Optimització en el disseny d’un dipòsit criogènic de gas natural liquat per a aplicacions vehiculars

Abstract

El major inconvenient que planteja la utilització de gas natural liquat com a carburant per a vehicles és el fet que per a mantenir el gas natural en estat líquid cal que aquest es confini a molt baixa temperatura dins d’un dipòsit criogènic que l’aïlli tèrmicament de l’exterior. Un augment en la temperatura dins del dipòsit provoca l’evaporació del líquid i el consegüent augment de la pressió a l’interior del recipient. Si aquesta pressió assoleix un cert llindar, una vàlvula de seguretat s’obre per tal d’alliberar gas i així tornar a un nivell de pressió segur. A llarg termini aquest efecte comporta una pèrdua important de combustible. Per a evitar aquest inconvenient cal tractar de reduir al màxim la transferència de calor entre l’exterior i el gas natural liquat de l’interior del dipòsit. És per aquest motiu que, en general, els dipòsits criogènics compten amb dos recipients aïllats tèrmicament entre sí mitjançant materials que actuen com a barrera tèrmica, conjuntament amb l’aplicació del buit.La majoria dels dipòsits criogènics d’aquest tipus són fets íntegrament d’acer inoxidable. Per aquest motiu, tot i comptar amb uns bons materials aïllants entre els recipients intern i extern, la calor és transferida sense dificultats a través dels elements metàl·lics que els enllacen, tals com suports o canonades. En aquest projecte s’ha redissenyat un dipòsit criogènic convencional tractant d’evitar els esmenats enllaços metàl·lics, que actuen com a pont tèrmic, mitjançant l’ús de components de plàstic reforçat amb fibres de vidre. Com a resultat de les modificacions dutes a terme, no només s’ha aconseguit reduir la transferència de calor per conducció en un 49%, sinó que també s’ha aconseguit reduir el pes total del dipòsit en un 46%, així com un estalvi en el cost de producció del mateixde fins a un 9%. No obstant això, probablement el més interessant d’aquest document és l’anàlisi de la resistència del dipòsit sota les màximes condicions de treball, així com diferents escenaris de xoc, exigida per les normatives UNE-EN 1251-2 i E/ECE/TRANS/505. En aquesta s’ha pogut avaluar la resistència dels diferents components seguint diferents criteris, com el criteri de Tsai- Wu per als laminats de les peces de plàstic reforçat amb fibres de vidre o els criteris de Tresca per als components que integren el recipient intern, juntament amb el criteri de Von Mises. Finalment es recomana fer una revisió dels annexos, els quals contenen informació rellevant per a la comprensió d’aquesta memòria, sobretot pel que fa als càlculs, que complementen l’esmenada anàlisi de la resistència del dipòsit i suposen una part molt important de la tasca duta a terme en l’elaboració d’aquest projecte.