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Pilas de combustible: controlando la energía del futuro

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Las celdas de combustible han sido aclamadas como la fuente de energía del futuro; pueden proporcionar un suministro de energía no contaminante al volver a combinar hidrógeno y oxígeno para crear electricidad y agua. La química suena muy simple, sin embargo, crear una fuente de energía confiable, eficiente y segura requiere una considerable experiencia, especialmente en el control de los fluidos y gases involucrados en esta tecnología emocionante.

Tony Brennan, Gerente de Segmento de Campo, Fluid & Micro, en Bürkert, analiza el proceso con más detalle, lo que se necesita para desarrollar la tecnología y hacer que esté más ampliamente disponible.

La tecnología de celdas de combustible ha existido desde 1839, cuando la energía electroquímica se produjo por primera vez combinando hidrógeno y oxígeno, con agua como único subproducto. Desde entonces, la idea ha encontrado algunas aplicaciones de nicho (exploración espacial para una) pero no se ha comercializado a gran escala. Sin embargo, en los últimos años, el mercado ha adoptado varios diseños diferentes y los fabricantes están trabajando para satisfacer la demanda de potencial 'energía verde'.

Comprendiendo lo básico

Las pilas de combustible esencialmente convierten la energía electroquímica en electricidad, calor y agua. Entonces hacen una muy buena propuesta para proyectos combinados de calor y electricidad (CHP); pero también puede reducirse para su uso en aplicaciones móviles. Cada celda contiene dos electrodos, el ánodo y el cátodo, así como el electrolito que conecta los dos.

El hidrógeno en forma gaseosa se alimenta al ánodo, mientras que el oxígeno se suministra al cátodo. El combustible de hidrógeno viaja a través del electrolito, induciendo una carga positiva y negativa, que genera la corriente eléctrica. Cuando se combina con el oxígeno, forma agua, que necesita ser drenada.

Como combustible, el gas de hidrógeno necesita reponerse, y hay varias formas en que esto se puede lograr. Junto con el tipo de electrolito, estas dos variaciones establecen las diferencias entre los cinco tipos principales de celdas de combustible. Cada uno tiene sus ventajas y sus desafíos, pero todos requieren un alto grado de infraestructura de control para poder operar de manera eficiente y confiable.

re-combinando hidrógeno Las celdas de combustible han sido aclamadas como la fuente de energía del futuro; proporcionando un suministro de energía no contaminante al volver a combinar hidrógeno y oxígeno para crear electricidad y agua.

Control de gas

El control preciso del gas es esencial para que la celda de combustible se adapte a las cargas cambiantes y esto depende de comprender la fuente de hidrógeno y tener un sistema de medición calibrado adecuadamente. Las celdas de combustible que funcionan con gas rico en hidrógeno deben tener una salida controlada para los componentes que no son de hidrógeno, de lo contrario, la producción de electricidad se detendrá.

Algunos tipos de celdas de combustible requieren que tanto el oxígeno como el hidrógeno tengan vapor mezclado con ellos para mantener húmeda la membrana de intercambio de protones. La cantidad de vapor requerida depende de la temperatura y la carga en la celda de combustible, lo que también afecta la velocidad de flujo del hidrógeno y el oxígeno.

En los sistemas que funcionan con gases a presión, es esencial que estas presiones se controlen cuidadosamente para evitar daños a las estructuras internas de la celda de combustible. Dependiendo del tipo de combustible y el tamaño de la celda de combustible, se puede usar una variedad de solenoides proporcionales, transductores de presión y válvulas de control para ajustar y mantener las presiones requeridas dentro de la celda de combustible.

tecnología de pila de combustible Las celdas de combustible han sido aclamadas como la fuente de energía del futuro; proporcionando un suministro de energía no contaminante al volver a combinar hidrógeno y oxígeno para crear electricidad y agua.

Control de fluidos

El proceso de generación de vapor requerido para humidificar los gases necesita un circuito de control para agua ultrapura, así como una válvula de drenaje para el condensado. Sin esto, la celda de combustible se llenaría de agua y eventualmente no funcionaría. En algunas situaciones, el gas de hidrógeno puede pasar a través de un enfriamiento de agua en lugar de mezclarse con vapor. En este caso, el nivel del agua también debe controlarse cuidadosamente.

Además, el agua que se crea por la reacción electroquímica también necesita ser drenada. El principal desafío en todas estas situaciones es la naturaleza corrosiva del agua ultrapura, lo que significa que las especificaciones del material para los componentes y sellos de la válvula deben considerarse cuidadosamente.

Desarrollo de celdas de combustible

Ya se han establecido algunas aplicaciones especializadas a gran escala para celdas de combustible y la tecnología avanza a un ritmo constante. El enfoque ahora está en arreglos móviles más pequeños junto con la creación de una red de estaciones de combustible de hidrógeno y la logística para mantenerla.

Gran parte de la investigación se lleva a cabo en modelos de banco de pruebas, donde se pueden recrear los entornos químicos y físicos y las condiciones operativas de las aplicaciones reales. Este trabajo requiere los mismos niveles de control para los líquidos y gases, así como la capacidad de registrar todos los datos relevantes para su análisis. De hecho, se podría argumentar que el nivel de control debería ser más extenso que en la aplicación del mundo real.

Para crear unidades de medición y mezcla de gases, equipos de control y medición de flujo, así como válvulas de cierre de seguridad adicionales, Bürkert se basa en décadas de experiencia y pericia. Para aquellos que desarrollan nuevas tecnologías de celdas de combustible de hidrógeno, tanto grandes como pequeñas, la capacidad de controlar y monitorear todos los parámetros en el proceso de manera precisa y confiable ciertamente ayudará a alcanzar las soluciones de energía limpia que estamos buscando.

Kirsty Anderson
Bürkert Fluid Control Systems
Centro de control de fluidos, 1 Bridge End, Cirencester, Gloucestershire, GL7 1QY, Reino Unido
Tel: + 44 (0) 1285 648761 Fax: + 44 (0) 1285 648721
Web: www.burkert.co.uk
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Sistemas de control de fluidos Burkert

Fabricación de equipos de proceso. Uno de los pocos fabricantes que ofrece soluciones para el circuito de control completo.

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