Tecnologia de medição segura para hidrogênio - Desafios e soluções

Comparado a outros gases, o hidrogênio tem propriedades químicas e físicas excepcionais. É o elemento mais leve do universo e tem uma capacidade de difusão extremamente alta. Isso significa que ele é capaz de penetrar em muitos materiais, o que pode levar à fadiga do material e a fugas nos sensores. O hidrogênio também é altamente reativo: Basta a mínima quantidade de oxigênio para formar misturas explosivas. Sensores de pressãoe medidores de nível precisam, portanto, além de der altamente precisos, apresentar proteção especial contra difusão e fragmentação.

Apesar de sua estrutura atômica simples de apenas um próton e um elétron, o hidrogênio tem propriedades químicas complexas. Aspectos particularmente críticos:

• Alta reatividade: O hidrogênio forma misturas explosivas com o oxigênio - a energia de ignição é 15 vezes menor do que a do metano.
• Difusividade: As pequenas moléculas penetram em materiais metálicos, o que pode levar a vazamentos. Em sensores de pressão cheios de óleo, por exemplo, o óleo pode inflar.
• Fragmentação de hidrogênio: O hidrogênio se acumula nas bordas de grão dos metais, o que pode levar ao enfraquecimento com o passar do tempo e até mesmo à ruptura repentina.

Para enfrentar esses desafios, os fabricantes de tecnologia de medição de hidrogênio utilizam materiais especiais, como aço inoxidável 316L, e revestimentos inovadores, como ouro-ródio.

O hidrogênio é armazenado sob pressão muito alta ou temperaturas extremamente baixas. Essas condições impõem altas exigências à tecnologia de medição. O hidrogênio geralmente é armazenado sob uma pressão de 400 a 700 bar, por exemplo, em tanques de alta pressão ou sistemas compressores. O desafio aqui:

• Sensores precisam suportar pressões extremas sem perda de precisão.
• É necessário evitar a fadiga do material causada pela fragmentação do hidrogênio.
• A longo prazo, a difusão pode prejudicar a estabilidade das células de medição de pressão.

A segurança é um aspecto fundamental da tecnologia do hidrogênio. A faixa de explosividade do hidrogênio é muito ampla: Misturas com oxigênio ou ar são explosivas com parcelas de hidrogênio de 4 a 77% do volume. Além disso, o hidrogênio tem uma energia de ignição extremamente baixa. Para minimizar os riscos, são usados conceitos de proteção em vários estágios:

1. Proteção primária contra explosão: Evitar misturas explosivas, por exemplo, por meio da separação segura de hidrogênio e oxigênio em eletrolisadores.
2. Proteção secundária contra explosão: Eliminação de fontes de ignição por meio de sensores intrinsecamente seguros com baixa demanda de energia elétrica.
3. Proteção terciária contra explosão: Medidas de limitação de danos, caso ocorra uma ignição.

Os sensores da VEGA possuem certificação ATEX, IECEx e SIL e permitem o uso sem riscos em atmosferas potencialmente explosivas e em funções de segurança.

Como a digitalização contribui para a segurança dos processos?
Além da medição propriamente dita, a moderna tecnologia de sensores oferece funções digitais adicionais que contribuem para a segurança operacional. Os sensores da VEGA dispõem de:

• Funções de autodiagnóstico: Monitoramento permanente do status do sensor para detectar rapidamente anomalias.
• Transmissão digital de dados: Integração perfeita em sistemas da Indústria 4.0por meio dos protocolos IO-Link e HART.
• Acesso remoto via Bluetooth: Manutenção e parametrização a uma distância segura.

O VEGA Inventory System permite ainda o monitoramento preditivo de estoque para evitar escassez e planejar o reabastecimento em tempo hábil.

A crescente digitalização e a interconexão dos processos industriais aumentam a vulnerabilidade das plantas a ataques cibernéticos. Os instrumentos de medição também estão sendo cada vez mais visados por hackers. A adulteração desses instrumentos não só põe em risco a segurança dos dados, mas também prejudica significativamente a segurança operacional. Portanto, é fundamental proteger a tecnologia operacional (OT) de forma eficaz para preservar o controle da produção e a integridade dos sistemas de medição contra ataques. A VEGA enfrenta esses desafios com um conceito de segurança abrangente, integrado, por exemplo, no VEGAPULS 6X. Esse sensor de radar atende aos requisitos da norma IEC 62443-4-2 e oferece proteção confiável contra manipulação de dados, espionagem e ataques de negação de serviço, graças a uma abordagem de proteção em vários níveis (Defense-in-Depth). Entre as medidas de segurança mais importantes estão:

• Transmissão criptografada de dados como proteção contra ataques cibernéticos
• Autenticação de usuários para bloquear o acesso não autorizado
• Verificação da integridade do firmware para garantir que sejam executadas apenas atualizações de software autorizadas
• Registro de eventos, que documenta tentativas de manipulação

Outro elemento central da estratégia de segurança da VEGA é a Product Security Incident Response Team (PSIRT) da própria empresa. Essa equipe monitora continuamente a situação da segurança, faz atualizações preventivas e reage rapidamente a possíveis ameaças. Ao combinar segurança cibernética, segurança funcional e mecanismos de proteção digital, a VEGA contribui para manter as plantas de hidrogênio seguras, mesmo num mundo onde tudo está interconectado.

O hidrogênio impõe altas exigências à tecnologia de medição - desde aplicações de alta pressão e criogenia até segurança contra explosão. Com sensores de pressão, instrumentos de medição de nível de enchimento e soluções digitais, A VEGA oferece uma base sólida para processos de hidrogênio mais eficientes e seguros. Com tecnologias inovadoras de materiais, sistemas avançados de compensação e ferramentas de análise digital, a VEGA está estabelecendo novos padrões na tecnologia de hidrogênio. Isso permite que essa promissora fonte de energia seja utilizada de forma otimizada – com segurança, precisão e eficiência.