Tecnologías Avanzadas de Medición para Hidrógeno: Panametrics Lanza XMTCpro, HygroPro XP y T5MAX.
Descubre las nuevas soluciones de Panametrics (Baker Hughes) para medición precisa de hidrógeno: sensores de concentración, humedad y flujo con certificación SIL. Aplicaciones en energía limpia e industriales.
Contexto Tecnológico
Con el crecimiento global del hidrógeno verde, Baker Hughes ha lanzado tres nuevas tecnologías bajo su marca Panametrics para abordar los desafíos críticos de medición en producción, transporte y almacenamiento de H₂. Estas soluciones cumplen con estándares SIL y GFMR para entornos exigentes.
Tecnologías Clave:
En numerosos procesos industriales, la medición y el monitoreo continuo de gases como hidrógeno, metano o dióxido de carbono resultan esenciales para la prevención de explosiones y para asegurar condiciones operativas óptimas. El analizador XMTCpro se destaca al fusionar la tecnología probada de conductividad térmica con un rendimiento superior, ofreciendo a los usuarios precisión, durabilidad, confiabilidad y facilidad de uso. La conductividad térmica se erige como la tecnología predilecta para determinar concentraciones en mezclas binarias de gases, aprovechando la diferencia en la capacidad de conducción térmica de cada componente.
Principio de Operación:
Basado en conductividad térmica diferencial para mezclas binarias (H₂/O₂, H₂/N₂). Mide la relación entre la conductividad térmica del gas de proceso y un gas de referencia.
Especificaciones Clave
- Rango de Medición: 0-100% H₂ en mezclas binarias.
- Exactitud: ±0.1% del valor medido (certificación SIL-2).
- Tiempo de Respuesta: <2 segundos (para cambios del 90% del rango).
- Compensación Automática: Presión (0-100 bar) y temperatura (-40°C a +85°C).
Aplicaciones en Hidrógeno
- Electrolizadores PEM:
- Detecta fugas de O₂ en el lado del H₂
- Cumple con ISO 22734:2019 (seguridad en generación de H₂ por electrólisis).
- Almacenamiento Criogénico:
- Monitorea pureza de H₂ líquido durante licuefacción (requiere <10 ppm de O₂).
Innovación Técnica
- Detección de Contaminación en Línea: Usa algoritmos de IA para identificar desviaciones en la curva de calibración (ej.: presencia de CO₂ >5 ppm).
- Autodiagnóstico: Verifica integridad del sensor cada 15 minutos (cumple con IEC 61508 para seguridad funcional).
- Caso de uso: Medición de humedad en hidrógeno comprimido (ISO 14687-2:2019)
Tecnología:
Sensor de capacitancia de óxido de aluminio con recubrimiento de oro para resistencia a la corrosión por H₂.
El transmisor de humedad HygroPro XP es un dispositivo compacto de 4–20 mA diseñado para entornos peligrosos exigentes, presentando una pantalla retroiluminada integrada y un teclado programable de seis botones dentro de una carcasa a prueba de explosiones con clasificación IP66/Tipo 4X. Su interfaz permite una configuración sencilla de la medición de la sonda, las salidas analógicas y digitales (HART), así como otras funciones y diagnósticos. El HygroPro XP facilita la conexión en red multi-drop a través de HART, permitiendo la interconexión de múltiples unidades.
Equipado con un sensor de humedad de óxido de aluminio de probada eficacia, incluye un termistor integrado y un transductor de presión opcional para mediciones en tiempo real del punto de rocío/helada, temperatura y presión de la muestra. Esta capacidad permite calcular y visualizar parámetros de contenido de humedad en gases y en líquidos y e igualmente en gas natural.
Parámetros Técnicos:
- Rango de Punto de Rocío: -100°C a +20°C (equivalente a 0.1 ppmv a 20,000 ppmv). Ppmv= parts per million by volumen.
- Exactitud: ±1°C en rango -80°C a +20°C.
- Presión de Operación: Hasta 400 bar (ideal para hidrógeno comprimido a 700 bar en estaciones de servicio).
- Salidas: 4-20 mA + HART 7.0 (compatible con sistemas DCS/PLC).
Casos de Uso:
- Hidrógeno para Celdas de Combustible**:
- Garantiza humedad <5 ppmv (según **SAE J2719**).
- Detecta fallas en secadores de membrana o tamices moleculares.
Transporte por Gasoductos:
- Previene corrosión por agua en tuberías de acero (cumple con ASME B31.12 para H₂ gaseoso).
El T5MAX, con su perfil de sensor más pequeño, genera un haz más amplio que lo hace más resistente a las desviaciones por alta velocidad de flujo y menos susceptible a la desalineación de los transductores, lo que se traduce en una medición de flujo más confiable y robusta. Su señal más potente permite mediciones en trayectos más largos, mejorando la resolución y la precisión, especialmente en flujos bajos. Esta señal robusta también amplía su capacidad para operar en aplicaciones más complejas. Adicionalmente, su diseño compacto y elegante facilita su manipulación e instalación.
Diseño Mejorado:
- Frecuencia de Operación: 200 kHz (vs. 100 kHz en T5).
- Ganancia de Señal: +18 dB (detecta flujos desde 0.2 m/s).
- Materiales: Titanio grado 5 y cerámica PZT-8 (resistente a embrittlement o fragilización por H₂).
Aplicaciones Críticas:
- Recuperación de Flash Gas:
- ¿Qué significa el gas flash? En la producción de petróleo y gas, el gas flash es un vapor espontáneo que se produce al calentar o despresurizar la mezcla de petróleo extraída durante las diferentes fases de producción. La evaporación instantánea, o flashing, es el proceso por el cual los componentes volátiles se vaporizan repentinamente desde su estado líquido.
- Mide flujos residuales en plantas de H₂ líquido (<10 kg/h) para cumplir con World Bank’s Zero Routine Flaring by 2030.
- Exactitud: ±1% del caudal (vs. ±5% en medidores de desplazamiento positivo).
- Inyección de H₂ en Gasoductos:
- Detecta proporciones de mezcla H₂/NG desde 5% hasta 100% H₂.
- Certificación según AGA Report No. 11 (Ultrasonic).
Aplicaciones en la Cadena de Valor del H₂
- Producción: Monitoreo de pureza en electrolizadores PEM/Alcalinos
- Los electrolizadores PEM (Membrana de Intercambio de Protones) y los electrolizadores alcalinos son dos tipos de tecnologías de electrólisis del agua que producen hidrógeno, pero difieren en el tipo de electrolito que utilizan. Los electrolizadores PEM emplean una membrana polimérica sólida que permite el paso de protones, mientras que los electrolizadores alcalinos utilizan una solución alcalina, como hidróxido de potasio o sodio
Fuente: Google Electrolizadores PEM/Alcalinos
- Transporte: Detección de humedad en tuberías y almacenamiento criogénico
- Utilización: Medición de flujo en estaciones de reabastecimiento
Integración con Normativas
Cumplimiento con:
- ISO 19880-3 (Seguridad en estaciones H₂) *
- API RP 86 (Medición de flujo en gas)
“La norma API RP 86 es una herramienta valiosa para la medición de flujo de gas en la industria, garantizando la precisión, confiabilidad y eficiencia en la medición y control del flujo de gas.”
Fuente: Google API RP
- IECEx/ATEX (Ambientes explosivos)
“ATEX e IECEx son sistemas de certificación que aseguran la seguridad de equipos y sistemas de protección en atmósferas potencialmente explosivas. ATEX, una directiva europea, cubre equipos para la UE, mientras que IECEx es un esquema internacional que facilita el comercio global.”
Fuente: Google IECEx/ATEX.
Integración en Sistemas de Control Industrial
- Protocolos Compatibles:
- HART-IP: Para integración en redes IIoT.
- Modbus TCP: Conexión directa a SCADA.
- OPC UA: Interoperabilidad con sistemas MES.
“Un Sistema de Ejecución de Fabricación (MES) es un software que se utiliza en las fábricas para supervisar, controlar y monitorizar los procesos de producción, mejorando la eficiencia y calidad.”
Fuente: Google Sistemas MES
Conclusión:
Estas tecnologías resuelven tres desafíos críticos en la economía del hidrógeno:
- seguridad en electrólisis,
- calidad del H₂ comprimido y
- medición precisa de flujos residuales
Su diseño robusto y certificaciones globales las hacen aptas para despliegues masivos en proyectos de energía limpia.