Otimizando Estações de Abastecimento de Hidrogênio com Tecnologia Avançada de Resfriador de Hidrogênio

A ascensão das tecnologias do hidrogénio, especialmente no sector da mobilidade, necessita de uma infra-estrutura de abastecimento robusta que possa apoiar a sua adopção generalizada. À medida que as estações de hidrogénio passam de projetos-piloto para implantação em grande escala em todos os países, o design e o equipamento destas novas estações devem evoluir. Eles devem ser capazes de operar sob condições extremas e lidar com o aumento da demanda e da frequência de uso. Esta evolução exige engenharia informada e soluções inovadoras para garantir fiabilidade, eficiência e escalabilidade na crescente economia do hidrogénio.

A importância do controle de temperatura no abastecimento de hidrogênio

O objetivo principal de um sistema de resfriamento de hidrogênio é abordar a inevitável elevação de temperatura que acompanha o Efeito Joule-Thomson, bem como a compressão do gás hidrogênio. Este fenómeno não é apenas um subproduto; é um fator crítico que, se não for gerenciado adequadamente, pode comprometer toda a operação de abastecimento.

Quando o hidrogénio é comprimido, sofre um aumento natural de temperatura que pode facilmente exceder o limite seguro do depósito de armazenamento do veículo. Para neutralizar isso, são empregados sistemas de resfriamento de última geração, projetados para reduzir eficientemente a temperatura do hidrogênio para uma faixa alvo – normalmente entre -33°C e -40°C, conforme o protocolo T40. Este nível de resfriamento não é uma mera conveniência; é um aspecto indispensável do processo de reabastecimento, garantindo que a temperatura do combustível hidrogénio não ultrapasse o limite superior do tanque de armazenamento de aproximadamente 85°C. Isto é crucial não apenas para a manutenção da integridade estrutural do tanque, mas também para facilitar um processo de reabastecimento rápido, com duração aproximada de 5 minutos.

Na ausência de tais mecanismos de refrigeração, não só o processo de reabastecimento seria menos eficiente, mas também introduziria preocupações de segurança significativas. As temperaturas elevadas durante a distribuição podem aumentar o risco de degradação do combustível e aumentar a probabilidade de incidentes de segurança relacionados com o calor.

Outros desafios do resfriamento de hidrogênio

Além dos desafios fundamentais do controle de temperatura, existem inúmeras outras considerações que os profissionais da área devem enfrentar. Esses incluem:

• Eficiência térmica: A eficiência de um sistema de refrigeração é fundamental. Deve funcionar de forma consistente sob diversas condições ambientais e adaptar-se às diferentes demandas de veículos com diversas capacidades de armazenamento.
• Integração do sistema: Os sistemas de resfriamento de hidrogênio devem ser perfeitamente integrados com outros componentes da estação. Isso requer uma compreensão multifacetada do layout da estação, da compatibilidade dos componentes e do fluxo ideal de hidrogênio.
• Consumo de energia: A operação de um sistema de refrigeração consome muita energia. Inovações na tecnologia de chillers que reduzem o consumo de energia sem comprometer o desempenho são constantemente procuradas para melhorar a eficiência geral da estação.
• Manutenção e Confiabilidade: Os sistemas de refrigeração de alto desempenho devem ser confiáveis ​​e fáceis de manter. Isso envolve o uso de materiais robustos, sistemas de proteção contra falhas e cronogramas de manutenção preditiva para minimizar o tempo de inatividade e garantir um serviço ininterrupto.
• Considerações ambientais: Os sistemas de refrigeração devem operar com impacto ambiental mínimo. Isto inclui a utilização de refrigerantes com baixo potencial de aquecimento global e a concepção de sistemas que evitem potenciais fugas ou emissões.

Aspectos distintivos do resfriamento de hidrogênio em estações de abastecimento

É necessária atenção especial ao resfriar o hidrogênio em postos de abastecimento devido ao potencial explosivo intrínseco do gás hidrogênio. A segurança é fundamental, especialmente na área do dispensador, onde o risco de explosão é mais significativo. A seleção de componentes para esta parte do sistema deve ser intrinsecamente segura e projetada para operar perfeitamente mesmo em ambientes potencialmente perigosos. Ao contrário dos componentes do sistema de refrigeração que podem estar localizados a uma distância mais segura – aproximadamente 20-40 metros do dispensador – aqueles que estão próximos do dispensador de hidrogénio devem cumprir normas rigorosas à prova de explosão.

O controle do sistema de refrigeração também deve ser ajustado para lidar rapidamente com flutuações substanciais de energia. Esta agilidade na resposta do sistema é crítica para manter a temperatura de saída do hidrogénio consistentemente dentro do intervalo desejado, independentemente da flutuação da procura durante os horários de pico de reabastecimento.

Critérios para dimensionamento de sistemas de resfriamento de hidrogênio

O dimensionamento dos sistemas de refrigeração depende de um conjunto de critérios-chave, cada um contribuindo para a configuração final do sistema:

• Requisitos de temperatura: A seleção da categoria de temperatura, como T40, T30, T20, ou uma temperatura de saída de hidrogênio personalizada, determina a capacidade de resfriamento necessária.
• Pressão de reabastecimento: O fato de o sistema atender às pressões de reabastecimento H70 (700 bar) ou H35 (350 bar) afeta o design e o desempenho do sistema.
• Taxas de fluxo: As taxas máximas e médias de fluxo de massa de hidrogênio em gramas por segundo durante o reabastecimento informam a capacidade do sistema de lidar com demandas repentinas.
• Volume de Hidrogênio: O volume total de hidrogênio necessário por hora e por sessão de abastecimento determina o rendimento do sistema.
• Contagem de dispensadores: O número de dispensadores influencia a distribuição da carga de resfriamento e a capacidade geral do sistema.
• Entrada do trocador de calor: As temperaturas máximas de entrada de hidrogênio no trocador de calor devem ser levadas em consideração para garantir um resfriamento eficaz.
• Fatores Ambientais: As faixas de temperatura ambiente e o impacto ambiental do refrigerante, como as limitações de GWP, são considerados para garantir a conformidade e a sustentabilidade.
• Dinâmica Operacional: A frequência do reabastecimento B2B e o layout físico, incluindo a distância entre o resfriador e o dispensador, moldam o design do sistema.
• Local de instalação: O país de instalação do sistema pode impor requisitos regulamentares ou climáticos específicos que influenciam o tamanho e a complexidade do sistema.

Tipos e recomendações para sistemas de resfriamento de hidrogênio

Dentre os sistemas de refrigeração, destacam-se os sistemas de refrigeração direta e passiva, cada um com atributos e aplicações únicas:

• Sistemas de resfriamento passivo: Esses sistemas são caracterizados por seu tamanho menor em relação ao resfriamento direto. Eles mantêm um trocador de calor de alta massa térmica a uma temperatura baixa constante, em linha com protocolos de abastecimento como o T40. Ideais para postos com reabastecimento B2B pouco frequente, possuem um limite de capacidade que é cuidadosamente calculado com base nas demandas específicas do posto.
• Sistemas de resfriamento direto: Oferecendo capacidade de resfriamento imediato por meio de um trocador de calor por difusão, os sistemas de resfriamento direto são mais adequados para cenários de reabastecimento pesados, como ônibus ou caminhões com tanques de hidrogênio maiores. O trocador de calor compacto se encaixa perfeitamente no dispensador e o sistema fornece capacidade de resfriamento sustentada por longos períodos.

A escolha entre sistemas depende do tamanho da estação, dos padrões de reabastecimento e do número de dispensadores, com o objetivo de fornecer um serviço de refrigeração contínuo e confiável.

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Encontre abaixo os modelos de chiller existentes:

Chiller portátil refrigerado a ar

Chiller de glicol de 2 toneladas: entrada/saída tripla, design personalizado de -30°C

Chiller portátil refrigerado a ar

7 ton (-10°C) + 8,5 ton (20°C) 2 Sistema em um chiller resfriado a ar industrial

Chiller de parafuso de refrigeração água

Resfriador de glicol resfriado a água de 44 toneladas

Chiller de parafuso de refrigeração água

Parafuso industrial refrigerado a água de 35 toneladas, refrigerador de baixa temperatura

Chiller portátil refrigerado a ar

Resfriador de glicol refrigerado a ar portátil de 1,5 ton

Conclusão

Em conclusão, a implantação de sistemas avançados de arrefecimento de hidrogénio é fundamental para o bom funcionamento das estações de abastecimento de hidrogénio. Estes sistemas não só garantem o reabastecimento seguro e eficiente dos veículos da próxima geração, mas também abordam uma série de desafios operacionais – desde a eficiência térmica até à integração e sustentabilidade ambiental. À medida que o setor da mobilidade a hidrogénio se expande, a inovação contínua e a implementação estratégica de tecnologias de refrigeração serão fundamentais para impulsionar um futuro mais limpo e mais eficiente em termos energéticos.