Optimizando un sistema de mezcla de hidrógeno y metano a través del diseño y la simulación
Autores: Spiridon, tefan Ionu; Monea, Bogdan Florian; Ionete, Eusebiu Ilarian
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimizando un sistema de mezcla de hidrógeno y metano a través del diseño y la simulación
Categoría
Energía
Subcategoría
Tecnología de combustibles
Palabras clave
Hidrógeno
Metano
Dispositivo de mezcla
Pruebas experimentales
Dinámica de fluidos computacional
Emisiones de gases de efecto invernadero
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 36
Citaciones: Sin citaciones
Las mezclas de gas hidrógeno-metano son cada vez más reconocidas como un camino viable hacia la consecución de la neutralidad de carbono, aprovechando la infraestructura existente de gas natural mientras se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero. Este estudio investiga un novedoso dispositivo de mezcla estática diseñado para mezclar hidrógeno y metano, empleando tanto pruebas experimentales como simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) en tres dimensiones. El hidrógeno se introdujo en un flujo de metano mediante inyección directa, con mezclas experimentales que variaron del 5% al 18% de hidrógeno. La calidad de la mezcla se evaluó utilizando un cromatógrafo de gases especializado, y los resultados se compararon con datos simulados para evaluar el rendimiento del mezclador y la precisión del modelo. El sistema demostró una mezcla efectiva, manteniendo concentraciones de hidrógeno uniformes en la salida con mínimas variaciones. Los resultados experimentales y simulados mostraron un fuerte acuerdo, con un error de precisión promedio por debajo del 2%, validando la fiabilidad del modelo CFD. Las boquillas más pequeñas (0.4 mm) lograron una mayor uniformidad de mezcla, mientras que las boquillas más grandes (0.6 mm) facilitaron un mayor caudal de hidrógeno, indicando compensaciones entre la precisión de mezcla y la capacidad de flujo. El dispositivo de mezcla demostró ser compatible con la infraestructura de tuberías existente, ofreciendo una solución escalable para la integración de hidrógeno en redes de gas natural. Estos hallazgos subrayan el potencial del mezclador como un componente práctico en el avance de la economía del hidrógeno y en la consecución de transiciones energéticas sostenibles.
Descripción
Las mezclas de gas hidrógeno-metano son cada vez más reconocidas como un camino viable hacia la consecución de la neutralidad de carbono, aprovechando la infraestructura existente de gas natural mientras se reducen las emisiones de gases de efecto invernadero. Este estudio investiga un novedoso dispositivo de mezcla estática diseñado para mezclar hidrógeno y metano, empleando tanto pruebas experimentales como simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) en tres dimensiones. El hidrógeno se introdujo en un flujo de metano mediante inyección directa, con mezclas experimentales que variaron del 5% al 18% de hidrógeno. La calidad de la mezcla se evaluó utilizando un cromatógrafo de gases especializado, y los resultados se compararon con datos simulados para evaluar el rendimiento del mezclador y la precisión del modelo. El sistema demostró una mezcla efectiva, manteniendo concentraciones de hidrógeno uniformes en la salida con mínimas variaciones. Los resultados experimentales y simulados mostraron un fuerte acuerdo, con un error de precisión promedio por debajo del 2%, validando la fiabilidad del modelo CFD. Las boquillas más pequeñas (0.4 mm) lograron una mayor uniformidad de mezcla, mientras que las boquillas más grandes (0.6 mm) facilitaron un mayor caudal de hidrógeno, indicando compensaciones entre la precisión de mezcla y la capacidad de flujo. El dispositivo de mezcla demostró ser compatible con la infraestructura de tuberías existente, ofreciendo una solución escalable para la integración de hidrógeno en redes de gas natural. Estos hallazgos subrayan el potencial del mezclador como un componente práctico en el avance de la economía del hidrógeno y en la consecución de transiciones energéticas sostenibles.