Fecha límite para el envío de resumenes: 21/Abril/2024

El calentamiento global del planeta ha provocado la búsqueda de fuentes alternativas de energía y el uso de hidrógeno puede contribuir a reducir las emisiones de CO2 en la industria y el transporte. En este trabajo se analiza el proceso Linde-Hampson simple para la condición, que se debe cumplir previo al estrangulamiento para la licuefacción de hidrógeno y la relación que involucra a las propiedades del fluido y las condiciones de operación. En este trabajo se justifica la razón para agregar una etapa de preenfriamiento después de la compresión isotérmica y así asegurar que, durante el estrangulamiento, la temperatura se reduce cuando la presión disminuye; en otras palabras, el coeficiente de Joule-Thomson debe ser mayor que cero. Se compara la fracción de gas licuado y el trabajo suministrado al compresor en función de la presión supercrítica de descarga, que es mayor a la presión crítica de 12 bar, pero menor a 120 bar. Esta presión corresponde a la condición cuando el coeficiente de Joule-Thomson es igual a cero en la curva de inversión del hidrógeno.

El hidrógeno líquido tiene múltiples aplicaciones y por tal razón es indispensable comprender los requerimientos para llevarlo a esta condición que permita ser almacenado y transportado, convirtiéndose en una fuente de energía renovable y supera la intermitencia energética [1]. Por tal razón, la producción de hidrógeno líquido es una fuerte propuesta para reemplazar a los combustibles fósiles en un futuro y comprender las posibles ventajas y desventajas asociadas con el proceso de licuefacción para adaptar la tecnología que respalde las nuevas cadenas de valor del hidrógeno.

El análisis termodinámico es una herramienta eficaz para evaluar el desempeño de los equipos que participan en los procesos de la licuefacción de hidrógeno [2]. Las sustancias reales, como el hidrógeno, existen como gas solamente a bajas presiones y altas temperaturas. Pero, a bajas temperaturas y altas presiones ocurre el cambio de fase a líquido y sólido [3]. Por tal motivo, las plantas actuales de licuefacción de hidrógeno operan con una presión de descarga mayor a 100 bar; por ejemplo, en Ingolstadt, Alemania, la presión de descarga de la planta de licuefacción de hidrógeno es de 210 bar [4]. Ciclos más eficientes y económicos es la búsqueda continua en la licuefacción de hidrógeno y el enfoque predomina en obtener la máxima fracción de gas licuado con la mínima potencia suministrada; sin embargo, no aclaran el motivo de las altas presiones de descarga. No obstante, la explicación por la cual el gas se debe comprimir a una presión del orden de los 200 bar se comprende a partir del análisis del estrangulamiento [5]. La principal aportación de este trabajo es la justificación termodinámica de las presiones de descarga en los procesos de licuefacción de hidrógeno.

Para el modelado de la relación cíclica entre P, h, T, se considera el proceso de compresión isotérmica, el enfriamiento en el intercambiador de calor a presión constante y el estrangulamiento en la válvula de expansión. Se determina la curva de inversión del hidrógeno empleando la ecuación de estado de Van der Waals y para la evaluación termodinámica se aplica el balance de energía y exergía. Se considera que el ciclo opera en flujo estable y no hay acumulación de energía y exergía. Se desprecia la energía cinética y potencial del sistema. Los equipos se consideran adiabáticos y no hay caídas de presión. El calor específico a presión constante del hidrógeno se considera constante.

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