Tecnología de medición fiable para el hidrógeno: retos y soluciones

En comparación con otros gases, el hidrógeno tiene unas propiedades químicas y físicas excepcionales. Es el elemento más ligero del universo y tiene una difusividad extremadamente alta, lo que significa que puede penetrar en muchos materiales y, en consecuencia, provocar la fatiga del material y fugas en los sensores. Además, el hidrógeno es altamente reactivo: incluso las cantidades más pequeñas de oxígeno son suficientes para formar mezclas explosivas. Por lo tanto, los sensores de presión y los instrumentos de medición de nivel no solo deben funcionar con extrema precisión, sino que también deben estar especialmente protegidos contra la difusión y la fragilización.

A pesar de su estructura atómica simple de solo un protón y un electrón, el hidrógeno tiene unas propiedades químicas complejas. En concreto, las más críticas son:

• Una alta reactividad: el hidrógeno forma mezclas explosivas con el oxígeno: la energía de ignición es 15 veces menor que la del metano.
• Capacidad de difusión: sus pequeñas moléculas penetran en los materiales metálicos, lo que puede provocar fugas. En los sensores de presión llenos de aceite, por ejemplo, el relleno de aceite puede expandirse.
• Fragilización por absorción de hidrógeno: el hidrógeno se acumula en los contornos del grano de los metales, lo que puede provocar un debilitamiento e incluso una fractura repentina a largo plazo.

Para afrontar estos desafíos, los fabricantes de tecnología de medición de hidrógeno apuestan por materiales especiales como el acero inoxidable 316L y recubrimientos innovadores como el oro-rodio.

El hidrógeno se almacena a una presión muy alta o a temperaturas extremadamente bajas. Estas condiciones suponen una carga considerable para la tecnología de medición. El hidrógeno se almacena a menudo a entre 400 y 700 bares, por ejemplo, en depósitos de alta presión o en sistemas de compresión. El desafío:

• los sensores deben soportar presiones extremas sin perder precisión.
• Se debe evitar la fatiga del material debido a la fragilización por absorción de hidrógeno.
• La difusión puede afectar a la estabilidad de las celdas de medición de presión a largo plazo.

La seguridad es un aspecto prioritario en la tecnología del hidrógeno. El rango de inflamabilidad del hidrógeno es muy amplio: las mezclas con oxígeno o aire son explosivas si el contenido de hidrógeno supone entre un 4 y un 77 % del volumen. Además, el hidrógeno tiene una energía de ignición extremadamente baja. Para minimizar los riesgos se utilizan conceptos de protección de varios niveles:

1. Protección primaria contra explosiones: evita mezclas inflamables, por ejemplo, mediante una separación segura del hidrógeno y el oxígeno en los electrolizadores.
2. Protección secundaria contra explosiones: elimina las fuentes de ignición mediante sensores con seguridad intrínseca y una baja energía eléctrica.
3. Protección terciaria contra explosiones: medidas para limitar los daños en caso de ignición.

Los sensores de VEGA están certificados según ATEX, IECEx y SIL y permiten un uso seguro en áreas explosivas y en funciones de seguridad.

¿Cómo contribuye la digitalización a la fiabilidad de los procesos?
Además de la medición en sí, la tecnología de sensores moderna ofrece unas funciones digitales adicionales que contribuyen a la seguridad operativa. Los sensores de VEGA tienen:

• Funciones de autodiagnóstico: una monitorización continua del estado de los sensores para detectar anomalías lo antes posible.
• Transmisión de datos digitales: perfecta integración en sistemas de la Industria 4.0 mediante protocolos IO-Link y HART.
• Acceso remoto por Bluetooth: mantenimiento y parametrización a una distancia segura.

Además, el VEGA Inventory System permite realizar una monitorización predictiva del inventario para evitar cuellos de botella y planificar el reabastecimiento a tiempo.

Con la creciente digitalización y la conexión en red de procesos industriales, aumenta la vulnerabilidad de las plantas de procesos a los ciberataques. Los instrumentos de medición también se están convirtiendo cada vez más en el objetivo de los piratas informáticos. La manipulación de estos instrumentos no solo pone en peligro la seguridad de los datos, sino que también perjudica significativamente la seguridad operativa. Por lo tanto, es fundamental proteger eficazmente la tecnología operativa (OT) para proteger tanto el control de la producción como la integridad de los sistemas de medición contra posibles ataques. VEGA supera estos desafíos con un concepto de seguridad integral, que está integrado, por ejemplo, en el VEGAPULS 6X. Este sensor radar cumple con los requisitos de la norma IEC 62443-4-2 y ofrece una protección fiable contra la manipulación de datos, el espionaje y los ataques de denegación de servicio gracias a un enfoque de protección formado por múltiples capas (defensa en profundidad). Las medidas de seguridad más importantes incluyen:

• Transmisiones de datos cifradas para defenderse de los ciberataques
• Autenticación de usuarios para evitar accesos no autorizados
• Comprobación de la integridad del firmware para garantizar que solo se realicen actualizaciones de software autorizadas
• Memoria de eventos que documenta los intentos de manipulación

Otro elemento central de la estrategia de seguridad de VEGA es el Product Security Incident Response Team (PSIRT) de la empresa. Este equipo monitoriza continuamente el estado de la seguridad, desarrolla actualizaciones preventivas y responde con rapidez a las posibles amenazas. Al combinar la ciberseguridad, la seguridad funcional y los mecanismos de protección digital, VEGA contribuye a garantizar que las plantas de hidrógeno sigan siendo seguras incluso en un mundo conectado en red.

El hidrógeno plantea unas grandes exigencias a la tecnología de medición, desde aplicaciones de alta presión hasta la criogenia y la seguridad contra explosiones. Con sensores de presión robustos, instrumentos de medición de nivel y soluciones digitales, VEGA ofrece una base fiable para unos procesos de hidrógeno eficientes y seguros. Gracias a unas tecnologías de materiales innovadoras, unos sistemas de compensación avanzados y unas herramientas de análisis digital, VEGA ha creado unos nuevos referentes en la tecnología del hidrógeno. Esto significa que esta prometedora fuente de energía se podrá utilizar de forma óptima: segura, precisa y eficiente.