Applicability of a state-of-the-art engineering toolkit in the risk analysis of a prototypical Hydrogen refueling station

Tesis Energía y Ambiente (maestría) - Instituto Tecnológico de Buenos Aires - Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, 2020 En el desarrollo actual de los vehículos de celdas de combustible, las estaciones de servicio de hidrógeno desempeñan un papel importante como fuente directa de combustible. Uno de los principales aspectos que deben considerarse durante la instalación y el funcionamiento de una estación de servicio de hidrógeno es la seguridad tanto de la infraestructura como del personal que trabaja en ella. Sin embargo, la falta de herramientas de cálculo ampliamente aceptadas hace que las evaluaciones de riesgos sean difíciles de reproducir de una estación a otra. En el presente trabajo se estudia el potencial de aplicabilidad y se identifican las limitaciones de un software de cálculo ingenieril de código abierto para evaluación de riesgos, denominado HyRAM, para un proceso de evaluación de riesgos de una estación de servicio de hidrógeno prototípica basada en un caso real. Para ello, este trabajo inicia con una investigación de marco teórico sobre la metodología de evaluación de riesgos, el funcionamiento de una estación de servicio de hidrógeno y los peligros más relevantes presentes en este tipo de instalaciones. Para el análisis de consecuencias y probabilidades, luego se describen los principales modelos de cálculo de HyRAM y se seleccionan los escenarios de fallo a ser simulados con estos modelos. Se detallan las principales características de la estación prototipo de abastecimiento de hidrógeno. Se analizan dos conjuntos de escenarios de fugas de hidrógeno en la conexión roscada a la salida de la zona del compresor (donde interesan la gravedad de las consecuencias y la frecuencia de ocurrencia) mediante la radiación de la llama de jet para una ignición inmediata, y la sobrepresión para una combustión retardada. Para concluir la evaluación de riesgos, los resultados se convierten en una ponderación global de riesgos. Las principales conclusiones de este trabajo muestran como más importante que HyRAM es adecuada para un número acotado de escenarios, y que necesita incluir condiciones de borde adicionales para satisfacer el análisis de un caso real prototípico. En particular para el modelo de llama de jet, se observa la falta de un perfil de radiación de la llama que evolucione en el tiempo y facilite un cálculo preciso de la dosis térmica. Para el modelo de sobrepresión, el principal aspecto identificado es la falta de fiabilidad para describir los complejos fenómenos durante la evolución inicial de la mezcla aire-hidrógeno.