Hacia la descarbonización 2050: Evaluación de las consecuencias físicas del transporte de mezcla H2NG en infraestructuras de gas natural mediante simulación

Abstract

El hidrógeno se considera un vector energético clave para la descarbonización del sistema energético en el horizonte de 2050, pero su integración en infraestructuras existentes de gas natural enfrenta desafíos críticos de seguridad sin resolver: fragilización del acero, amplios rangos de inflamabilidad, y ausencia de estándares cuantitativos para mezclas. Aunque el límite del 20 % de volumen de hidrógeno en mezclas con gas natural es frecuentemente citado en la literatura, las consecuencias físicas de escenarios de fuga, en términos de dispersión, radiación térmica y sobrepresión, permanecen insuficientemente cuantificadas. Está investigación aporta evidencia cuantitativa sobre los riesgos físicos asociados a mezclas de H2-NG en tuberías de gas natural en operación. Se evalúan cuatro combustibles (metano puro, hidrógeno puro, y mezclas al 10 % y 20 % de H2) bajo condiciones realistas: fugas de 20 mm a 1 MPa y 288 K, evaluadas bajo variaciones estacionales (−15 °C en invierno, 30 °C en verano). Se utiliza la herramienta HyRAM+ v6.1 para calcular modelos de consecuencias físicas y análisis de riesgos cuantitativos. Los resultados muestran que: (1) la dispersión horizontal aumenta aproximadamente 30 cm cuando se adiciona hidrógeno a la mezcla, requiriendo mayores distancias de separación; (2) la radiación térmica genera quemaduras de primer y segundo grado en proximidad inmediata a la fuga, mientras que las explosiones sugerían daños estructurales de tamaño bajo a medio en las proximidades; (3) el riesgo individual promedio (AIR) para metano e hidrógeno puros permanece dentro de criterios de aceptabilidad establecidos por la Canadian Society for Chemical Engineering. Este trabajo proporciona la validación cuantitativa que los ingenieros requieren para actualizar estándares de seguridad específicos para mezclas y determinar distancias operacionales seguras. La transición hacia sistemas energéticos basados en hidrógeno requiere reducir la incertidumbre técnica asociada a su implementación en redes existentes; en ese sentido, el presente contribuye a un paso esencial para garantizar la integración segura y un apoyo en la red colombiana de gas natural.