Diseño de laboratorio piloto para validación de modelo termodinámico sobre compresión de hidrógeno para usos de electromovilidad

Abstract

El hidrógeno posee una baja densidad energética por unidad de volumen, por lo que es necesario implementar un sistema de compresión que permita elevar la presión del hidrógeno, dado esto, se propone aplicar un modelo de compresión de hidrógeno para aplicaciones de electromovilidad, complementando con el diseño de un laboratorio apto para la validación del modelo. En la elaboración del modelo se obtienen las curvas termodinámicas, tanto de la temperatura del gas, como del perfil de temperaturas en la pared compuesta de un tanque tipo IV, se realizan simulaciones que demuestran la dependencia de la temperatura del sistema con la variación de la temperatura ambiente y la variación de la temperatura de entrada del hidrógeno al tanque, llegando a observar que a temperatura ambiente de 25°C para flujos de entrada menores a 0, 045[kg/min], la temperatura al interior del tanque no superan los límites de operación del tanque Mahytec tipo IV de 300[L], por otro lado cuando se tiene una temperatura ambiente de 45°C los flujos mayores a 0, 018[kg/min] logran superar este límite de temperatura, sin embargo, se demuestra que este problema puede ser solventado con la disminución de la temperatura de entrada, bajando su entalpía. El diseño del laboratorio cuenta con un área de purificación y almacenamiento de agua, compuesto por un sistema purificador de osmosis inversa, un filtro de resina y un tanque para la distribución de agua modelo WT2.1 del fabricante Enapter, para la generación y secado de hidrógeno se cuenta con 4 electrolizadores EL4.0 con tecnología AEM y un secador DRY2.1 del fabricante Enapter, para la etapa de compresión se selecciona un Booster de hidrógeno con presión mínima de entrada de 25[bar] y presión de salida máxima de 480[bar], se dispone de 3 formas de almacenamiento de hidrógeno, que consiste en un tanque buffer tipo IV con presión máxima de 35[bar], un tanque de alta presión tipo IV con presión máxima de 480[bar] y un POD para transporte de hidrógeno con presión máxima de 450[bar]. En cuanto al costo de la inversión inicial del laboratorio contando equipos principales, integración, obras civiles y adicionales, tiene un valor neto de $117.358.270 CLP.