El acondicionamiento eficiente de la presión del hidrógeno es un paso esencial en la producción de hidrógeno que permite una amplia gama de aplicaciones. Una clave para optimizar este proceso es el uso de un compresor alternativo de control de velocidad variable (VSD).
Los VSD y el hidrógeno
La electrólisis es un paso crucial en la producción de hidrógeno, los compresores VSD pueden controlar las fluctuaciones de una manera específica y eficiente. Este enfoque ayuda a optimizar el proceso de hidrógeno y a aumentar la eficiencia general de la producción de hidrógeno.
Electrólisis
La electrólisis es el proceso de dividir el agua en sus componentes hidrógeno y oxígeno, y es ya un proceso que juega un papel clave en la conversión y almacenamiento de energía mediante el uso de energías renovables. El compresor alternativo también hace una valiosa contribución al diseño sostenible de este proceso. La sinergia de las fuentes de energía renovables, como la solar, la eólica o la hídrica, en combinación con la electrólisis, allana el camino hacia una etapa importante en el camino hacia un suministro de energía sostenible.
Sin embargo, el suministro de energía para la electrólisis mediante fuentes renovables no está garantizado en todo momento. En condiciones óptimas, puede ser suficiente operar la electrólisis a plena capacidad. En las fases en las que la disponibilidad de energías renovables se ve comprometida, solo se dispone de una parte de la potencia necesaria para la electrólisis, esto conduce a una reducción significativa en la producción de hidrógeno dentro de estos períodos.
¿Cómo funciona el VSD?
También en este caso es importante reaccionar a las posibles fluctuaciones de producción en la electrólisis. Normalmente, el hidrógeno se comprime mediante un compresor alternativo para alcanzar la presión necesaria para un proceso o para introducirlo en las tuberías. Históricamente, el compresor alternativo se considera la tecnología más antigua para comprimir aire o gases.
Debido al desplazamiento, la cámara de compresión en el cilindro se reduce cada vez más y la presión del gas aumenta. Lo que en teoría parece sencillo requiere un gran conocimiento en el diseño de los compresores.
Al igual que otros procesos de compresión, la compresión del hidrógeno genera calor que debe disiparse. Además, es crucial que la cámara de compresión (estática) y el pistón (dinámico) estén bien sellados. Los segmentos de pistón, en particular, desempeñan un papel central en esto, ya que se encuentran entre los componentes más importantes del compresor alternativo. No solo influyen en la eficiencia del proceso de compactación, sino que también influyen en la duración de los intervalos de mantenimiento.
Funcionamiento de los compresores alternativos
En los compresores alternativos, hay esencialmente tres formas diferentes de controlar el flujo volumétrico que se comprime en el compresor:
¿Qué es el flujo de volumen?
En aplicaciones de ingeniería, el caudal se usa a menudo para describir la cantidad de aire, gas o líquido que pasa a través de tuberías, conductos, compresores o bombas. Es un parámetro importante en el diseño de sistemas en los que se debe controlar el flujo y la redistribución de sustancias.
1. Control de velocidad: Aquí, con la ayuda de un llamado convertidor de frecuencia, la velocidad del motor se regula a través de la llamada frecuencia. Dependiendo de la frecuencia establecida del motor, se consigue una rotación más rápida o más lenta, que se convierte en un movimiento de pistón en el cárter. El control de velocidad es un control muy eficiente del caudal volumétrico y, por lo tanto, se prefiere para unidades más grandes en el proceso de compresión.
2. Control de derivación: El control de derivación, también conocido como control circulatorio, utiliza una desviación externa alrededor del compresor para dirigir el gas desde la salida del compresor hasta la entrada. El punto donde se extrae el gas debe colocarse preferiblemente después del enfriador de salida, esto permite que el gas enfriado regrese al área de admisión. Alternativamente, si no hay radiador en la salida, el bypass se puede descargar en la ruta de succión aguas arriba de un intercambiador de calor o enfriador. Este método de control es especialmente adecuado para ajustes a corto plazo, temporales o precisos debido a su naturaleza suave y simple. Por lo general, este método se utiliza en combinación con dispositivos de alivio de válvulas de succión o espaciadores fijos para reducir el rendimiento del compresor en pasos específicos y predeterminados.
3. Elevación de la tapa de la válvula: El alivio de la válvula de succión es un método preferido de control de potencia, especialmente con un compresor alternativo de varias etapas. En tales casos, es difícil o insuficiente ajustar la velocidad para lograr el rango de carga parcial deseado. Este tipo de control utiliza un sistema de alivio que mantiene abierta la válvula de succión y permite que el gas fluya de regreso al área de admisión. En otras palabras, el alivio de la válvula de succión actúa como un mecanismo para abrir o puentear las válvulas de succión de los cilindros, generalmente en ambos extremos de los cilindros de doble efecto. Esto proporciona un alivio completo para uno o ambos extremos del cilindro.
En el caso de etapas individuales del compresor, los dispositivos de alivio de la válvula de succión permiten un control de la carga en tres etapas. Se alcanzan capacidades nominales de cilindro de 0, 50 y 100 por ciento. Si hay dos cilindros de doble efecto por etapa, la potencia se puede regular incluso en cinco etapas: 0, 25, 50, 75 y 100 por ciento. Sin embargo, hay que tener en cuenta que muchos compresores suelen excluir el nivel de carga del 25 por ciento por razones de fiabilidad. Sin embargo, en comparación con el control de velocidad, la eficiencia energética aquí es significativamente menor. Atlas Copco ofrece variadores de velocidad (VSD) para compresores alternativos de hidrógeno. Y no solo como opción, sino como producto estándar.
Ajuste eficiente de flujo
La atención se centra siempre en encontrar soluciones individuales para cada aplicación. Con un enfoque modular, se pueden combinar diferentes compresores, tanques de inercia y componentes para crear soluciones a medida. El control de velocidad en un compresor alternativo es un tema complejo que también tiene en cuenta las condiciones técnicas de contorno del diseño del compresor.
Los compresores alternativos de Atlas Copco se han utilizado en el sector del hidrógeno durante décadas y gozan de una excelente reputación por su fiabilidad. La combinación de esta larga experiencia con las innovaciones en el sector del hidrógeno permite a Atlas Copco ofrecer soluciones a medida para los clientes en todo momento.
Energía sostenible y electrólisis
En general, la electrólisis con energías renovables en combinación con conceptos de compresores eficientes ofrece oportunidades significativas para un suministro de energía sostenible. Al combinar fuentes de energía renovables con electrólisis, podemos producir hidrógeno limpio, almacenar energía y descarbonizar varios sectores. Este desarrollo marca un paso importante hacia un futuro con bajas emisiones de carbono y contribuye activamente a la lucha contra el cambio climático.
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Compresor VSD pequeño
Ofrecen una mayor potencia y una presión más estable que los de velocidad fija. Además, el elemento de tornillo patentado de Atlas Copco permite un ciclo de trabajo del 100%, lo que conlleva que, a diferencia de los compresores de pistón, un compresor de tornillo pequeño de velocidad variable no necesita periodos de enfriamiento.
