La importancia crítica de la monitorización basada en hidrógeno en aplicaciones industriales y de servicios públicos.

En entornos de infraestructura crítica —desde transformadores de centrales eléctricas hasta instalaciones de almacenamiento de energía y procesos industriales— el hidrógeno actúa como un valioso indicador de diagnóstico y una señal de alerta temprana ante posibles problemas. Desconocer su presencia puede provocar fallos catastróficos en los equipos, riesgos para la seguridad e importantes interrupciones operativas. Los responsables de las instalaciones y los equipos de mantenimiento encargados de los activos y las operaciones críticas pueden mejorar la integridad y la seguridad operativas al comprender mejor los principios de medición del hidrógeno e implementar soluciones fiables de monitorización del mismo.

¿Cuál es el principio de medición del hidrógeno?

El principio de medición del hidrógeno se basa en materiales especializados que interactúan con las moléculas de hidrógeno de maneras que pueden medirse con precisión. Los sistemas avanzados de monitorización de transformadores basados ​​en hidrógeno, como los desarrollados por H2scan, utilizan tecnología basada en una relación única entre el hidrógeno y metales preciosos raros.

Cuando las moléculas de hidrógeno entran en contacto con ciertas superficies metálicas, se disocian en hidrógeno atómico, que se difunde en la red cristalina en cantidades proporcionales a la concentración de hidrógeno presente. Esta interacción genera cambios medibles en las propiedades eléctricas que proporcionan lecturas muy precisas específicas del hidrógeno.

Esta especificidad crucial elimina las falsas alarmas provocadas por otros gases que pudieran estar presentes en entornos industriales. Los sistemas de detección de hidrógeno de H2scan detectan este gas sin sensibilidad cruzada a otros gases, diferenciándose así de todas las demás tecnologías de medición en línea.

¿Cómo funciona un sensor de hidrógeno?

Los sensores de hidrógeno de H2scan funcionan empleando mecanismos sofisticados basados ​​en la tecnología patentada de estado sólido. En el núcleo de su enfoque de detección se encuentra un sistema de doble componente:

Los sensores contienen dos elementos principales: un dispositivo semiconductor de aislante metálico (MIS) que detecta los átomos de hidrógeno como una carga en las interfaces del material, y una resistencia de película delgada cuya resistencia aumenta a medida que los átomos de hidrógeno distorsionan la estructura reticular del paladio.

La operación comprende varios procesos clave:

• Adsorción selectiva: Las moléculas de hidrógeno se adhieren a la superficie del sensor donde se descomponen en hidrógeno atómico.
• Difusión en la red cristalina: Los átomos de hidrógeno penetran en el material sensor a base de metales raros a velocidades proporcionales a la concentración de hidrógeno.
• Modificación de la propiedad: El hidrógeno difundido provoca cambios medibles en las propiedades eléctricas del material sensor.
• Procesamiento de la señal: Los sistemas electrónicos avanzados convierten estos cambios en las propiedades en lecturas digitales precisas que pueden activar alarmas o proporcionar datos de monitorización continua.

La ventaja de los sensores H2scan reside en su exclusivo recubrimiento protector, que permite un funcionamiento continuo en entornos hostiles y contaminados, donde los sensores convencionales podrían fallar o requerir mantenimiento frecuente. Estos sensores se autocalibran sin necesidad de gases de calibración ni costosas visitas a las instalaciones. Esto garantiza una fiabilidad y precisión constantes, a la vez que reduce significativamente el tiempo y la mano de obra dedicados al mantenimiento y ayuda a evitar las interrupciones operativas.

¿Para qué se utilizan los sensores de hidrógeno?

Los sensores de hidrógeno de H2scan se utilizan para sistemas de monitorización en tres áreas de aplicación principales:

1. Monitoreo del estado del transformadorEl conocimiento del estado de los transformadores permite al personal saber si se encuentran en las condiciones adecuadas para satisfacer la demanda de energía de forma fiable y evitar la posibilidad, aunque pequeña, de fallos y explosiones. El hidrógeno y otros gases se generan cuando se producen problemas importantes en los transformadores, como sobrecalentamiento, descargas parciales y arcos eléctricos. ¿Por qué centrarse en el hidrógeno? El hidrógeno es un gas clave que aparece antes que otros, lo que lo convierte en un indicador de alerta temprana perfecto. En palabras de un experto del sector: «Cuando ocurren problemas en los transformadores, se genera hidrógeno». Esta capacidad de detección temprana permite a los equipos de mantenimiento identificar anomalías en los transformadores antes de que se conviertan en fallos catastróficos.
2. Almacenamiento de energíaLas baterías de plomo-ácido y de níquel-cadmio ventiladas, comúnmente utilizadas en salas de baterías, disipan hidrógeno que puede alcanzar niveles inflamables. Los monitores de hidrógeno detectan estas acumulaciones y activan alarmas o sistemas de ventilación cuando los niveles son demasiado altos. El rápido crecimiento de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) para la integración de energías renovables y la modernización de la red eléctrica incrementa la importancia crítica de la monitorización de la seguridad del hidrógeno. Incluso pequeñas cantidades de hidrógeno pueden crear condiciones explosivas en espacios cerrados.
3. Aplicaciones de procesos industrialesEl hidrógeno es un componente clave en numerosos procesos industriales, desde la generación de energía hasta la fabricación de productos químicos y la producción de semiconductores. En estas aplicaciones, es fundamental detectar, analizar y medir el hidrógeno de forma rápida y precisa para mejorar la eficiencia de los procesos y evitar problemas de seguridad. Gracias a las mediciones continuas de hidrógeno en los flujos de proceso, los sensores de hidrógeno de H2scan permiten a las instalaciones optimizar sus operaciones, garantizar la calidad del producto y cumplir con las normas de seguridad.

¿Cuáles son las técnicas de detección de hidrógeno?

Aquí se presentan algunas de las técnicas de detección de hidrógeno, cada una con principios de funcionamiento distintos:

• Sensores de estado sólido: Estos dispositivos utilizan aleaciones de metales raros altamente selectivas al hidrógeno y funcionan sin oxígeno en un rango de concentraciones desde unas pocas ppm hasta el 100 %. La tecnología de H2scan se enmarca en esta categoría, ofreciendo una alta precisión, larga vida útil, cero mantenimiento y diversas opciones de equipos que se adaptan a cada uno de los tres segmentos de mercado que podrían beneficiarse de las soluciones de monitorización.
• Sensores de pilas de combustible: Estos sistemas separan el gas del petróleo mediante membranas, utilizando hidrógeno como combustible para una celda electroquímica. Si bien son rentables y cuentan con tecnología probada, generalmente requieren el reemplazo de los sensores cada 1 a 5 años y pueden detectar varios gases, no solo hidrógeno.
• Cromatografía de gases: Esta tecnología de grado laboratorio separa los gases mediante columnas especializadas, proporcionando una precisión excepcional pero requiriendo botellas de gas, reemplazo periódico de las columnas y calibración continua.
• Espectroscopia fotoacústica: Esta tecnología, que utiliza fuentes de luz infrarroja con filtros específicos, mide los pulsos sonoros generados cuando las moléculas de gas absorben y liberan energía. Si bien ofrece una buena precisión sin necesidad de bombonas de gas, requiere sensores independientes para el hidrógeno.
• Sensores electroquímicos: Estos dispositivos generan señales eléctricas proporcionales a la concentración de hidrógeno, ofreciendo una alta precisión para la detección de pequeñas fugas con una larga vida útil.

¿Por qué es difícil detectar el hidrógeno?

A pesar de su presencia ubicua, el hidrógeno es difícil de detectar debido a los desafíos únicos que plantea su medición:

• Propiedades físicas: El hidrógeno es incoloro, inodoro y la molécula más pequeña que existe, lo que hace imposible detectarlo con los sentidos humanos y le permite escapar a través de las aberturas más pequeñas en los sistemas de contención.
• Dispersión rápida: Su densidad extremadamente baja provoca que ascienda y se disperse rápidamente en el aire, creando patrones de concentración dinámicos que los métodos de muestreo periódico convencionales a menudo pasan por alto por completo.
• Comportamiento de escape: El hidrógeno escapa de los sistemas de transformadores más rápido que cualquier otro gas, lo que hace que el muestreo anual de aceite tradicional sea ineficaz para la detección temprana de anomalías incipientes en los transformadores.
• Desafíos de interferencia: Las propiedades moleculares del hidrógeno dificultan su detección en entornos donde otros gases están presentes de forma selectiva. Esto se ve agravado por su tendencia a interactuar con diversos materiales, lo que puede enmascarar su presencia o generar lecturas erróneas en métodos de detección menos sofisticados.

Estos desafíos han impulsado las innovaciones de H2scan en tecnología de sensores, incluidas barreras protectoras patentadas que permiten un funcionamiento continuo incluso en entornos contaminados.

Soluciones avanzadas de monitorización de transformadores basadas en hidrógeno de H2scan

H2scan ofrece varias líneas de productos específicas para abordar necesidades de aplicación concretas:

Para la monitorización de transformadores:

La serie GRIDSCAN® 5000 combina un ASIC de alto rendimiento con el sensor de hidrógeno de eficacia probada de H2scan. Estos sistemas proporcionan mediciones precisas de hidrógeno a un menor coste para aplicaciones OEM o de servicios públicos de gran volumen. Al no requerir calibración ni mantenimiento, representan la solución de monitorización de transformadores basada en hidrógeno más rentable para la monitorización de flotas de transformadores, con un coste típico diez veces inferior al de las soluciones DGA multigás.

El GRIDSCAN 6000 es la única solución de monitorización de gases clave del sector que mide hidrógeno, humedad, presión y temperatura en una sola unidad. Esta integración de indicadores clave del estado de los transformadores permite a los operadores de la red obtener datos continuos en línea para evaluar el estado de sus parques de transformadores. Una garantía de diez años elimina las preocupaciones de mantenimiento y reduce los costes operativos.

La solución de monitorización de transformadores HY-VAULT™ está diseñada para mejorar la seguridad y la fiabilidad de los transformadores de red. Al integrar la serie GRIDSCAN 5000 con el AVO-1, HY-VAULT proporciona información en tiempo real sobre el estado de los parques de transformadores de red.

Para la seguridad de la sala de baterías:

El monitor de hidrógeno HY-ALERTA® 5021 está diseñado para aplicaciones de seguridad en salas de baterías. Cumple con todos los requisitos normativos, incluyendo la monitorización continua para mantener el hidrógeno por debajo del 25 % del límite inferior de inflamabilidad (LFL), la comunicación para activar los ventiladores de extracción y la comunicación Modbus para los requisitos de señalización. El sensor elimina los falsos positivos al detectar únicamente hidrógeno y ofrece una larga vida útil con capacidad de autocalibración, sin necesidad de gases de calibración ni costosas visitas in situ.

Para procesos industriales:

La serie HY-OPTIMA® ofrece analizadores de proceso continuos específicos para hidrógeno, diseñados para facilitar su uso, ofrecer flexibilidad de interfaz y garantizar un control preciso del proceso en aplicaciones industriales. Disponibles en diversas configuraciones, estos sensores operan en corrientes de gas de fondo en entornos industriales exigentes.

Tome el control de la seguridad del hidrógeno y la fiabilidad de los equipos

La presencia de hidrógeno no detectado puede provocar fallos catastróficos en los equipos, incidentes de seguridad e interrupciones en la producción. Las soluciones de monitorización de transformadores basadas en hidrógeno de H2scan ofrecen un funcionamiento fiable y sin mantenimiento, brindando al usuario tranquilidad y una visión continua del estado de sus activos críticos.

Con más de 15,000 sistemas de sensores instalados en todo el mundo y más de 1.3 millones de horas de servicio probadas en campo, H2scan ofrece una fiabilidad inigualable para la monitorización de transformadores basada en hidrógeno en aplicaciones de monitorización de transformadores, seguridad de salas de baterías y procesos industriales.

Apéndice

Sobre la autora

André Marais

André Marais es Vicepresidente Ejecutivo de Ventas y Marketing de H2scan Corporation, proveedor líder mundial de soluciones de sensores de hidrógeno. Marais lidera las iniciativas globales de ventas y marketing para ayudar a los clientes a implementar de forma segura soluciones para la economía del hidrógeno mediante tecnologías de medición especializadas. Anteriormente, dirigió equipos de diseño de ingeniería en Eskom, una de las cinco principales empresas de servicios públicos del mundo. Marais es un experimentado líder comercial B2B con amplia experiencia en los sectores de servicios públicos de energía, telecomunicaciones e industria. Es licenciado en Ingeniería Eléctrica, tiene un diploma en Gestión de Tecnología y es Ingeniero Profesional Certificado.