Atmos SIM e o hidrogênio
Introdução
A transição do gás natural para o hidrogênio está na vanguarda do que está acontecendo no setor de energia global. A mudança para o hidrogênio verde será, sem dúvida, uma grande parte da solução para a descarbonização e a energia sustentável do futuro.
Para facilitar a transição do gás natural para o hidrogênio nos prazos necessários, a infraestrutura de transporte existente precisa ser utilizada sempre que possível. À medida que as misturas de hidrogênio aumentam, os operadores de dutos precisam estar totalmente cientes das restrições de capacidade geradas pelo transporte de hidrogênio. O uso de ferramentas de simulação é essencial para garantir que os dutos e as redes estejam prontos e que as metas de emissão sejam cumpridas.
Este blog explicará como o Atmos SIM é uma excelente opção quando se procura uma ferramenta para modelar misturas de hidrogênio em sistemas de tubulação.
Equações de estado
As misturas de hidrogênio/gás natural precisam ser modeladas com precisão de 0% a 100% de hidrogênio. As equações de estado mais antigas, como as encontradas em muitos dos pacotes de simulação disponíveis, como o BWRS, baseiam-se nas propriedades críticas dos componentes individuais e não incluem coeficientes de interação para o hidrogênio.
As equações cúbicas modernas, como o GERG-2004, são explicitamente adequadas ao comportamento das misturas, inclusive as misturas de hidrogênio, e seriam uma escolha melhor. Felizmente, o GERG-2004 é compatível com o Atmos SIM.
Equações de tubulação
O fator de atrito Colebrook-White é conhecido por ser preciso para misturas de hidrogênio. O fluido não afeta o fator de atrito, desde que haja um fluxo de líquido monofásico ou de gás monofásico. O Atmos SIM também suporta a equação de tubulação de Colebrook-White.
Exemplos de cálculos
Este estudo simples analisa um único duto de 10 km de comprimento controlado pela pressão na entrada e na saída. Para garantir a consistência entre as simulações, foi escolhida uma solução isotérmica a 15,56 °C. Cada uma das simulações foi executada duas vezes, uma usando o BWRS EOS e outra usando o GERG-2004. A simulação foi executada para os seguintes casos
- Gás natural com 0% de hidrogênio
- Gás natural com 10% de hidrogênio
- Gás natural com 25% de hidrogênio
- Gás natural com 50% de hidrogênio
- Gás natural com 75% de hidrogênio
- Hidrogênio puro
Resultados
Os seguintes resultados de ambas as simulações são comparados:
- Densidade de entrada
- Fluxo
- Energia para o empacotamento da linha
Os resultados são mostrados na Tabela 1 abaixo:
Tabela 1 Resumo dos resultados do estudo
É possível observar que, para misturas de hidrogênio, pode existir uma discrepância significativa entre as duas equações. Em diferentes condições de pressão e temperatura, essas diferenças podem ser ainda maiores.
Como verificação secundária, foi feita uma comparação dos cálculos de densidade do SIM usando o GERG-2004 para hidrogênio puro com as tabelas do NIST, conhecidas por terem precisão de 0,1%.
https://webbook.nist.gov/cgi/fluid.cgi?ID=C1333740&Action=Page%20
Os resultados dessa comparação podem ser encontrados na tabela 2 abaixo:
Tabela 2 SIM comparado ao NIST
Está claro que o GERG-2004 EOS é muito preciso.
Resumo e observações adicionais
Um EOS cúbico moderno, como o GERG-2004, implementado no Atmos SIM, é essencial se a modelagem da mistura de hidrogênio for feita com alto grau de precisão.
Além disso, a capacidade de modelar vários cenários em uma única configuração torna a configuração e a execução de modelos de diferentes misturas de hidrogênio muito rápidas e fáceis.
Figura 1 Cenários do SIM