Diseño de un quemador a hidrógeno como alternativa para planta de desalinización: análisis CFD sobre la combustión del hidrógeno

• Autores: Penillas, Juan Manuel; Gutiérrez, Fernando
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: documento de conferencia
• Materia: Ingeniería; combustión de hidrógeno; análisis computacional de dinámica de fluidos
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

El acceso al agua dulce es un desafío crítico en la costa patagónica argentina, donde regiones como el norte de Santa Cruz enfrentan una demanda creciente que supera la capacidad de sus fuentes tradicionales —lago Musters y acuíferos locales—. Esta escasez impacta no solo a los hogares, sino también a sectores productivos que incurren en costos elevados para garantizar operaciones básicas, higiene y mantenimiento. Ante este escenario, la desalinización mediante tecnologías de humidificación/deshumidificación (HDH) surge como una alternativa viable, destacándose por su flexibilidad, bajo mantenimiento, larga vida útil y reducida inversión inicial. Además, su operación a presión atmosférica permite el uso de materiales económicos y de fácil fabricación, mientras que su capacidad para tratar aguas con alta concentración de sales y su compatibilidad con energías renovables amplían su potencial. Un sistema HDH convencional consta de tres componentes esenciales: un calentador de agua, una torre de humidificación y un condensador. No obstante, el uso de calderas alimentadas con combustibles fósiles —como fuel oil o gas natural— contradice uno de los pilares fundamentales de esta tecnología: la sustentabilidad. Aunque alternativas como la energía geotérmica ofrecen ventajas ambientales, su aplicación está restringida por limitaciones geográficas. En este contexto, la planta experimental de hidrógeno en Pico Truncado (Santa Cruz), alimentada por energía eólica, emerge como una solución innovadora. Este proyecto no solo permite la producción de hidrógeno verde (obtenido mediante electrólisis alimentada por energías renovables), sino que abre la puerta a su uso como combustible en calderas HDH, sustituyendo fuentes fósiles y reduciendo emisiones de CO2, alineándose con iniciativas globales. La integración de hidrógeno en sistemas HDH promete optimizar la eficiencia energética mediante la inyección de vapor caliente en flujos de aire saturado, mejorando el intercambio térmico y la producción de agua dulce. Sin embargo, su combustión presenta desafíos técnicos significativos, como velocidades de llama elevadas (~3 m/s frente a 0,4 m/s del gas natural) y la necesidad de un control preciso de la relación aire/combustible para evitar inestabilidades. Estos factores exigen diseños de quemadores especializados que garanticen seguridad y rendimiento. Este trabajo se enfoca en el estudio sobre la combustión de hidrógeno mediante un análisis computacional de dinámica de fluidos (CFD). El objetivo principal es modelar la combustión de hidrógeno puro, evaluando patrones de flujo y distribución térmica, con el fin de sentar bases técnicas para futuros prototipos experimentales.
Facultad de Ingeniería