Diseño de un sistema para la producción y uso de hidrógeno a bordo de grandes camiones mineros

Abstract

Los grandes camiones utilizados en la industria minera presentan un elevado consumo de combustible y gran producción de gases contaminantes, los cuales son traducidos en altos costos de operación. Algunos de estos camiones, como los de la serie 930E de Komatsu, presentan un sistema de frenado dinámico reostático, con el cual se produce una energía eléctrica al frenar. Sin embargo, dicha energía es desaprovechada al disiparla en forma de calor. Con el fin de diseñar un sistema que permita reducir las emisiones y consumo de combustible en estos camiones, se realizó un estudio para el consumo de diésel y energía recuperable del frenado a un camión Komatsu 930E-5, proponiendo implementar un sistema de producción de hidrógeno a bordo, para de esta manera sustituir un porcentaje del diésel empleado en la combustión. El proyecto se enfoca hacia la generación de hidrógeno y su almacenamiento, teniendo en cuenta limitaciones en cuanto a espacio y consumo de energía. Algunas otras limitantes, encontradas durante el desarrollo del proyecto son la reducida cantidad de información acerca de implementaciones similares y la adquisición de datos tanto de operación como técnicos, los cuales son necesarios en la práctica. Los cálculos realizados permiten estimar la cantidad de energía total aprovechable y un porcentaje sustitución energética en torno al 5%. Adicionalmente, es diseñado un tanque para el almacenamiento del hidrógeno en aluminio 6061-T6, teniendo en cuenta los modos de falla dúctil, frágil y por fatiga. De los resultados obtenidos se pudo determinar que la cantidad de hidrógeno producido en el camión mediante frenado regenerativo podría generar un ahorro significativo de diésel durante la operación.

The large trucks used in the mining industry have a high fuel consumption and production of polluting gases, which are translated into high operating costs. Some of these trucks, such as the Komatsu 930E series, have a rheostatic dynamic braking system, in which an electrical energy is produced when braking. However, this energy is wasted by dissipating it in the form of heat. In order to design a system to reduce emissions and fuel consumption in these trucks, a study was conducted for the consumption of diesel and recoverable braking energy to a Komatsu 930E-5 truck, proposing to implement an on-board hydrogen production system, to replace a percentage of the diesel used in combustion. The project focuses on hydrogen generation and storage, considering limitations in terms of space and energy consumption. Some other limitations encountered during the development of the project are the small amount of information about similar implementations and the acquisition of both operational and technical data, which are necessary in practice. The calculations allow us to estimate the amount of total usable energy and an energy substitution percentage around 5%. Additionally, a tank is designed for the storage of hydrogen in aluminum 6061-T6, considering the ductile, fragile and fatigue failure modes. From the results obtained it was possible to determine that the amount of hydrogen produced in the truck through regenerative braking could generate significant diesel savings during operation.