Estudio experimental y computacional con atmósferas explosivas de hidrógeno y otros gases combustibles

Resumen

El hidrógeno, en condiciones normales de presión y temperatura, es un gas combustible con una muy baja densidad, una alta difusividad y un amplio rango de composiciones dentro de los límites de inflamabilidad en aire. Las dos primeras propiedades constituyen los dos factores principales de su comportamiento ante una fuga del gas en un recinto cerrado, mientras que en su potencial energético radica tanto el interés creciente en las tecnologías del hidrógeno como los aspectos de seguridad derivados del mismo. En este estudio se analizan ambos aspectos, la difusión y la combustión (llama) de hidrógeno en aire, desde el ámbito de la experimentación y del desarrollo de modelos de simulación mediante dinámica de fluidos computacional (CFD). Por lo que respecta a la difusión, la experimentación se lleva a cabo en dos escenarios. Un primer recinto a pequeña escala sirve como base para una betería de ensayos en los que las variables son la ubicación y el caudal de la fuga. En una segunda etapa, los ensayos se trasladan a un edificio de grandes dimensiones perteneciente a las instalaciones que la fundación Hidrógeno Aragón posee en Huesca. En paralelo a estos ensayos se llevan a cabo simulaciones de todos los casos con el programa de ANSYS CFX, obteniendo unos resultados que describen de forma adecuada el comportamiento observado en la experimentación y que se pueden emplear como herramienta de predicción y prevención de posibles riesgos. Respecto a la combustión, se experimenta y se simulan mediante el mismo programa llamas de diferent3es composiciones y mezclas, obteniendo de la misma forma resultados satisfactorios. El estudio se completa con otros gases como el metano, propano y butano, tanto en la parte de difusión como en la de combustión. Como principal conclusión, se cita el desarrollo y la definición de un modelo CFD de simulación en ANSYS CFX que es capaz de predecir el comportamiento del gas en diversos escenarios de interés. También se realizan una serie de recomendaciones a la normativa existente en materia de seguridad.