Análisis estructural y de seguridad en tanques criogénicos para movilidad con hidrógeno líquido

Abstract

Se ha diseñado y validado estructuralmente un tanque criogénico de hidrógeno líquido (LH₂, 20 K) de 8.895 m3 para su integración en un avión regional ATR 72-600 con propulsión eléctrica mediante pila de combustible alimentada de hidrógeno. Se ha diseñado las distintas partes del tanque mediante cálculos analíticos, y posteriormente se han validado mediante simulaciones FEA.

El proyecto se centra en el cálculo estructural de un tanque de hidrógeno líquido (LH₂, 20 K) de 8,895 m3 para su integración en un avión regional ATR 72-600 con propulsión eléctrica mediante pila de combustible alimentada de hidrógeno [3]. Para esto se diseña un tanque criogénico, selección de geometrías, selección de materiales, modelado térmico, evaluación de cargas, y cálculos de espesores y dimensiones. Mediante cálculo analítico se calculan las diferentes partes del tanque con los criterios y cargas de las normativas empleadas. Para verificar los cálculos analíticos se preparan diferentes simulaciones mediante análisis de elementos finitos con el software ANSYS. Una vez evaluados los diferentes casos de cargas, y manteniéndose las tensiones y deformaciones dentro de los límites establecidos se da como válida la geometría final alcanzada.A cryogenic liquid hydrogen (LH₂, 20 K) tank of 8.895 m³ has been structurally designed and validated for its integration in an ATR 72-600 regional aircraft with electric propulsion powered by a hydrogen fuel cell. The different parts of the tank have been designed by means of analytical calculations and subsequently validated through FEA simulations.

The project focuses on the structural calculation of an 8.895 m³ liquid hydrogen (LH₂, 20 K) tank for its integration in an ATR 72-600 regional aircraft with electric propulsion by means of a hydrogen fuel cell [3]. To this end, a cryogenic tank is designed, covering geometry selection, material selection, thermal modelling, load assessment, and thickness and dimension calculations. Through analytical calculation, the different parts of the tank are dimensioned according to the criteria and loads of the applicable standards. To verify the analytical calculations, several simulations are set up by means of finite element analysis using the ANSYS software. Once the different load cases have been assessed, and provided that the stresses and deformations remain within the established limits, the resulting final geometry is deemed valid..