Atmos SIM y el hydrogen
Introducción
La transición del gas natural al hidrógeno está a la vanguardia de lo que ocurre en la industria energética mundial. El paso al hidrógeno verde será, sin duda, una parte importante de la solución para la descarbonización y la energía sostenible del futuro.
Para facilitar la transición del gas natural al hidrógeno en los plazos requeridos, es necesario utilizar la infraestructura de transporte existente siempre que sea posible. A medida que aumentan las mezclas de hidrógeno, los operadores de ductos deben ser plenamente conscientes de las limitaciones de capacidad que genera el transporte de hidrógeno. El uso de herramientas de simulación es esencial para garantizar que las tuberías y las redes de ductos estén preparadas y se cumplan los objetivos de emisiones.
Este blog explicará cómo Atmos SIM es una excelente opción cuando se busca una herramienta para modelar mezclas de hidrógeno en sistemas de ductos
Ecuaciones de estado
Las mezclas de hidrógeno y gas natural deben modelarse con precisión desde el 0% hasta el 100% de hidrógeno. Las antiguas ecuaciones de estado, que se encuentran en muchos de los paquetes de simulación disponibles, como el BWRS, se basan en las propiedades críticas de los componentes individuales y no incluyen los coeficientes de interacción para el hidrógeno.
Las ecuaciones cúbicas modernas, como GERG-2004, se ajustan explícitamente al comportamiento de las mezclas, incluidas las de hidrógeno, y serían una mejor opción. Afortunadamente, GERG-2004 es compatible con Atmos SIM.
Ecuaciones en ductos
Se sabe que el factor de fricción de Colebrook-White es preciso para las mezclas de hidrógeno. El fluido no influye en el factor de fricción siempre que haya un flujo de líquido monofásico o de gas monofásico. Atmos SIM también es compatible con la ecuación de ductos de Colebrook-White.
Ejemplo de cálculos
Este sencillo estudio analiza un único ducto de 10 km de longitud controlado por la presión en la entrada y la salida. Para garantizar la coherencia entre las simulaciones, se eligió una solución isotérmica a 15,56 C. Cada una de las simulaciones se ejecutó dos veces, una con la EOS de BWRS y otra con GERG-2004. La simulación se realizó para los siguientes casos
- Gas natural con 0% hidrógeno
- Gas natural con 10% hidrógeno
- Gas natural con 25% hidrógeno
- Gas natural con 50% hidrógeno
- Gas natural con 75% hidrógeno
- Hidrógeno puro
Resultados
Los resultados para las simulaciones se comparan:
- Densidad de entrada
- Flujo
- Energía del empaquetado
Los resultados se muestran en la Tabla 1 debajo:
Tabla 1 Resumen de resultados del estudio
Se puede observar que, en el caso de las mezclas de hidrógeno, puede haber una discrepancia significativa entre las dos ecuaciones. En diferentes condiciones de presión y temperatura, estas diferencias podrían ser aún mayores.
Como comprobación secundaria, se realizó una comparación de los cálculos de densidad de SIM utilizando GERG-2004 para el hidrógeno puro con las tablas del NIST, cuya precisión se conoce al 0,1%.
https://webbook.nist.gov/cgi/fluid.cgi?ID=C1333740&Action=Page%20
Los resultados de la comparación se encuentran en la tabla 2 debajo:
Tabla 2 Comparación de SIM con NIST
Queda claro que GERG-2004 EOS es bastante preciso.
Resumen y observaciones adicionales
Un EOS cúbico moderno como GERG-2004, tal y como está implementado en Atmos SIM, es esencial si se quiere modelar la mezcla de hidrógeno con un alto grado de precisión.
Además, la capacidad de modelar múltiples escenarios dentro de una única configuración hace que la configuración y la ejecución de modelos de mezclas de hidrógeno variables sean muy rápidas y sencillas.
Figura 1 Escenarios de SIM