido durante el mes de mayo.
Resultados de las pruebas del Ejemplo inventivo 4
A continuación, se resumen los resultados de las pruebas del Ejemplo inventivo 4:
Figure imgf000039_0001
La figura 12 muestra los resultados de la prueba de ciclos de corriente y muestra que el Ejemplo inventivo 4 fue particularmente efectivo para reducir la temperatura del conductor de Aluminio Reforzado con Acero ("ACSR"). La figura 13 muestra los resultados de la prueba de ciclo actual realizada en el Ejemplo inventivo 4 en términos de reducción de temperatura (%) por ciclo.
La figura 14 muestra los resultados de la prueba de rendimiento de refrigeración exterior realizada en el Ejemplo inventivo 4.
La figura 15 muestra la diferencia de reducción de temperatura (%) entre el Ejemplo inventivo 4 y un conductor no revestido durante una semana en el mes de mayo en el Reino Unido.
Los resultados y las pruebas anteriores ilustran que el Ejemplo inventivo 4 comprende una composición particularmente beneficiosa que, durante su uso, forma un primer revestimiento sobre un conductor que es particularmente eficaz para reducir la temperatura del conductor, además de tener propiedades beneficiosas de autolimpieza.
Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a realizaciones preferidas, los expertos en la materia entenderán que se pueden realizar diversos cambios en la forma y los detalles sin alejarse del ámbito de la invención, tal y como se expone en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende:
uno o más conductores eléctricos; y
un primer revestimiento proporcionado en al menos una porción de los uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y
(iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO 2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm;
en donde el primer revestimiento tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 pm y tiene un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 pm.
2. Un conductor revestido de una sola capa según la reivindicación 1, en donde el silicato de metal alcalino comprende silicato de potasio (K2SiO3), silicato de sodio o silicato de litio (Li2SiO3).
3. Un conductor revestido de una sola capa según cualquier reivindicación anterior, en donde el silicato de metal alcalino comprende un revestimiento a base de agua que se deshidrata, se seca o se cura después de proporcionar el primer revestimiento en al menos una porción de los uno o más conductores eléctricos.
4. Un conductor revestido de una sola capa según cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, un agente reflectante.
5. Un conductor revestido de una sola capa según la reivindicación 4, en donde el agente reflectante comprende dióxido de titanio rutilo (TiO2).
6. Un conductor revestido de una sola capa según la reivindicación 5, en donde el dióxido de titanio rutilo (TO2) tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp"): (i) > 100 nm; (ii) 100-200 nm; (iii) 200-300 nm; (iv) 300-400 nm; (v) 400­ 500 nm; (vi) 500-600 nm; (vii) 600-700 nm; (viii) 700-800 nm; (ix) 800-900 nm; y (x) 900-1000 nm.
7. Un conductor revestido de una sola capa según cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en donde el agente reflectante comprende aluminosilicato de sodio (AlNa^SiOs).
8. Un conductor revestido de una sola capa según cualquiera de las reivindicaciones 4-7, en donde el agente reflectante comprende una carga blanca, preferiblemente, en donde la carga blanca comprende: (i) óxido de magnesio (MgO); (ii) óxido de calcio (CaO); (iii) óxido de aluminio (AbO3); (iv) óxido de zinc (ZnO); (v) carbonato de calcio (CaCO3); (vi) silicato de aluminio (AbSiO5); (vii) caolín (AbO3.2 SiO2); (viii) dióxido de titanio (TO2); o (viii) sulfato de bario (BaSO4).
9. Un conductor revestido de una sola capa según cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, un agente emisivo, preferiblemente, en donde el agente emisivo comprende una carga inorgánica.
10. Un conductor revestido de una sola capa según cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, un agente de curado, preferiblemente, en donde el agente de curado se selecciona del grupo que consiste en: (i) óxido de zinc (ZnO); (ii) estearato de zinc (C36H70O4Zn); (iii) ortofosfato de trimagnesio (Mg3OsP2); (iv) óxido de magnesio (MgO); (v) carbonato de magnesio (MgCO3); y (vi) hidróxido de magnesio (Mg(OH)2).
11. Un conductor revestido de una sola capa según cualquier reivindicación anterior, que comprende, además, un agente de emulsión y/o un agente reológico, preferiblemente, en donde el agente de emulsión y/o el agente reológico se seleccionan del grupo que consiste en: (i) hidroxietilcelulosa (CH2CH2OH); y (ii) polidimetilsiloxano ("PDMS" (C2H6OSi)n).
12. Un conductor aéreo, un conductor aéreo de alta tensión o una línea de distribución o potencia eléctrica que comprende uno o más conductores revestidos de una sola capa según cualquier reivindicación anterior.
13. Un kit para revestir uno o más conductores eléctricos para formar un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia, comprendiendo el kit:
una primera parte que comprende: (i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino; (ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y (iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm; y
una segunda parte que comprende: (i) un agente de curado;
en donde, durante su uso, las partes primera y segunda se mezclan para formar una primera mezcla y, a continuación, la primera mezcla se pulveriza, se utiliza para pintar, se utiliza para revestir o se aplica sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos para formar un primer revestimiento, en donde el primer revestimiento tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5­ 30,0 |jm y un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 jm.
14. Un método para revestir uno o más conductores eléctricos para formar un conductor revestido de una sola capa para una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende:
pulverizar, utilizar para pintar, utilizar para revestir o aplicar un primer revestimiento sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y
(iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO 2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm;
en donde el primer revestimiento tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 jm y tiene un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 jm.
15. Un método para adaptar una línea aérea de transmisión o distribución de potencia que comprende uno o más conductores eléctricos, comprendiendo el método:
pulverizar, utilizar para pintar, utilizar para revestir o aplicar un primer revestimiento sobre al menos una porción de uno o más conductores eléctricos, en donde el primer revestimiento comprende:
(i) un aglutinante inorgánico que comprende un silicato de metal alcalino;
(ii) un agente de polimerización que comprende nanosílice ("nS") o sílice coloidal (SO2); y
(iii) un agente fotocatalítico, en donde el agente fotocatalítico comprende > 70 % en peso de dióxido de titanio anatasa (TO 2) que tiene un tamaño de partícula promedio ("tpp") < 100 nm;
en donde el primer revestimiento tiene un coeficiente de emisividad térmica promedio E > 0,90 a lo largo del espectro infrarrojo 2,5-30,0 jm y tiene un coeficiente de reflectividad solar promedio R > 0,90 y/o un coeficiente de absorción solar promedio A < 0,10 a lo largo del espectro solar 0,3-2,5 jm.
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