Para que el hidrógeno tenga éxito como fuente de energía alternativa escalable y asequible, las tecnologías deben optimizarse y probarse de manera eficaz. En este artículo cubrimos algunas formas de mejorar la eficiencia de las configuraciones de ensayo de las pilas de combustible, permitiendo optimizar el uso de la instrumentación de flujo másico y presión.

Consejo 1: Optimizar la estabilidad de control del caudal

Mantener un control constante del flujo de gas de entrada evita las fluctuaciones en la salida de potencia de la celda de combustible, minimizando los cambios en las variables y simplificando las pruebas. Esto es tan útil que, en algunos casos, la capacidad de un controlador de flujo másico (MFC) para mantener un punto de ajuste es en realidad más importante que las especificaciones de precisión o repetibilidad.

Válvulas de control especificadas correctamente

Una forma de asegurar un control constante del flujo másico es especificar las válvulas de control de forma muy ajustada. Esto requiere lograr un equilibrio entre la estabilidad del control y la caída de presión. Una válvula grande, por ejemplo, tiende a crear una caída de presión menor que una válvula más pequeña y restrictiva, pero también implica una disminución de la estabilidad y capacidad/resolución de control.

Una válvula debidamente especificada debe ser lo suficientemente grande para alcanzar el flujo a fondo de escala cuando está completamente abierta y lo suficientemente pequeña para mantener la capacidad/resolución de control a tasas de flujo bajas. Una regla práctica es usar una válvula en alrededor del 50-75% de su capacidad, para tener capacidad de respuesta caso de que las condiciones de operación cambien.

Usar el mismo MFC para trabajar con hidrógeno y otros gases

El ajuste estrecho de la válvula puede ser problemático para aplicaciones que utilizan un MFC para hacer fluir varios gases, por ejemplo, hidrógeno y aire o nitrógeno. En este caso, el gas de mayor peso molecular puede ser incapaz de suministrar la caída de presión necesaria para alcanzar los caudales a fondo de escala. Este problema debe resolverse, ya que la salida generalmente alimenta directamente al sistema de la celda de combustible, y la presión del sistema también debe controlarse de cerca.

Cuando se busca un equipo de regulación que se pueda usar en una amplia gama de gases y condiciones, a menudo vale la pena comprometer el ajuste estrecho de las válvulas en favor de la versatilidad.

Creación de una mezcla de gases COMPOSER a través de la interfaz del panel frontal de Alicat

Consejo 2: Regular la presión del sistema de pilas de combustible

Es fundamental mantener tanto el flujo de gas de entrada como la presión del sistema de celdas de combustible. Esto puede resultar difícil debido a la relación dinámica entre flujo y presión.

Las unidades de flujo másico de Alicat incorporan sensores de presión por lo que pueden controlar el flujo másico al mismo tiempo que monitorizan la presión. Esto es útil para configuraciones con válvulas aguas arriba. Sin embargo, ciertos sistemas requieren una válvula aguas abajo. En estos casos, el sensor de presión mide la presión del gas de suministro aguas arriba en lugar de la presión de la pila de combustible.

Una solución para mantener la presión del sistema es controlar estrictamente el flujo de gas en la entrada de la celda de combustible y regular la contrapresión en la salida. Durante este proceso, es importante mantener la electrónica del dispositivo a salvo de altas temperaturas y humedad. Un par de formas de lograr esto es emplear instrumentación y sensores de acero inoxidable, o incluso emplear válvulas de escape remotas que se pueden colocar en algún punto de la línea de proceso, lejos de la electrónica.

Los reguladores de contrapresión mecánicos también funcionan bien en condiciones de prueba, particularmente para fluidos multifásicos. El rendimiento y la resolución del control se pueden aumentar mediante el uso de un controlador de presión de doble válvula Alicat como subsistema neumático para proporcionar la presión piloto.

Pila de combustible, ejemplo de prueba y regulación de caudal másico y presión

Consejo 3: Asegurar la compatibilidad con condiciones de alta humedad

Mantener la humedad del gas en una pila de celdas de combustible garantiza una generación de energía uniforme y mantiene el sistema en buen estado. Desafortunadamente, los gases con alta humedad pueden dañar la electrónica del controlador de flujo másico y disminuir la precisión de la medición. Por esta razón, los sistemas de humidificación de gas generalmente se colocan aguas abajo de los MFC en la entrada de las celdas de combustible. Esto, además de las altas temperaturas del sistema, hace que sea particularmente complicado medir el flujo másico de los gases de escape.

Los controladores y caudalímetro de flujo másico Coriolis son una solución viable para este tipo de situaciones. Sin embargo, el objetivo final es hacer que la tecnología del hidrógeno sea escalable y asequible, y estos dispositivos tienden a ser más costosos que otras tecnologías de flujo másico. Dependiendo de los requisitos del sistema, un dispositivo Coriolis más asequible y de menor precisión (versión CODA OEM) puede ser una solución ideal.

Controlador y caudalímetro coriolis

Consejo 4: Simplificar la resolución de problemas con instrumentos fáciles de usar

Las pantallas fáciles de leer y los controles locales en los instrumentos de flujo y presión simplifican y optimizan la resolución de problemas. Las pantallas retroiluminadas de las unidades Alicat estándar permiten el control de los sistemas en tiempo real.

Al gestionar activamente los parámetros y visualizarlos en pantalla (caudal másico, caudal volumétrico, presión y temperatura), los controles locales permiten que los cambios, como el control del punto de ajuste o la selección de la composición del gas, se realicen de forma rápida y sencilla de forma local en cada unidad.

Consejo 5: Pruebe fácilmente mezclas de gases

Es común experimentar con diferentes mezclas de gases en las primeras etapas de las pruebas de los sistemas de hidrógeno. Más allá de garantizar que las válvulas estén debidamente especificadas para hacer fluir los gases necesarios, también es beneficioso utilizar equipos muy versátiles. Los dispositivos Alicat están calibrados para trabajar de forma fiable con más de 98 gases (incluidas las mezclas definidas a medida) gracias a su función COMPOSER ™ sin necesidad de recalibrar ni aplicar factores K de conversión y, por lo tanto, pueden usarse fácilmente para pruebas de mezclas de gases en celdas de combustible.

Nota: Tenga en cuenta que COMPOSER ™ se utiliza para medir y controlar mezclas de gases no estándar, pero no para mezclar realmente los gases. Si necesita un sistema de mezcla de gases, consulte nuestro sistema de mezcla de gases en tiempo real Fusion Flow Technologies.

Además, trabajan desde el 0.01% hasta el 100% del fondo de escala, lo que significa que la misma unidad a menudo se puede usar incluso cuando los procesos se amplían. Esto simplifica los sistemas de pilas de combustible y minimiza el coste total.

Consejo 6: Prevenir las fugas

El hidrógeno es caro y presenta numerosos riesgos para la seguridad, por lo que la prevención de fugas es fundamental. Las válvulas de control proporcional de los controladores presentan un riesgo particular de fugas, especialmente cuando fluyen moléculas pequeñas como el hidrógeno.

Los equipos de Alicat pueden incorporar válvulas ASCO. Estas válvulas tienen una especificación de fugas excelente y son una buena opción para prevenir fugas.

También puede ser beneficioso realizar una prueba de fugas de helio en toda la instrumentación de presión y flujo másico, ya que esto puede proporcionar la máxima garantía de que sus dispositivos no tienen fugas.

Consejo 7: Minimizar el tamaño del banco de pruebas

Al ampliar los bancos de pruebas, el espacio puede convertirse en un problema. A caudales más altos, los equipos de medida de caudal másico térmicos requieren de largos tramos rectos de tubería para medir con precisión. Por el contrario, la tecnología de flujo másico laminar se puede colocar en cualquier posición y no necesitan de tramos rectos para medir con precisión. Por lo tanto, los dispositivos Alicat son valiosos por su capacidad para minimizar el tamaño del banco de pruebas.

Soluciones para otras áreas de investigación y desarrollo de la industria del hidrógeno

Ofrecemos un alto nivel de asesoría en la selección de la instrumentación más avanzada, fiable y contrastada dentro de nuestra cartera de productos para las aplicaciones relacionadas con la industria del hidrógeno: Bancos de Ensayos, Pilas combustible, Electrolizadores, Dispensadores, aplicaciones de I+D+i entre otras muchas.

Si tiene alguna pregunta sobre cuál es la mejor solución a emplear, puede ponerse en contacto con nuestros ingenieros de aplicaciones a través de nuestro correo electrónico o en el teléfono +34 91 805 19 10 para analizar las características de su aplicación y obtener ayuda para encontrar la instrumentación adecuada a sus necesidades.