Modelado de Dinámica de Fluidos Computacional y Optimización Paramétrica de la Adsorción de Hidrógeno en Tanques de Hidrógeno Estacionarios
Autores: Ousegui, A.; Marcos, B.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Modelado de Dinámica de Fluidos Computacional y Optimización Paramétrica de la Adsorción de Hidrógeno en Tanques de Hidrógeno Estacionarios
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Almacenamiento de hidrógeno
Materiales porosos
Dubinin-Astakhov
Modelo de adsorción
Estructura metal-orgánica 5
MOF-5
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio investiga la mejora del almacenamiento de hidrógeno a través de la adsorción en materiales porosos, acoplando el modelo de adsorción Dubinin-Astakhov (D-A) con las ecuaciones de conservación de H2 (masa, momento y energía). El sistema resultante de ecuaciones diferenciales parciales (EDPs) se resolvió numéricamente utilizando el método de elementos finitos (FEM). Se llevó a cabo un trabajo experimental utilizando carbón activado como adsorbente para validar el modelo. La comparación mostró un buen acuerdo en términos de distribución de temperatura, presión media del sistema y la cantidad de hidrógeno adsorbido (H2). Simulaciones adicionales con diferentes adsorbentes indicaron que el marco organometálico compacto 5 (MOF-5) es el material más efectivo en términos de adsorción de H2. Además, el par (273 K, 800 s) sigue siendo la combinación óptima de temperatura de inyección y tiempo. Los hallazgos subrayan las ventajas potenciales de los sistemas optimizados basados en MOF-5 para un almacenamiento mejorado de hidrógeno. Estos sistemas ofrecen mayor capacidad y seguridad en comparación con los adsorbentes tradicionales. La investigación posterior debería investigar la optimización multiobjetivo de las propiedades del material y la geometría del sistema, junto con la evaluación del rendimiento de ciclo dinámico en condiciones operativas prácticas. Además, la validación experimental en prototipos de almacenamiento basados en MOF-5 reforzaría aún más las capacidades predictivas del modelo para aplicaciones industriales.
Descripción
Este estudio investiga la mejora del almacenamiento de hidrógeno a través de la adsorción en materiales porosos, acoplando el modelo de adsorción Dubinin-Astakhov (D-A) con las ecuaciones de conservación de H2 (masa, momento y energía). El sistema resultante de ecuaciones diferenciales parciales (EDPs) se resolvió numéricamente utilizando el método de elementos finitos (FEM). Se llevó a cabo un trabajo experimental utilizando carbón activado como adsorbente para validar el modelo. La comparación mostró un buen acuerdo en términos de distribución de temperatura, presión media del sistema y la cantidad de hidrógeno adsorbido (H2). Simulaciones adicionales con diferentes adsorbentes indicaron que el marco organometálico compacto 5 (MOF-5) es el material más efectivo en términos de adsorción de H2. Además, el par (273 K, 800 s) sigue siendo la combinación óptima de temperatura de inyección y tiempo. Los hallazgos subrayan las ventajas potenciales de los sistemas optimizados basados en MOF-5 para un almacenamiento mejorado de hidrógeno. Estos sistemas ofrecen mayor capacidad y seguridad en comparación con los adsorbentes tradicionales. La investigación posterior debería investigar la optimización multiobjetivo de las propiedades del material y la geometría del sistema, junto con la evaluación del rendimiento de ciclo dinámico en condiciones operativas prácticas. Además, la validación experimental en prototipos de almacenamiento basados en MOF-5 reforzaría aún más las capacidades predictivas del modelo para aplicaciones industriales.