Un equipo de cientificos, liderado por el profesor Jong-Chun Park, de la Universidad Nacional de Pusan (Corea del Sur), ha investigado cómo varía el BOG en relación al FR. La relación de llenado del tanque, conocida como FR es la relación entre la masa de combustible licuado en el tanque y la capacidad del tanque a 15⁰C. Este es un parámetro de diseño crítico.
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”. 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.
“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.
Las pruebas en el llenado de tanques de hidrógeno
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. Abarcan desde la automoción y la industria aeroespacial hasta las centrales eléctricas marina. Este descubrimiento es un gran avance para el desarrollo de tecnologías de hidrógeno.
