Investigadores coreanos arrojan luz sobre una tecnología clave para el transporte de hidrógeno

El hidrógeno está ampliamente considerado como el combustible del futuro. Sin embargo, sigue habiendo problemas y limitaciones de seguridad para mejorar la eficiencia del almacenamiento de hidrógeno licuado cuando se trata de su transporte y almacenamiento comercial a gran escala. Ahora, investigadores de Corea del Sur han investigado experimental y numéricamente los flujos de calor y los cambios de fase dentro de un depósito de combustible criogénico mediante simulaciones de flujo térmico multifásico, con el fin de revelar aspectos clave para su diseño seguro y eficiente.

La creciente preocupación por el cambio climático ha puesto de relieve la necesidad de sustituir los combustibles fósiles por fuentes de energía alternativas. Entre ellas, el hidrógeno se considera la más prometedora para el sector del transporte. En la actualidad, el hidrógeno se transporta como gas a alta presión en tanques especiales. Pero esta técnica es ineficaz y plantea graves problemas de seguridad. Para resolver este problema, los investigadores están estudiando cada vez más el uso de hidrógeno licuado.

El hidrógeno licuado sólo puede transportarse en tanques criogénicos (criotanques), que mantienen temperaturas inferiores a -253⁰C, el punto de ebullición del hidrógeno. A pesar del aislamiento térmico, el combustible licuado en un criotanque experimenta cierto grado de vaporización. El flujo de vaporización se mide como "Boil-Off Gas (BOG)". Un BOG demasiado alto puede dar lugar a un exceso de presión interna dentro del tanque, lo que provoca grietas y fisuras. Por ello, comprender y controlar el BOG es un factor clave en el diseño de criotanques.

Pruebas y experimentos

Con este fin, un equipo de investigación, dirigido por el profesor Jong-Chun Park, de la Universidad Nacional de Pusan (Corea del Sur), ha investigado cómo varía la BOG con otro parámetro de diseño crítico llamado relación de llenado del tanque (FR): la relación entre la masa de combustible licuado en el tanque y la capacidad del tanque a 15⁰C.

"En nuestro estudio realizamos experimentos y simulaciones para analizar las características termodinámicas del tanque", explica Park.

A partir de sus experimentos, los investigadores descubrieron que el BOG aumenta cuadráticamente con la FR. También descubrieron que, mientras que la temperatura en la fase líquida permanecía constante, la temperatura de la fase vapor disminuía de forma no lineal con la FR.

A continuación, los investigadores realizaron simulaciones de flujo térmico multifásico del tanque mediante dinámica de fluidos computacional. Esto les permitió visualizar fácilmente las transferencias de calor, los flujos térmicos y la vaporización dentro del tanque aislado al vacío.

"Adoptamos el modelo de cambio de fase de Rohosenow para las simulaciones, lo que nos permitió reproducir el proceso de vaporización dentro del tanque. A partir de nuestras simulaciones, pudimos revelar finalmente el mecanismo de BOG como resultado de la vaporización", explica el profesor Park. Los investigadores validaron sus simulaciones con los datos de los experimentos realizados en colaboración con Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering (DSME).

La técnica de simulación térmica multifásica utilizada aquí podría acelerar el diseño de criotanques comerciales seguros y eficientes para hidrógeno licuado. Las aplicaciones de esta investigación son muy variadas, desde la automoción y la industria aeroespacial hasta las centrales eléctricas marinas, lo que la convierte en un paso decisivo para la realización de una sociedad centrada en el hidrógeno.