Modelado de Dinámica Termo-Fluida de Procesos de Almacenamiento y Transferencia de Hidrógeno Líquido
Autores: Claussner, Lucas M.; Scarponi, Giordano Emrys; Ustolin, Federico
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Modelado de Dinámica Termo-Fluida de Procesos de Almacenamiento y Transferencia de Hidrógeno Líquido
Categoría
Energía
Subcategoría
Energías renovables
Palabras clave
Hidrógeno líquido
Portador de energía
Naturaleza criogénica
Tanques de almacenamiento
Dinámica de flujo multifásico
Enfoques de modelado
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
El uso de hidrógeno líquido (LH2) como portador de energía está ganando impulso en sectores como la aeroespacial, marítimo y el almacenamiento de energía a gran escala debido a su alta densidad de energía gravimétrica y bajo impacto ambiental. Sin embargo, la naturaleza criogénica del LH2, con temperaturas de almacenamiento cercanas a 20 K, plantea desafíos termodinámicos y de seguridad significativos. Esta revisión consolida el estado actual de los enfoques de modelado utilizados para simular el comportamiento del LH2 durante las operaciones de almacenamiento y transferencia, con un enfoque en mejorar la eficiencia operativa y la seguridad. La revisión categoriza la literatura en dos dominios principales: (1) comportamiento termodinámico dentro de los tanques de almacenamiento y (2) dinámica de flujo multifásico en sistemas de almacenamiento y transferencia. Dentro de estos dominios, cubre una variedad de fenómenos. Se presta especial atención al papel de la entrada de calor en la auto-presurización y la formación de gas de evaporación (BoG), que influyen significativamente en el rendimiento del almacenamiento y los mecanismos de seguridad. Se analizaron ochenta y un estudios publicados a lo largo de seis décadas, abarcando una amplia gama de enfoques de modelado. La literatura revisada reveló una variedad metodológica significativa, incluidos modelos analíticos generales, modelos de parámetros agrupados (0D/1D), modelos empíricos y semi-empíricos, modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) (2D/3D), modelos de aprendizaje automático (ML) y redes neuronales artificiales (ANN), y modelos de simulación numérica multidisciplinaria. La revisión evalúa el estado de validación de cada modelo e identifica brechas de investigación persistentes. Al mapear los esfuerzos de modelado actuales y sus limitaciones, esta revisión destaca oportunidades para mejorar la precisión y aplicabilidad de las simulaciones de LH2. Herramientas de modelado mejoradas son esenciales para apoyar el diseño de infraestructuras de hidrógeno inherentemente seguras, confiables y eficientes en un paisaje energético descarbonizado.
Descripción
El uso de hidrógeno líquido (LH2) como portador de energía está ganando impulso en sectores como la aeroespacial, marítimo y el almacenamiento de energía a gran escala debido a su alta densidad de energía gravimétrica y bajo impacto ambiental. Sin embargo, la naturaleza criogénica del LH2, con temperaturas de almacenamiento cercanas a 20 K, plantea desafíos termodinámicos y de seguridad significativos. Esta revisión consolida el estado actual de los enfoques de modelado utilizados para simular el comportamiento del LH2 durante las operaciones de almacenamiento y transferencia, con un enfoque en mejorar la eficiencia operativa y la seguridad. La revisión categoriza la literatura en dos dominios principales: (1) comportamiento termodinámico dentro de los tanques de almacenamiento y (2) dinámica de flujo multifásico en sistemas de almacenamiento y transferencia. Dentro de estos dominios, cubre una variedad de fenómenos. Se presta especial atención al papel de la entrada de calor en la auto-presurización y la formación de gas de evaporación (BoG), que influyen significativamente en el rendimiento del almacenamiento y los mecanismos de seguridad. Se analizaron ochenta y un estudios publicados a lo largo de seis décadas, abarcando una amplia gama de enfoques de modelado. La literatura revisada reveló una variedad metodológica significativa, incluidos modelos analíticos generales, modelos de parámetros agrupados (0D/1D), modelos empíricos y semi-empíricos, modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) (2D/3D), modelos de aprendizaje automático (ML) y redes neuronales artificiales (ANN), y modelos de simulación numérica multidisciplinaria. La revisión evalúa el estado de validación de cada modelo e identifica brechas de investigación persistentes. Al mapear los esfuerzos de modelado actuales y sus limitaciones, esta revisión destaca oportunidades para mejorar la precisión y aplicabilidad de las simulaciones de LH2. Herramientas de modelado mejoradas son esenciales para apoyar el diseño de infraestructuras de hidrógeno inherentemente seguras, confiables y eficientes en un paisaje energético descarbonizado.