- ¿Cuál es la función principal de un sistema de enfriamiento de hidrógeno y por qué es tan importante?
- ¿Qué tipos de sistemas de enfriamiento de hidrógeno existen?
- ¿Qué tiene de especial la refrigeración del hidrógeno en las estaciones de repostaje?
- ¿Cuáles son los criterios clave de rendimiento de un sistema de enfriamiento de hidrógeno?
- ¿Cuáles son las interfaces clave para otros componentes en una estación de repostaje de hidrógeno?
- Dimensionamiento de los sistemas de refrigeración de hidrógeno
- ¿Cómo afecta la cantidad de hidrógeno llenada durante una dosificación al tamaño del sistema de enfriamiento de hidrógeno? Diferencias entre vehículos ligeros y vehículos pesados
- ¿Los sistemas modernos de enfriamiento de hidrógeno supervisan la eficacia del diseño del dimensionamiento del sistema de enfriamiento y pueden ajustarse?
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¿Cuál es la función principal de un sistema de refrigeración de hidrógeno y por qué es tan importante?
Un sistema de refrigeración de hidrógeno es necesario para que los coches impulsados por hidrógeno puedan repostar rápidamente. Debido al efecto Joule Thomson y a la compresión del hidrógeno en el depósito del coche de hidrógeno, el hidrógeno se calentaría por encima de la temperatura máxima permitida de almacenamiento de hidrógeno en el depósito del coche con un flujo de masa elevado. Por este motivo, el hidrógeno se enfría, por ejemplo, entre -33 ºC y -40 ºC (protocolo T40) poco antes de llegar al vehículo. De este modo, la temperatura del depósito en el vehículo se mantiene por debajo de la temperatura máxima permitida de unos 85 ºC. Con la ayuda del sistema de refrigeración, el repostaje es posible en 5 minutos.
¿Qué tipos de sistemas de enfriamiento de hidrógeno existen?
Básicamente, se puede distinguir entre refrigeración de hidrógeno activa y pasiva. La refrigeración activa se subdivide a su vez en refrigeración directa e indirecta.
Métodos de refrigeración H2
- Enfriamiento directo utiliza un intercambiador de calor de enlace por difusión para enfriar el hidrógeno (el más común en la actualidad).
- Enfriamiento indirecto utiliza un medio de enfriamiento, como una mezcla de agua y glicol, como medio intermedio para enfriar el hidrógeno (no recomendado debido a su ineficiencia).
- Enfriamiento pasivo utiliza un intercambiador de calor de hidrógeno con una masa térmica elevada, lo que permite que el propio sistema de refrigeración sea más pequeño (recomendado para llenados B2B bajos con coches).
A continuación puede encontrar una tabla comparativa de las posibilidades de refrigeración por hidrógeno:
Tipos de refrigeración H2
¿Qué tiene de especial la refrigeración del hidrógeno en las estaciones de servicio?
En el caso de la refrigeración de hidrógeno en las estaciones de servicio, es necesario tener en cuenta la zona de explosión que rodea al surtidor. En este caso, los componentes deben seleccionarse en consecuencia. Dado que el sistema de refrigeración suele estar situado a una distancia de entre 20 y 40 m, se pueden utilizar componentes convencionales.
Además, el control del sistema debe diseñarse de forma que pueda reaccionar rápidamente a fuertes fluctuaciones de potencia. De este modo, se garantiza que la temperatura de salida del hidrógeno se mantenga dentro de la ventana de temperatura.
¿Cuáles son los principales criterios de rendimiento de un sistema de refrigeración por hidrógeno?
El punto más importante es la capacidad de refrigeración del sistema. Ésta, a su vez, depende del tipo de refrigeración del hidrógeno. Si se deben realizar un gran número de repostajes B2B (Back to Back) seguidos o se carga una gran cantidad de hidrógeno en un solo repostaje, se debe utilizar un sistema de refrigeración directa. Este sistema requiere una mayor carga de conexión, pero también proporciona una mayor capacidad de refrigeración durante el repostaje. Por otro lado, durante los descansos entre repostajes, el consumo de energía será muy bajo.
¿Cuáles son las interfaces clave a otros componentes en una estación de repostaje de hidrógeno?
La interfaz entre el sistema de refrigeración y la estación de repostaje de hidrógeno es siempre el intercambiador de calor de hidrógeno, que suele estar situado en el interior del surtidor o junto a él.
Dimensionamiento de sistemas de enfriamiento de hidrógeno
En general, el tamaño del sistema de refrigeración depende del tipo de refrigeración. En este caso, se distinguen tres posibilidades.
- Enfriamiento directo mediante un intercambiador de calor por difusión (el más común en la actualidad)
- Enfriamiento indirecto, que utiliza un medio refrigerante por ejemplo mezcla de agua/glicol como medio intermedio (no recomendable por ineficiente).
- Enfriamiento pasivo, que utiliza un intercambiador de calor de hidrógeno con una gran capacidad térmica, lo que permite que el propio sistema de refrigeración sea más compacto (recomendado para llenados B2B bajos o poca cantidad de abastecimiento de hidrógeno con automóviles)
Puede encontrar más información sobre el dimensionamiento de los sistemas de refrigeración en la tabla 1 anterior.
¿Cuáles son los criterios clave para el dimensionamiento de los sistemas de refrigeración por hidrógeno?
La clave para dimensionar un sistema de refrigeración por hidrógeno es:
- Categoría de temperatura requerida. T40, T30, T20 o una temperatura de salida de hidrógeno individual
- Presión de reabastecimiento H70 (700 bar) o H35 (350 bar)
- Flujo másico máximo de hidrógeno en g/s durante un procedimiento de reabastecimiento
- Flujo másico medio de hidrógeno en g/s durante un procedimiento de reabastecimiento
- Cantidad de hidrógeno que se va a reabastecer por hora y por reabastecimiento
- Número de surtidores
- Temperatura máxima de entrada de H2 en el intercambiador de calor de H2
- Temperatura ambiente mínima y máxima
- Requisitos para el refrigerante, p. ej., limitaciones de GWP (potencial de calentamiento global)
- Cantidad de reabastecimiento B2B (Back to Back)
- Distancia entre el enfriador y el surtidor
- País de instalación del sistema
¿Cómo afecta el tamaño de la estación de repostaje de hidrógeno al tamaño del sistema de refrigeración de hidrógeno?
El tamaño del sistema de refrigeración depende en el sentido más amplio del número de repostajes B2B que se realicen de forma sucesiva, de la cantidad máxima de hidrógeno dispensado por repostaje y del número de surtidores disponibles para repostar al mismo tiempo.
Existen diferentes tipos de sistemas de refrigeración de hidrógeno. Los más recomendados son el enfriamiento directo y el enfriamiento pasivo.
Cuando se utiliza un sistema de refrigeración pasivo, el sistema de refrigeración es pequeño en comparación con el enfriamiento directo, ya que parte de la capacidad de refrigeración se almacena en el intercambiador de calor con una masa térmica alta durante el repostaje. Con esta variante, el sistema de refrigeración mantiene el intercambiador de calor grande a una temperatura baja constante adecuada para el protocolo de temperatura de repostaje, por ejemplo, -40 °C para el protocolo T40. Este sistema es adecuado para un pequeño número de repostajes B2B de automóviles. La cantidad de hidrógeno que se puede rellenar durante un evento de repostaje está limitada según un cálculo.
La situación es diferente con los sistemas de refrigeración directa. En este caso, el sistema de refrigeración transfiere la capacidad de refrigeración al flujo de masa de hidrógeno de forma instantánea a través de un intercambiador de calor de difusión.
Sin embargo, si se trata de repostar vehículos pesados, como autobuses o camiones, que tienen un tanque de almacenamiento de hidrógeno mucho más grande, se recomienda un sistema de refrigeración directa. Una gran ventaja de la refrigeración directa es el intercambiador de calor de difusión compacto, que normalmente se puede acomodar fácilmente en el surtidor de combustible. Además, la refrigeración directa permite proporcionar una capacidad de refrigeración constante durante un largo período de tiempo.
Es posible conectar un sistema de refrigeración con varios surtidores. Dependiendo de la necesidad, si todos los surtidores deben estar en funcionamiento al mismo tiempo o no, esto determina el tamaño y la capacidad de refrigeración del sistema de refrigeración. Si dos surtidores deben estar en funcionamiento al mismo tiempo, se necesita el doble de capacidad de refrigeración.
Esta ilustración muestra un modelo de una estación de servicio de hidrógeno con un sistema de refrigeración pasivo:
Sistema de refrigeración como parte de una estación de servicio de hidrógeno
¿Cómo afecta la cantidad de hidrógeno llenado durante un abastecimiento al tamaño del sistema de enfriamiento de hidrógeno? Diferencias entre vehículos ligeros y vehículos pesados.
En el caso de vehículos ligeros, como los turismos, se pueden utilizar los tres tipos de refrigeración. Sin embargo, solo se prefieren la refrigeración directa y la refrigeración pasiva, ya que la refrigeración indirecta es menos eficiente. La decisión de utilizar refrigeración directa o pasiva depende únicamente del número de reabastecimientos B2B.
- Con un gran número de reabastecimientos B2B => refrigeración directa
- Con un bajo número de reabastecimientos B2B => refrigeración indirecta
En el caso de vehículos pesados, es posible la refrigeración directa o indirecta, aunque en este caso se prefiere claramente la refrigeración directa debido a su mayor eficiencia.
¿Supervisan los modernos sistemas de refrigeración por hidrógeno la eficacia del diseño del dimensionamiento del sistema de refrigeración y puede ajustarse?
El sistema está diseñado básicamente para un punto de funcionamiento. Sin embargo, el sistema ajusta intuitivamente la capacidad de refrigeración al caudal de hidrógeno predominante. La capacidad de refrigeración puede ajustarse hasta 0 kW.
Contenido aportado por Kustec
KUSTEC, cuyo nombre oficial es Kälte- und Systemtechnik GmbH, tiene su sede en las afueras de Viena, en Freundorf (Austria), donde se desarrollan todas las innovaciones, y cuenta con una oficina en Colorado (Estados Unidos). Desde 2008, KUSTEC ofrece soluciones de refrigeración por hidrógeno para un total de más de 250 estaciones de reabastecimiento de hidrógeno en todo el mundo. Las asociaciones a nivel mundial han permitido ofrecer una excelente atención al cliente. Nuestra motivación es personalizar las soluciones de refrigeración por hidrógeno para satisfacer las necesidades de las estaciones de hidrógeno, innovar en sistemas altamente eficientes con bajo consumo de energía y centrarnos en el desarrollo de sistemas con bajo potencial de calentamiento global. Antes de la entrega, cada sistema se prueba en condiciones extremas para garantizar que cumple con los criterios de diseño.
Última actualización: 15.01.2023