- ¿Por qué es esencial una tecnología de medición fiable para las aplicaciones del hidrógeno?
- ¿Qué propiedades químicas del hidrógeno dificultan la medición precisa?
- ¿Qué propiedades físicas del hidrógeno plantean retos para la instrumentación?
- ¿Cómo se produce el hidrógeno y dónde se utiliza la tecnología de medición?
- ¿Cómo se transporta el hidrógeno y qué retos de medición conlleva?
- ¿Cómo se almacena el hidrógeno y qué requisitos de medición implica?
- ¿Cuáles son los requisitos clave para la medición de la presión y el nivel en los sistemas de hidrógeno?
- ¿Qué tecnologías de medición se utilizan habitualmente para las aplicaciones de hidrógeno?
- ¿Cómo mejora la digitalización la seguridad y el rendimiento de los procesos de hidrógeno?
¿Por qué es esencial una tecnología de medición fiable para las aplicaciones del hidrógeno?
Una medición fiable es la base para un manejo seguro y eficiente del hidrógeno. Dado que el hidrógeno puede comportarse de forma impredecible en condiciones cambiantes de temperatura y presión, es indispensable realizar un control preciso de la presión, el nivel, el caudal y la integridad del sistema. Pequeñas desviaciones pueden provocar fugas, pérdida de producto, ineficiencias o riesgos para la seguridad. A medida que se amplía la infraestructura del hidrógeno y las condiciones de funcionamiento se vuelven más complejas, la instrumentación precisa se convierte en un factor clave para ampliar la cadena de valor del hidrógeno.
¿Qué propiedades químicas del hidrógeno dificultan la medición precisa?
El hidrógeno es el elemento más pequeño y ligero, y esta simplicidad da lugar a varias propiedades químicas desafiantes. Su alta reactividad significa que solo se necesita una pequeña energía de ignición para desencadenar la combustión, lo que aumenta considerablemente los requisitos de seguridad para cualquier dispositivo de medición. Un desafío más sutil es la fragilización por hidrógeno, en la que las moléculas de hidrógeno se difunden en los metales, debilitan su estructura y pueden provocar grietas o fallos repentinos. Este efecto se intensifica a altas presiones y debe tenerse en cuenta en la selección de materiales, la carcasa del sensor y el rendimiento a largo plazo del instrumento.
¿Qué propiedades físicas del hidrógeno plantean retos para la instrumentación?
Las características físicas del hidrógeno imponen exigencias excepcionales a los equipos de medición:
- Densidad extremadamente baja: con 0,0899 kg/m³ en condiciones estándar, el hidrógeno es el gas más ligero que se conoce.
- Gran volumen por unidad de energía: esto significa que el hidrógeno debe comprimirse hasta ~700 bar o licuarse a -253 °C para su almacenamiento o transporte eficiente.
- Alta difusividad: los átomos de hidrógeno penetran fácilmente en los materiales, lo que contribuye a las fugas y a la deriva de las mediciones.
- Temperaturas y presiones extremas: los instrumentos deben soportar fluctuaciones rápidas y una exposición prolongada a condiciones de alta tensión.
Estas condiciones requieren materiales, juntas y diseños de sensores capaces de mantener la precisión a temperaturas criogénicas, presiones extremas y exposición constante a los efectos de la difusión.
¿Cómo se produce el hidrógeno y dónde se utiliza la tecnología de medición?
El hidrógeno se produce mediante diversos métodos, desde el reformado con vapor tradicional basado en combustibles fósiles hasta los sistemas de electrólisis de bajas emisiones, cada vez más extendidos. Cada una de estas vías se basa en la tecnología de medición para mantener un funcionamiento estable y eficiente. En el reformado con vapor, el control de la presión y la temperatura es esencial para gestionar las reacciones químicas a alta temperatura. En los sistemas de electrólisis, ya sean alcalinos, PEM o de alta temperatura, la supervisión de los niveles de electrolito, las presiones de hidrógeno y oxígeno y las condiciones internas de las celdas es crucial para la eficiencia operativa y la seguridad de los equipos. En todos los métodos de producción, los instrumentos de medición ayudan a garantizar la calidad constante del producto, la fiabilidad de la planta y la seguridad del proceso.
¿Cómo se transporta el hidrógeno y qué retos de medición conlleva?
El transporte de hidrógeno depende en gran medida del volumen, la distancia y el uso previsto. Cada método tiene necesidades de instrumentación únicas.
Métodos de transporte:
- Transporte de gas comprimido (hasta 700 bar o más): habitual para volúmenes más pequeños, normalmente por carretera.
- Transporte de hidrógeno licuado: permite volúmenes mayores, pero requiere temperaturas inferiores a -253 °C.
- Transportadores de hidrógeno como el amoníaco, el metanol o los LOHC: más fáciles de transportar utilizando la infraestructura de combustible existente.
- Tuberías: el método más económico para largas distancias de hasta ~10 000 km.
Retos de medición:
- Mantener lecturas precisas bajo presiones ultraaltas.
- Prevenir fallos causados por la fragilización por hidrógeno.
- Garantizar la detección de fugas en entornos altamente difusivos.
- Gestionar las condiciones criogénicas durante la licuefacción y la regasificación.
La instrumentación debe permanecer estable a pesar de los cambios extremos de temperatura, los caudales variables y los ciclos de presión.
¿Cómo se almacena el hidrógeno y qué requisitos de medición implica?
El almacenamiento de hidrógeno depende en gran medida de la aplicación. El almacenamiento de gas a presión es muy utilizado y exige una monitorización precisa de la presión para evitar el sobrellenado o la sobrecarga estructural. El almacenamiento criogénico requiere soluciones de medición de presión y nivel que puedan funcionar en condiciones en las que se deben gestionar la evaporación, los gradientes de temperatura y la contracción térmica. En los casos en que el hidrógeno se almacena químicamente, como en el amoníaco o el metanol, los instrumentos de medición deben ser compatibles con las propiedades del fluido y capaces de funcionar de forma fiable durante los procesos de conversión y reconversión. La medición precisa en todos los puntos de almacenamiento es fundamental para la eficiencia y la seguridad del sistema.
¿Cuáles son los requisitos clave para la medición de la presión y el nivel en los sistemas de hidrógeno?
Aunque las aplicaciones del hidrógeno varían mucho, ciertas características de los instrumentos son universalmente importantes:
- Resistencia a largo plazo a la difusión del hidrógeno
- Estabilidad a presiones extremas o temperaturas criogénicas
- Materiales que resisten la fragilidad
- Capacidad para medir medios con constantes dieléctricas muy bajas
- Respuesta rápida a condiciones de proceso dinámicas
- Cumplimiento de las normas de seguridad, como la protección contra explosiones y la seguridad funcional
Estos requisitos garantizan que el sistema de medición pueda soportar entornos hostiles y mantener la precisión durante todo el ciclo de vida del sistema.
¿Qué tecnologías de medición se utilizan habitualmente para las aplicaciones de hidrógeno?
La medición del hidrógeno suele basarse en tecnologías que son intrínsecamente resistentes a la difusión del hidrógeno y capaces de funcionar en condiciones de funcionamiento adversas. Las células de presión cerámicas se utilizan ampliamente para el hidrógeno gaseoso porque no requieren aceites de transmisión y mantienen la estabilidad durante largos periodos de tiempo. Las células de presión metálicas se seleccionan a menudo para aplicaciones de presión extremadamente alta, y pueden incorporar recubrimientos protectores para reducir los efectos de la difusión. Para la medición de nivel, se suelen utilizar tecnologías basadas en radar, tanto de radiación libre como de onda guiada, ya que proporcionan resultados fiables incluso cuando el medio tiene una constante dieléctrica baja o está sujeto a fluctuaciones de temperatura.
¿Cómo mejora la digitalización la seguridad y el rendimiento de los procesos de hidrógeno?
Las funciones digitales han cobrado cada vez más importancia en todo el sector del hidrógeno. Muchos instrumentos modernos ofrecen capacidades de autodiagnóstico que detectan irregularidades antes de que se conviertan en fallos. Los protocolos de comunicación digital permiten la integración con sistemas de control avanzados y la supervisión en tiempo real de las variables clave del proceso. Este nivel de información puede evitar tiempos de inactividad, mejorar la planificación del mantenimiento y aumentar la eficiencia general del sistema. Las herramientas digitales también favorecen la trazabilidad y proporcionan a los operadores los datos necesarios para optimizar los sistemas de producción, transporte y almacenamiento de hidrógeno.
Contenido aportado por VEGA Grieshaber KG
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