Síntesis
- Las energías renovables están ganando protagonismo: la energía eólica, la hidráulica y la solar se han convertido en pilares centrales de la transición energética. Reducen la dependencia de los combustibles fósiles e impulsan la descarbonización, lo que las convierte en la piedra angular de un sistema energético sostenible capaz de satisfacer la creciente demanda sin dejar de proteger el clima.
- El gas como una energía puente: a pesar de la rápida expansión de las energías renovables, el gas natural seguirá desempeñando un papel crucial para garantizar una energía fiable y asequible en los próximos años. Funciona como una tecnología puente que aporta estabilidad al sistema energético mientras las alternativas más limpias crecen, se despliegan y se consolidan.
- Hidrógeno y almacenamiento: para equilibrar la dependencia meteorológica de las energías renovables y los cambios estacionales en el consumo, se necesitan nuevas soluciones que aporten flexibilidad y estabilidad al sistema energético. El hidrógeno se perfila como una fuente de energía versátil, mientras que las tecnologías avanzadas de almacenamiento energético resultan esenciales para conservar el excedente de producción y aportar estabilidad al sistema. Juntas, estas soluciones acercan el objetivo de un suministro neutro en emisiones de CO.
Hidrógeno en la red de gas
La producción de hidrógeno renovable y su inyección en las redes de gas existentes desempeñan un papel clave en el avance hacia un suministro energético neutro en emisiones de CO₂. El hidrógeno puede producirse en lugares con una gran disponibilidad de energías renovables. Además, puede almacenarse y transportarse hasta el consumidor como vector energético adicional a través de las redes de gas existentes. El hidrógeno puede almacenarse y transportarse hasta un 30 % vol. en la red de distribución de gas natural existente.
Las redes de hidrógeno puro se desplegarán inicialmente a escala regional. Estas redes se irán uniendo poco a poco hasta formar redes más grandes. Las estimaciones para una red de transporte de hidrógeno a escala europea indican que podrían construirse hasta 40.000 km de infraestructura para 2040.
Efectos en la medición del caudal de gas
Por ello, la capacidad de medir de forma fiable y estable el caudal de gas natural con hidrógeno mezclado es cada vez más importante. El cambio en la composición del gas plantea nuevos retos de medición para las distintas tecnologías de medición. Esto se debe a que el hidrógeno añadido afecta a las propiedades del gas natural: cambia la densidad, la viscosidad, la explosividad, el caudal y la velocidad del sonido del gas. Algo que plantea retos completamente nuevos para las tuberías, compresores, juntas, válvulas, tecnología de medición, etc., por ejemplo en lo que se refiere al riesgo de fugas y explosiones o a la determinación del valor calorífico. Los operadores de redes de gas y los proveedores de gas se preguntan cómo afectará todo ello al rendimiento de sus caudalímetros de gas.
La medición de caudal por ultrasonidos ha marcado, durante las dos últimas décadas, un nuevo estándar de fiabilidad, durabilidad y precisión tanto en la industria del gas natural como en la del gas de proceso.
Añadir incluso un pequeño porcentaje de hidrógeno al gas natural provoca un aumento significativo de la velocidad del sonido (SOS). Con un 100% de hidrógeno en volumen, la velocidad del sonido es aproximadamente tres veces mayor que en el gas natural. Los diagramas de la figura 1 muestran el SOS para el gas natural, una mezcla de hidrógeno de 30 vol% y el hidrógeno puro.
Figura 1: velocidad del sonido para un gas natural típico (contenido de metano de 90
vol%) y mezclas de hidrógeno de hasta el 100
Esto impone varios requisitos al diseño del USM. Así, por ejemplo, debe garantizarse tanto el rango de medición equivalente al gas natural como la incertidumbre de medición requerida. Esto incluye la reducción de la dispersión de los valores medidos, la reducción de las sensibilidades cruzadas a las fluctuaciones de presión, temperatura y medios, y la reducción de los efectos fluidomecánicos.
En el caso del gas natural con adiciones de hidrógeno de hasta un 30% vol, todavía es posible compensar este efecto.
Figura 2: ejemplo de aplicación de un equipo FLOWSIC
Medición de caudal por ultrasonidos: también preparados para los requisitos futuros
La futura medición de la transferencia de custodia en mezclas de hidrógeno y en hidrógeno puro deberá cumplir las mismas especificaciones y requisitos —especialmente en lo relativo a la precisión de la medición— que los aplicados actualmente a la medición del gas natural. Los caudalímetros por ultrasonidos de gas (USM) deben adaptarse adecuadamente a la nueva tarea de medición.
Sin embargo, los gasoductos dedicados al transporte de hidrógeno no diferirán mucho de los gasoductos de gas natural. Los requisitos son similares a los de los caudalímetros de gas natural actuales. Para obtener una capacidad de transporte equivalente en energía, se requieren diámetros nominales mayores o caudales más elevados en los sistemas de transporte. Por lo tanto, los USM especialmente diseñados para el hidrógeno deben permitir velocidades máximas de gas más elevadas.
Como los medidores ultrasónicos (USM) cumplen sobradamente todos los requisitos, resultan ideales para la medición del caudal en aplicaciones de custody transfer en las futuras redes de transporte y distribución, tanto para mezclas de hidrógeno como para hidrógeno puro.
Las ventajas de la medición de caudal mediante un USM son:
- Amplia gama de diámetros nominales (DN50 a DN1400)
- Alto intervalo de medición de ≥ 1:100
- Sin bloqueo, sin pérdida de carga
- Sin piezas mecánicas móviles, sin pulsaciones
- Mayores caudales con hidrógeno
- Transferibilidad de la calibración a otros medios
Además de la clasificación según el contenido de hidrógeno, los USM también pueden diferenciarse según su uso en aplicaciones de gas de proceso, en redes de transporte y en redes de distribución:
Indicador de calidad del gas (GQI): Determinación del contenido de hidrógeno
Además de los valores de medición primarios y de la alta precisión requerida, los caudalímetros por ultrasonidos de gas (USM) ofrecen ventajas adicionales: gracias a la incorporación de un indicador de calidad del gas (GQI), el propio USM puede detectar cambios en la composición del gas a partir del valor de la velocidad del sonido (SOS). Incluso pequeños cambios en el contenido de hidrógeno pueden detectarse con gran precisión gracias al altísimo valor de la velocidad del sonido (SOS) del hidrógeno. Si se conoce la composición del gas de referencia o su SOS (sin hidrógeno), también es posible determinar con gran precisión el contenido de hidrógeno. El equipo compara el valor SOS medido con el valor SOS de referencia. Suponiendo que cualquier diferencia sea atribuible únicamente a la mezcla de hidrógeno, el contenido de hidrógeno puede determinarse directamente. La aproximación se realiza mediante una fórmula empírica implementada en el firmware del USM.
Preparado para la medición de gas de transferencia de custodia de hidrógeno al 100
Los transductores de hidrógeno de última generación, desarrollados para trabajar con altas velocidades del sonido, junto con una electrónica completamente nueva que opera a 1.000 kHz y procesos de control y pruebas de producción rediseñados, permiten un salto tecnológico significativo. Basándose en años de experiencia en medición de custodia, Endress+Hauser presenta el FLOWSIC610 un caudalímetro por ultrasonidos de última generación aprobado por la MID para la medición de hidrógeno en transferencia de custodia, disponible en todos los tamaños de DN50 a DN400 y con precisión fiscal clase 1.
Además de las interfaces estandarizadas para la comunicación de datos, el FLOWSIC610 incorpora una interfaz específica para la puesta en marcha y el mantenimiento. Con el adaptador compatible con Bluetooth®, es posible establecer conexiones inalámbricas de hasta 30 m con dispositivos finales que dispongan de Bluetooth®. No se necesitan adaptadores adicionales específicos para cada equipo. Como alternativa, también está disponible un adaptador con cable con interfaz USB-C.
Resumen
Los caudalímetros por ultrasonidos de gas se utilizan con éxito desde hace más de 20 años para medir la cantidad de gas en una amplia gama de aplicaciones. Esto incluye aplicaciones para gases con diferentes contenidos de hidrógeno. Los equipos utilizados en estas aplicaciones, así como otros de la familia de productos FLOWSIC, ya han sido adaptados y homologados para la dosificación fiscal de gases naturales con un contenido de hidrógeno de hasta el 30 % en volumen. Los operadores de redes de gas pueden seguir la tendencia de inyectar hidrógeno producido de forma renovable en las redes existentes y transportarlo y almacenarlo sin necesidad de realizar inversiones adicionales en nuevos caudalímetros de gas.
Las opciones de diagnóstico del USM permiten no solo una medición cuantitativa, sino también una determinación cualitativa del gas. Por lo tanto, el equipo proporciona un método de análisis complementario para el hidrógeno. Esto puede sustituir, en determinadas aplicaciones, a las técnicas analíticas de alto coste utilizadas para determinar el contenido de hidrógeno, como la cromatografía extractiva de gases.
Para los equipos ya instalados, se recomienda realizar una inspección del estado del equipo con el fin de evaluar el impacto de la inyección de hasta un 30 % de hidrógeno en la red. También debe comprobarse el efecto del envejecimiento, las condiciones de instalación o el regulador de presión. El departamento de mantenimiento de Endress+Hauser puede ayudarle con esta evaluación.
