Mejora de la detección de fugas de hidrógeno para aumentar la eficiencia de la pila de combustible y la electrolisis

En medio del impulso mundial por fuentes de energía sostenibles y neutrales en carbono, muchas empresas y países están cada vez más interesados en los combustibles alternativos. Uno de esos combustibles es el hidrógeno, que desempeña un papel fundamental en el panorama de las energías limpias como alternativa ecológica al gas natural. Esto ha dado lugar a un aumento repentino del interés por la tecnología de las pilas de combustible y la electrólisis.

Uno de los principales desafíos a los que se enfrentan estos dos procesos son las fugas de hidrógeno. El hidrógeno requiere un control cuidadoso a la entrada de las pilas de combustible PEM y en la electrolisis a la salida. Cualquier fuga que se produzca no solo disminuye la eficiencia, sino que también aumenta los costes e introduce peligros potenciales como la inflamabilidad y la asfixia.

A lo largo de este artículo profundizamos sobre la detección de fugas de hidrógeno y ofrecemos varias soluciones para ayudar a mejorar la seguridad y la eficiencia de los procesos de pilas de combustible y electrolisis.

¿Por qué hay fugas de hidrógeno en las pilas de combustible?

El Hidrógeno tiene una alta propensión a la aparición de fugas debido a su tamaño muy pequeño y su baja densidad (0.09 g / L a NTP de 0 °C / 1 atm) que se corresponde con una alta flotabilidad.

En las celdas de las pilas de combustible, el hidrógeno es propenso a fugar en los sellos presentes en las conexiones de proceso cerca de los cilindros de almacenamiento de H2 y en los recorridos de caudal asociados. Si bien es casi imposible alcanzar el 100% de contención del gas en una pila de combustible, la detección fiable de fugas es esencial para minimizar las pérdidas.

La detección de fugas de hidrógeno es fundamental para mantener la seguridad del personal y los procesos

Las fugas no solo reducen la eficiencia del proceso, sino que se convierten en un problema de seguridad serio. El hidrógeno tiene un límite explosivo inferior (LIE) de tan solo el 4% en volumen, lo que significa que incluso pequeñas cantidades de H2 pueden causar explosiones cuando se mezclan con el aire atmosférico. Incluso una chispa de electricidad estática del dedo de una persona es suficiente para desencadenar una explosión cuando hay hidrógeno presente.

Dado que el hidrógeno es inodoro, incoloro e insípido, la detección de fugas de hidrógeno es extremadamente difícil sin la ayuda de sensores. Por lo tanto, la monitorización de H2 exige de un equipo especializado para alertar al personal del peligro y de disponer de procedimientos de respuesta de emergencia rápidos.

Detección de hidrógeno con tecnología tradicional

Las tecnologías de sensores tradicionales para la detección de gases inflamables son los pellistores. Su principal desventaja es que requieren oxígeno, lo que los hace inadecuados en algunas instalaciones. Otro desafío al que se enfrentan es que algunas aplicaciones ponen a los pellistores en riesgo de envenenamiento o inhibición, dejando a los trabajadores desprotegidos. Estos sensores no son a prueba de fallos y no se detectará una falla a menos que se aplique gas de prueba, comúnmente conocido como prueba funcional.

Detección con instrumentos de caudal másico

La detección de fugas de hidrógeno se basa en instrumentos de proceso en línea y una supervisión cuidadosa de las entradas y salidas del sistema. Para la electrólisis PEM, un método implica comparar las tasas de flujo másico de entrada de H2O y salida de hidrógeno para calcular la cantidad de fugas que ocurren durante el proceso. Los caudalímetros Coriolis son ideales para medir y controlar la entrada de H2O para tales sistemas de electrólisis.

Figura 1. Banco de pruebas de verificación de fugas de la pila de pilas de combustible

Para los sistemas de pilas de combustible PEM, un método común de detección de fugas de hidrógeno implica el empleo de una combinación de sensores de hidrógeno junto con medidores de flujo. Se puede usar un medidor de flujo situado aguas abajo del suministro de H2 y las mediciones junto con sensores de hidrógeno para detectar cualquier fuga en el lado del ánodo de una pila de pila de combustible PEM.

Los caudalímetros másicos basados en presión diferencial permiten tiempos de respuesta rápidos, lo que permite la detección de fugas en tiempo real. Dada su sensibilidad, también son capaces de medir fugas muy pequeñas con gran precisión y exactitud. Esto puede ayudar a identificar los puntos de fuga para mejorar la eficiencia general del proceso, disminuir los costes y reducir los riesgos de peligro para los operadores.

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