Las emisiones de los vehículos contribuyen significativamente a los efectos del calentamiento global, aunque en los últimos años se han introducido tecnologías como los vehículos híbridos y totalmente eléctricos para reducir las emisiones de los vehículos. Los vehículos alimentados con hidrógeno también ofrecen el potencial para reducir las emisiones nocivas. En estos vehículos, el hidrógeno debe almacenarse a alta presión, lo que requiere tanques de almacenamiento que sean mecánicamente fuertes y que no se rompan fácilmente durante un choque. Doctor. El candidato Ruben Weerts investigó cómo se dañan los tanques de hidrógeno cuando están sujetos a impactos controlados. Weerts defendió su Ph.D. tesis en el departamento de Ingeniería Mecánica el 9 de septiembre.

El problema de los depósitos de hidrógeno

Los vehículos de hidrógeno modernos usan celdas de combustible para producir electricidad que luego se usa para alimentar el vehículo. Estas celdas de combustible convierten el hidrógeno y el oxígeno en electricidad y los subproductos son vapor de agua y calor térmico residual. El oxígeno requerido se extrae del aire y el hidrógeno se almacena en tanques de hidrógeno en el vehículo.

En estos depósitos se almacena hidrógeno a una alta presión de hasta 700 bar, muy superior a la de un depósito de GLP (gas licuado de petróleo) convencional. Los tanques de hidrógeno deben ser fuertes para soportar esta alta presión interna y, al mismo tiempo, ser livianos. Como resultado, están hechos de un material compuesto, polímero reforzado con fibra de carbono para ser precisos. Para garantizar la seguridad de los vehículos de hidrógeno, los depósitos deben cumplir una gran serie de requisitos y pruebas antes de ser aprobados para su uso en vehículos.

Prueba de tanques de hidrógeno

Para mejorar aún más la seguridad de los vehículos de hidrógeno, es vital comprender qué sucede con un tanque de hidrógeno durante un accidente automovilístico. Como parte de su Ph.D. investigación, que fue financiada por BMW y supervisada por BMW y TU/e, Ruben Weerts realizó pruebas experimentales que ayudaron a determinar cuándo y de qué manera se daña un tanque cuando se somete a un impacto.

"Después del impacto, los tanques se estudiaron mediante tomografías computarizadas (TC), que proporcionaron una visualización del daño causado por el impacto", dice Weerts.

Después de las pruebas de impacto, los mismos tanques se sometieron a las llamadas pruebas de explosión en las que la presión interna en el tanque se incrementó gradualmente hasta que falla la integridad estructural del tanque. "Comparamos la presión interna a la que estalla un tanque dañado con la presión máxima a la que estalla un tanque nuevo sin daños", dice Weerts. "Normalmente, el impacto redujo la fuerza del tanque y la presión de explosión se redujo significativamente".

Pasando a las simulaciones

Estas observaciones experimentales luego se usaron para desarrollar modelos de simulación, que podrían usarse para predecir si un tanque se daña debido a un impacto y de qué manera.

"El modelo predice bastante bien la respuesta mecánica de los tanques durante el impacto", señala Weerts. "Dichos modelos pueden ayudar a reducir los costos de materiales y el alcance de futuras investigaciones experimentales en tanques y, al mismo tiempo, ayudar en el proceso de diseño y desarrollo del vehículo. Y, por supuesto, estos modelos pueden usarse para mejorar aún más la integración segura de los tanques de hidrógeno. en vehículos".