- ¿Qué es un caudalímetro de hidrógeno y cómo funciona?
- ¿Por qué importa la medición del flujo de gas hidrógeno en la economía del hidrógeno?
- ¿Por qué es importante un caudalímetro de hidrógeno para los electrolizadores?
- ¿Qué papel desempeñan los caudalímetros de hidrógeno en el repostaje de vehículos de pila de combustible con hidrógeno?
- ¿Cuáles son los diferentes tipos de caudalímetros y principios de funcionamiento?
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¿Qué es y cómo funciona un caudalímetro de hidrógeno?
- Un caudalímetro de hidrógeno es un componente técnico que no solo mide el caudal, sino también, muy a menudo, la presión y la temperatura del flujo de hidrógeno en el caudalímetro. Utiliza estos datos de presión y temperatura para calcular la densidad de flujo y/o la velocidad del sonido del medio, con el fin de calcular el caudal másico (o volumétrico) de hidrógeno que se suministra. Por lo tanto, un término técnico más correcto para este dispositivo es "caudalímetro másico de hidrógeno".
- Los caudalímetros de hidrógeno se utilizan en aplicaciones de hidrógeno que requieren una medición precisa del caudal de hidrógeno, como electrolizadores o aplicaciones de reabastecimiento de hidrógeno.
- El caudalímetro de hidrógeno debe utilizar un principio de funcionamiento preciso (y repetible) para obtener una medición exacta del caudal másico de hidrógeno.
- La instalación debe considerarse con mucho cuidado, permitiendo suficientes tramos rectos de entrada y salida, cuando sea necesario. La instalación debe tener en cuenta la rigidez de las tuberías de conexión y la superficie de montaje.
- Los efectos de la presión y la temperatura en los materiales de construcción del caudalímetro (rigidez y dimensiones internas) también deben tenerse en cuenta al realizar los cálculos de caudal.
¿Por qué importa la medición del flujo de gas hidrógeno en la economía del hidrógeno?
El uso del hidrógeno requiere obviamente una medición precisa.
- El hidrógeno es necesario para proporcionar una fuente de combustible segura, económica, fiable y predecible para la calefacción, el transporte y el suministro de electricidad. Es necesario medir el consumo de hidrógeno.
- El almacenamiento del exceso de energía renovable en forma de hidrógeno se reconoce como una prioridad mayor y cada día que pasa genera más desafíos ambientales, sociales y políticos.
- El hidrógeno verde se genera mediante la electrólisis del agua utilizando electricidad verde generada por energía solar y eólica. Estas fuentes de energía renovable son en sí mismas impredecibles. El hidrógeno puede actuar como un medio de almacenamiento de energía para su uso por la noche, en días menos ventosos y menos soleados. Muchos sistemas de almacenamiento de hidrógeno incorporan un medidor de flujo de gas hidrógeno.
¿Por qué es importante un caudalímetro de hidrógeno para los electrolizadores?
- Los electrolizadores reducen su eficiencia con el tiempo, por lo que un caudalímetro fiable y preciso es una herramienta esencial que se puede utilizar para controlar la producción real y compararla con la producción teórica. El operador puede entonces actuar para realizar un mantenimiento oportuno, para garantizar que se alcance la máxima producción, minimizando el coste por kg de hidrógeno generado.
- Sin un caudalímetro, o uno que sea preciso y fiable, este mantenimiento puede resultar inoportuno o verse comprometido. El factor crítico en el rendimiento del caudalímetro del electrolizador es la capacidad de funcionar a presiones relativamente bajas (menos de 35 bar). Por tanto, disponer de un caudalímetro con una baja caída de presión permanente es un factor importante para este proceso.
¿Qué papel desempeñan los caudalímetros de hidrógeno en el repostaje de vehículos de pila de combustible con hidrógeno?
- Una vez generado, el hidrógeno se puede presurizar y almacenar antes de usarlo como combustible para vehículos. El proceso de cargar un vehículo con hidrógeno es bastante diferente al de los productos derivados del petróleo estándar, porque el combustible es un gas compresible, en comparación con un líquido no compresible.
- Al comienzo del abastecimiento, la presión del tanque del vehículo es baja (1-2 bar) y la presión del sistema de abastecimiento es alta (+700 Barg). Cuando comienza el proceso de carga, el hidrógeno fluye a través de una boquilla de carga, a un caudal relativamente alto, impulsado por la presión del sistema. No es impulsado por una bomba de caudal constante, que se utiliza para combustibles convencionales. Por este motivo, la velocidad de abastecimiento se reduce a medida que aumenta la presión del tanque y disminuye la presión del sistema. Esto a veces puede provocar que se requiera un llenado en dos etapas, para permitir que la presión del sistema se acumule nuevamente entre las etapas. La presión y la temperatura del gas cambian constantemente durante este proceso, por lo que la densidad del flujo varía constantemente a medida que se llena el tanque.
- En todo el sistema, la presión y la temperatura cambian debido a las válvulas de control de flujo, los intercambiadores de calor y los compresores. Por lo tanto, se requiere un conocimiento muy profundo de la densidad del flujo en el medidor de flujo, de modo que se pueda calcular con precisión el caudal másico y el total de hidrógeno. Sin un conocimiento de la densidad del flujo, el caudal másico puede ser inexacto. Por ejemplo, a 350 barg y 20 °C, cada error del 1 % en el cálculo de la densidad del gas producirá un error del 0,5 % en el caudal másico del gas. Un medidor de flujo o un sistema que controle la presión y la temperatura en el medidor de flujo es un requisito importante para mantener la precisión.
¿Cuáles son los diferentes tipos de caudalímetros y sus principios de funcionamiento?
Los caudalímetros funcionan según muchos principios, pero generalmente se prefieren aquellos que no tienen partes móviles, de modo que el desgaste de las piezas críticas no se convierta en una fuente de error en el proceso de medición. Un caudalímetro másico de gas hidrógeno sin partes móviles puede funcionar según el principio de presión diferencial. Alternativamente, puede ser del tipo caudalímetro másico Coriolis o del tipo caudalímetro ultrasónico.
1. Medidor de flujo de presión diferencial (Medidores de flujo DP)
- Un medidor de flujo DP crea una pequeña presión diferencial a lo largo del medidor utilizando el principio de Bernoulli. Este tipo de medidor de flujo de hidrógeno se basa en un cambio en el área de flujo dentro del cuerpo del medidor. Al medir la presión diferencial a lo largo de este cambio dimensional, así como la presión y temperatura de flujo en el medidor, se puede calcular un caudal preciso y corregir las variaciones de densidad. Los medidores de flujo DP miden la masa de hidrógeno y el caudal volumétrico.
- Los medidores DP tienden a tener una pérdida de presión diferencial media a baja. Algunos medidores de flujo de presión diferencial, como los que utilizan placas de orificio, requieren tramos rectos significativos (de 19 a 40 D) aguas arriba y aguas abajo. Otros, como los medidores cónicos DP, provocan un grado de autoacondicionamiento (eliminación de remolinos) que mantiene las longitudes de instalación al mínimo. Algunos diseños incluyen los tramos rectos requeridos, ya integrados en el cuerpo del medidor. Los medidores cónicos DP deben calibrarse en hidrógeno o en algún otro gas y el cálculo del caudal debe utilizar la presión y la temperatura de flujo en el medidor.
2. Medidor de caudal Coriolis
- Los medidores Coriolis utilizan el principio de Coriolis, que se basa en el movimiento del fluido a través de tubos vibratorios para calcular directamente el caudal másico de hidrógeno. Si también se calcula la densidad del fluido utilizando la presión y la temperatura del fluido, también se puede obtener el caudal volumétrico. Por este motivo, el hidrógeno se suele comercializar en unidades de masa, en comparación con el volumen de la gasolina o el diésel.
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- Un medidor de caudal másico Coriolis mide directamente el caudal másico, por lo que no es necesario conocer la densidad del hidrógeno. Los medidores Coriolis se basan en tubos vibratorios para detectar el caudal. A altas presiones o bajas temperaturas, la rigidez de estos tubos de paredes relativamente gruesas se ve afectada, por lo que un medidor Coriolis debe tener esto en cuenta en su cálculo de caudal. Un medidor Coriolis no requiere tramos rectos, pero tiene la mayor pérdida de presión diferencial a lo largo del medidor. Los medidores Coriolis deben montarse en una posición que evite la vibración del medidor y la tensión en las tuberías de entrada y salida. Los medidores Coriolis tienden a ser más costosos que otros tipos de medidores y deben calibrarse con hidrógeno o algún otro gas para mantener la precisión.
Para obtener más información sobre el caudalímetro coriolis, consulte Instrumentationtoolbox.com
3. Caudalímetro ultrasónico
- También se podría utilizar un caudalímetro ultrasónico, pero todavía se encuentra en una fase inicial de desarrollo. Su principio de funcionamiento es medir el tiempo que tarda una señal ultrasónica en recorrer el flujo.
- El medidor mide primero el tiempo que tarda una señal en cruzar la trayectoria del flujo, cuando se transmite en la dirección del flujo. Luego invierte la dirección de la señal y la transmite en contra del flujo, midiendo nuevamente el tiempo requerido. El primer tiempo es menor que el segundo, porque la señal fluye con la corriente. La diferencia entre ambas mediciones de tiempo se utiliza, junto con la velocidad del sonido del medio, para calcular el caudal. A medida que cambia la presión, también cambia la densidad del hidrógeno y la velocidad del sonido. Un medidor de caudal de hidrógeno ultrasónico tiene la menor caída de presión a través del medidor, porque este diseño es efectivamente una tubería abierta. Los medidores ultrasónicos también requieren longitudes rectas significativas de corriente arriba y de corriente abajo, para generar un flujo acondicionado (sin remolinos), de lo contrario, el caudal medido podría verse afectado negativamente. Los medidores ultrasónicos también deben calibrarse con hidrógeno, o algún otro gas, para mantener la precisión.
Para más información sobre caudalímetros ultrasónicos, consulte Instrumentationtoolbox.com
Contenido aportado por GM Flow
GM Flow es experto en la medición del caudal de gases, tradicionalmente gas natural y nitrógeno, pero ahora nos destacamos en hidrógeno y CO2. Nuestra tecnología está diseñada y construida en Escocia, con más de 100 años de experiencia dentro de nuestro equipo. Con menos de 1 bar de pérdida de presión y sin piezas móviles, nuestro último producto Hy-Cone™ está diseñado específicamente para hidrógeno. La baja pérdida de presión en Hy-Cone™ maximiza el rendimiento del hidrógeno en aplicaciones de abastecimiento de combustible para vehículos. Para aplicaciones de electrolizadores, estos dispositivos controlan las tasas de salida de hidrógeno, manteniendo la máxima eficiencia del electrolizador a lo largo del tiempo.
Última actualización: 15.1.2023