Las test facilities para hidrógeno líquido se alzan como una pieza clave dentro del engranaje necesario para el avance de la industria aeroespacial.
La instalación de pruebas de hidrógeno resulta eslabón fundamental en la cadena que permite, en última instancia, utilizar un elemento clave como es el hidrógeno líquido. ¿El motivo? Es en estas instalaciones donde se logra validar y garantizar la seguridad de los sistemas basados en hidrógeno líquido, además de trabajar para mejorar su eficiencia.
El hidrógeno líquido ya formó parte de la historia aeroespacial al ser utilizado en el insigne programa Apolo, impulsando al ser humano hasta llegar a la luna. Entre bambalinas, el trabajo en test facilities como el Rocket Laboratory de la NASA habían permitido experimentar con el hidrógeno líquido como combustible de alta energía ya desde la década de 1940.
Hoy, en un momento en el que la IEA califica al avance del hidrógeno verde como viviendo “impulso sin precedentes”, la experimentación con este elemento en test facilities está abriendo puertas antes impensables. Esto incluye la posibilidad de viajes aeroespaciales más sostenibles y con menos emisiones, tal y como analizamos en nuestro podcast sobre el hidrógeno como vector de energía.
Desde esta perspectiva, en este artículo queremos ahondar en el uso del hidrógeno líquido en test facilities como parte de la industria aeroespacial, abordando las necesidades de estas instalaciones tanto en el diseño como en su operación.
Uso de hidrógeno líquido en la industria aeroespacial
El hidrógeno líquido se halla en el centro de diversos procesos fundamentales para el avance de la industria aeroespacial a día de hoy.
Por un lado, se ha convertido en un elemento fundamental como combustible en lanzamientos espaciales desde hace décadas. A su vez, este elemento también forma parte de procesos experimentales para generar nuevas formas de propulsión, como la propulsión nuclear.
Igualmente, también está experimentando con la utilización de hidrógeno líquido como parte de pilas de combustible capaces de proporcionar recursos energéticos (para electricidad y calor, además de agua) en las estaciones espaciales.
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¿Qué son test facilities con hidrógeno líquido?
Las test facilities se pueden definir como laboratorios para realizar pruebas en las que se simulan las condiciones reales a las que se someterán componentes y sistemas durante su operación. Como ejemplo, puede citarse el Glenn Research Center de la NASA como test facilities pioneras dentro de la industria aeroespacial.
En el caso de las test facilities para hidrógeno líquido, se trata de instalaciones en las que se busca observar los equipos en contacto con este elemento. Así, se trata de examinar su desempeño en un entorno controlado antes de su uso real, en vistas a validarlo o mejorarlo.
Elementos como válvulas, tuberías o sistemas de sellado y transferencia se someten a pruebas para verificar su reacción en entornos dinámicos, incluyendo su respuesta ante vibraciones, cambios de presión y su desgaste o envejecimiento.
Para ello, las test facilities están adaptadas a los requisitos técnicos y de seguridad que implica el uso de hidrógeno líquido, que detallamos más abajo en este artículo.
Diseño y operación de instalaciones de pruebas con hidrógeno líquido
Componentes esenciales y seguridad en instalaciones criogénicas
Los sistemas criogénicos suponen uno de los elementos fundamentales en cualquier instalación de pruebas para hidrógeno líquido, debido a las temperaturas extremadamente frías en que este elemento debe conservarse y manejarse.
Desde tuberías al vacío y válvulas criogénicas a sistemas de almacenamiento y refrigeración para hidrógeno líquido, cada elemento y detalle es fundamental para garantizar unas instalaciones eficientes y seguras.
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La selección y diseño de componentes supone un proceso complejo, como puede observarse en el proyecto de diseño y fabricación de skids de hidrógeno líquido por parte de Cryospain para inyectar LH2 a motores de propulsión en un banco de pruebas.
Igualmente, pueden citarse los sistemas de carga de cisternas criogénicas específicas para hidrógeno como el realizado por Cryospain, que implican trabajo a varios niveles, incluyendo:
- Selección de estructuras metálicas
- Diseño y fabricación de tuberías super-aisladas
- Integración de válvulas, instrumentos específicos y cuadros de control.
A estos sistemas se le unen obligatoriamente las medidas de seguridad para prevenir riesgos específicos en una instalación de pruebas de hidrógeno. Aparecen aquí desde medidas para la detección de fugas (como la utilización de sensores de hidrógeno) a uso de válvulas de seguridad, o protocolos de ventilación controlada, entre otros.
Igualmente, como parte indispensable de los test facilities aparecen los estándares de seguridad y normativas aplicables, destacando:
- ISO 13985:2006: Liquid hydrogen — Land vehicle fuel tanks
- UNE-ISO 14687:2006: Hidrógeno como combustible. Especificaciones de producto.
- CGA H-3 Cryogenic Hydrogen Storage
- ASME Boiler and Pressure Vessel Code
Procedimientos clave en test facilities espaciales y aeroespaciales vinculadas al hidrógeno líquido
- Estudio de los sistemas de aislamiento y protección térmica
- Testeo de los sistemas de transferencia y flujo de líquidos criogénicos, incluyendo tuberías criogénicas
- Testeo de válvulas
- Testeo de materiales aislantes
- Testeo de sensores de temperatura y presión
Ventajas y desafíos del hidrógeno líquido en test facilities para pruebas aeroespaciales
El peso reducido del hidrógeno líquido, su rapidez en los procesos de carga y su bajo impacto a nivel de emisiones (su combustión solo emite vapor de agua) destacan entre las ventajas más evidentes de este elemento en la industria aeroespacial.
No obstante, acceder a todas estas ventajas pasa necesariamente por superar algunos de los desafíos más importantes del uso del hidrógeno líquido, entre los que destacan:
- Garantizar la seguridad frente a su alta inflamabilidad y el riesgo de fugas o explosiones.
- Diseñar tecnologías de almacenamiento capaces de funcionar eficientemente con temperaturas extremadamente bajas (-253°C). Entre los requisitos más importantes de estos sistemas de almacenamiento criogénico avanzados se encuentra la capacidad de evitar pérdidas por evaporación gracias al uso de sistemas de aislamiento y refrigeración criogénicos adecuados. Igualmente, es preciso un diseño cuidado en el que materiales y sistemas sean capaces de resistir condiciones extremas.
Cryospain: pioneros en soluciones de criogenia en la industria aeroespacial
Con 20 años de experiencia a la vanguardia en ingeniería criogénica, en Cryospain destacamos como aliados estratégicos para impulsar el avance en el uso de hidrógeno líquido en la industria aeroespacial.
Dan muestra de nuestra competencia técnica proyectos exitosos como nuestro tanque criogénico para hidrógeno líquido para un proyecto en el sector aeroespacial en Alemania y nuestra participación en una innovadora planta de producción y suministro de hidrógeno líquido en Canadá.
Como expertos en proyectos de ingeniería criogénica a medida, somos capaces de diseñar e implementar soluciones ad hoc, alineadas con las necesidades de cada proyecto.
Todo ello guiado por un equipo técnico altamente cualificado preparado para poner a disposición de nuestros clientes la vanguardia en criogenia con la seguridad y la eficiencia como prioridades.
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