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E-3. PROYECTO DEFINITIVO.




                 LAILA MARÍA HERNÁNDEZ BOGETVEDT
                 SAÚL GARCÍA GARCÍA
  ...
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN………………………………….…….3



RESUMEN EN INGLÉS………………………………...5


MEMORIA……………………………………...………..7
 o AGENTES…………...
INTRODUCCIÓN

        ESTACIÓN DE SERVICIO DE HIDRÓGENO PARA LA ISLA DE GRAN
CANARIA.

        El Incremento global de de ...
La transición hacia lo que se ha bautizado como “Economía del hidrogeno”, concepto que
resumidamente significa la sustituc...
HYDROGEN STATION FOR THE GRAN CANARIA ISLAND

        The overall increase in temperatures on Earth is a fact recognized b...
For this three wind turbines of 3 Mw power each will provide the electricity necessary for
production of gas.

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MEMORIA
  PROMOTOR

      En la Ley de Ordenación de la Edificación de España, el Promotor es uno de los agentes
de la edi...
Promotores:

Carburos Metálicos


35214 - Telde (Gran Canaria)
Urb. Ind. Salinetas
C/ El Pescador, 21
Tel. 928 13 24 62
Fa...
http://www.iberdrolarenovables.es/




Cabildo de Gran Canaria


C/ Profesor Agustín Millares Carló,
35002


Tel.
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INFORMACIÓN PREVIA
Antecedentes

        La popularización de la pila de combustible puede suponer para la sociedad actual...
EMPLAZAMIENTO




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DATOS CATASTRÁLES:




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NORMATIVA URBANÍSTICA
BOLETÍN OFICIAL DE LA PROVINCIA DE LAS PALMAS

ILUSTRE AYUNTAMIENTO DE AGÜIMES

Plan General de Orde...
III. OTRAS RESOLUCIONES

Consejería de Medio Ambiente y Ordenación Territorial

        318 Dirección General de Urbanismo...
Por lo tanto, toda instalación de este tipo se convierte automáticamente en una “planta
piloto” y en un “demostrador de te...
Para incrementar la seguridad de la instalación, prestaremos especial atención al recorrido
de cualquier oleoducto o gaseo...
Los muros cortafuegos o pantallas contra incendios se construirán en obra de ladrillo,
hormigón o de cualquier otro materi...
Todas aquellas edificaciones en las que se realicen operaciones que involucren la
manipulación y el uso de H2 deberán proy...
Los edificios o las estructuras cerradas de nuestra instalación se diseñaran de forma que se
realice una buena ventilación...
Las estaciones de servicio de hidrógeno serán diseñadas de manera que, si eventualmente se
produjera un fallo de potencia ...
Los depósitos de hidrógeno se confeccionan tanto para su disposición horizontal como para
su colocación vertical. En el di...
vapor, así se elimina la necesidad de contar con sistemas eléctricos en la vecindad, evitando además
posibles contaminacio...
puesto que los gases se concentran en un recinto cerrado, aumentando la potencia de la posible
explosión.



             ...
Evitaremos que cualquier flujo de purgado de gases o de mezclas corrosivas afecten
                a estas instalaciones, ...
La estación contará con los medios necesarios para prevenir que cualquier partícula de
aceite o grafito o de cualquier otr...
En las zonas donde las conducciones de H2 coincidan en su recorrido con trazados
eléctricos, ya sea en la misma zanja o co...
El surtidor de hidrógeno, a pesar de la temperatura del gas remanente en su interior debida a
la presurización del mismo, ...
TIPO C.- La manguera de suministro y el acople se despresurizaran al término de
                la operación de repostaje....
En la primera estación de servicio de H2 comercial del mundo en Berlín, operada por las
compañías Aral y Linde, se instaló...
Surtidor de hidrógeno gaseoso. Stuart Energy (Filial de la compañía Hydrogenics)




        En la estación diseñada por n...
Sistema de Compresión “Boster”.-

       El gas a suministrar se mantiene confinado a presiones por debajo de la presión d...
proceso descrito por lo general se realiza de manera automatizada. Tanto en el proceso de repostaje
de cascada, como en el...
Tipos y Características de los Compresores para el Repostaje.-

        Como ya se ha explicado necesitaremos instalar al ...
Para evitar la formación de burbujas de aire o que se cree vacío en las conducciones de todo
el sistema de presión se debe...
A pesar de recomendar en nuestro proyecto la instalación de compresores del tipo
diafragma, estos novedosos sistemas, pres...
Si fuese necesario realizar una evacuación de emergencia del hidrógeno almacenado, esto
se deberá a cualquiera de las sigu...
con lo cual no se producirá una disminución de la capacidad de purgado del sistema de baja
presión.

           Todo el si...
Para minimizar la posible formación de “nubes de hidrógeno” próximas al nivel de suelo, se
deberá evitar a toda costa la d...
resistencia a la corrosión, aspecto este último importante puesto que minimiza el posible
desprendimiento de partículas en...
Es muy importante aclarar que la ventilación del hidrógeno y del oxígeno no deberá
realizarse en el mismo sistema. De mane...
“golpee” al personal o dañe cualquier estructura, depósitos, válvulas o cualquier otro tipo conjunto
de equipos. Las chime...
Dos de las consideraciones principales a tener en cuenta en la selección de los materiales
empleados en una estación de se...
Las conexiones entre elementos de gran tamaño construidos con metales nobles con
dispositivos más pequeños elaborados con ...
Para recoger las gotas procedentes de cualquier pequeña pérdida producida por la
condensación exterior en circuitos no ais...
puede disponer de una red de sensores térmicos y ópticos de incendio, dichos equipos se pueden
complementar con los sistem...
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  1. 1. 2010 E-3. PROYECTO DEFINITIVO. LAILA MARÍA HERNÁNDEZ BOGETVEDT SAÚL GARCÍA GARCÍA INGENIERÍA TÉCNICA INDUSTRIAL, MECANICA 19/05/2010
  2. 2. ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………….…….3 RESUMEN EN INGLÉS………………………………...5 MEMORIA……………………………………...………..7 o AGENTES………………………………………..…………7 o ANTECEDENTES………………………………...………..9 o PLANOS…………………………………………………..15 o DESCRIPCION DEL PROYECTO………………...……..18 MEMORIA CONSTRUCTIVA…………………….….66 o SUSTENTACION Y PRESTACIONES DEL EDIFICIO..66 CUMPLIMIENTO DEL CTE…………………………..73 o SEGURIDAD EN CASO DE INCENDIO …….…………73 o INSTALACIONES………………………………………..87 ANEXO 1……………………………………………….90 2
  3. 3. INTRODUCCIÓN ESTACIÓN DE SERVICIO DE HIDRÓGENO PARA LA ISLA DE GRAN CANARIA. El Incremento global de de las temperaturas del planeta Tierra es un hecho reconocido por la gran mayoría de naciones de la llamada Comunidad Internacional. Los científicos e investigadores más acreditados, prevén a día de hoy que las consecuencias negativas de este fenómeno serán muchas y, en algunos casos podrán ser catastróficas. La actividad humana está relacionada de manera directa con los orígenes del efecto que se ha bautizado como “Calentamiento Global”, sin bien en la actualidad la cuestión discutida es si la intervención del hombre es la causante o un catalizador de dicho fenómeno. Ante esta situación los países con mayores recursos económicos y tecnológicos, han decido emprender un largo camino hacia la transición y posterior sustitución de un sistema económico productivo sustentado en los combustibles fósiles, cuya combustión se responsabiliza de originar, potenciar y agravar el calentamiento global o cambio climático, hacía un nuevo horizonte en el que la energía provenga de fuentes que produzcan menor o ninguna contaminación. Así se lograría reducir o cesar en gran parte la emisión de los nocivos Gases de Efecto Invernadero, procedente de la combustión de hidrocarburos y co-responsables del efecto invernadero que está modificando el clima de la Tierra. Entre las alternativas propuestas para sustituir a los combustibles fósiles en los años venideros una de las más destacadas y con amplias perspectivas de alcanzar el éxito comercial, y por tanto superar la barrera de la viabilidad económica, es el uso de las denominadas Pilas de Combustible de Hidrógeno. Esta prometedora tecnología está demostrando ser muy capaz de cubrir las necesidades planteadas tanto por la demanda doméstica como la industrial. Además, junto con los vehículos de propulsión híbrido eléctrica y eléctrica, son la solución ideal para el transporte por carretera. Así nuestro proyecto está enfocado concretamente a la utilización de las pilas de combustible de hidrógeno en el sector del transporte por carretera, tanto en el ámbito privado como en el público. Para ello nuestro equipo de diseño ha proyectado una estación de servicio de hidrógeno en la isla de Gran Canaria, emplazada en el polígono Industrial de Arinaga. 3
  4. 4. La transición hacia lo que se ha bautizado como “Economía del hidrogeno”, concepto que resumidamente significa la sustitución progresiva de los hidrocarburos, en aquellos sectores económicos e industriales en los que sea posible, requiere de experiencias experimentales a gran escala. El fin natural de dichos proyectos es la obtención de la experiencia e información, fruto de su aplicación en condiciones próximas a las de “mercado”, necesaria para dar el paso final de la introducción con éxito del hidrógeno a gran escala. Por esta razón el proyecto planteado por nuestro equipo, ha dado un paso más allá, incorporando un reto extra en la instalación propuesta. La estación de servicio de hidrógeno producirá in situ el hidrógeno a distribuir, producción de H2 que se realizará empleando una fuente de energía eléctrica renovable, la eólica. Para ello tres aerogeneradores de 3 Mw. de potencia cada uno nos proporcionaran la energía eléctrica indispensable para producción del gas. Además de esta importante característica, la incorporación de la energía eólica, hemos decidido plantear un proyecto abierto a la incorporación de los nuevos adelantos tecnológicos que sin duda están por llegar. El fin de una estación de servicio es suministrar del combustible necesario a un determinado volumen de automóviles o vehículos de transporte o de carga. Bien, los proyectistas de nuevo hemos marcado un ambicioso objetivo. La flota de vehículos de pila de combustible de H2 a la que le suministraremos energía será la mayor de Europa, 90 automóviles privados y 10 guaguas. Ello requerirá una producción diaria de 500 kg de hidrógeno. Nuestra ambición está justificada. La razón principal para plantearnos estos objetivos, en el momento de confeccionar este trabajo ningún proyecto europeo plantea la consecución de metas tan complicadas, es la particularidad de las Islas Canarias de constituir un sistema cerrado, energéticamente hablando. Así como nuestra particularidad demográfica, una elevada población, y características políticas, un territorio de la Unión Europea próximo al continente africano. Creemos que estas razones planteadas justifican la naturaleza del proyecto, ya que tanto de las consecuencias del éxito en la consecución del proyecto, como su desarrollo satisfactorio, proporcionarán a las Islas Canarias una más que envidiable posición en un futuro no muy lejano, y nos situarían como plataforma líder en la transición hacia la Economía del Hidrógeno, por supuesto la implicación de las distintas administraciones del estado, nacionales, locales y regionales será fundamental en la financiación responsable de este proyecto de gran repercusión económica, social y tecnológica. 4
  5. 5. HYDROGEN STATION FOR THE GRAN CANARIA ISLAND The overall increase in temperatures on Earth is a fact recognized by most nations of the so- called International Community. The most reputed scientists and researchers, provide a day that the negative consequences of this phenomenon are many and, in some cases can be catastrophic. Human activity is directly related to the origins of the effect has been dubbed "Global Warming", though at present the issue discussed is whether the intervention of man is the cause or a catalyst for this phenomenon. In this situation the countries with greater financial resources and technology, have decided to embark on a long road to the transition and subsequent replacement of a productive economic system based on fossil fuels, whose combustion is responsible for originating, enhance and aggravate global warming or changes climate was a new horizon where the energy comes from sources that produce less or no pollution. This would reduce or remove much of the harmful emission of Greenhouse Gases from the combustion of hydrocarbons and co-responsible for the greenhouse effect that is altering the Earth's climate. Among the proposed alternatives to replace fossil fuels in the coming years, one of the most prominent and broad prospects for commercial success, and thus overcome the barrier of the economic viability, is the use of so-called hydrogen fuel cells. This promising technology is proving to be very capable of meeting the needs of both domestic demands as industrial. In addition, vehicles with hybrid electric propulsion and electric are the ideal solution for road transport. So our project is focused specifically on the use of hydrogen fuel cells in road transport sector, both in private and public. For this our design team has designed a hydrogen service station on the island of Gran Canaria, located in the industrial Arinaga. The transition to what has been called "hydrogen economy", a concept that is briefly the progressive replacement of fossil fuels in those economic and industrial sectors where possible, require large-scale pilot experiments. The natural order of these projects is to get the experience and information resulting from its application in conditions close to those of "market" to give the final step in the successful introduction of hydrogen on a large scale. For this reason, the project raised by our team, has taken a step further, incorporating an extra challenge to the proposed installation. The service station will produce hydrogen on site to distribute hydrogen, the production of H2 to be conducted using a renewable power source, wind. 5
  6. 6. For this three wind turbines of 3 Mw power each will provide the electricity necessary for production of gas. Besides this important feature, the incorporation of wind power, we have decided to establish an open project to the incorporation of new technological advances that are undoubtedly coming in the forehead years. The end of a service station is to supply the fuel necessary for a certain volume of private cars or public transportation vehicles or cargo. Well, the designers have set an ambitious new goal. The fleet of fuel cell H2 to provide power to most of Europe will be 90 cars and 10 buses. This will require a daily production of 500 kg of hydrogen. Our ambition is justified. The main reason for considering these objectives, at the time of composing this work poses any project achieving goals so complicated; it is the particularity of the Canary Islands to form a closed and isolated system, energetically speaking. Among other particularities, such as our demographics, high populated region, and political characteristics (A territory of the European Union next to the African continent). We believe these reasons justify the raised nature of the project, and that the consequences of success in achieving the project and its successful development, the Canary Islands to provide a more enviable position in the not too distant future, and we stand as a leader in the transition to the Hydrogen Economy, of course, the involvement of the various administrations of the state, national, local and regional authorities will be essential in funding for this project of great economic, social and technological repercussion. There is no doubt that if we success achieving our main goals, this state of the art installation will become a model to follow worldwide. 6
  7. 7. MEMORIA PROMOTOR En la Ley de Ordenación de la Edificación de España, el Promotor es uno de los agentes de la edificación contemplados. Puede tratarse de cualquier persona física o jurídica que decide, impulsa, programa y financia una obra de edificación. Para ello debe ser dueña del solar sobre el que se va a edificar, o tener derechos sobre él. Se ocupa de encargar el proyecto de edificación y suministrar al proyectista la información previa necesaria. Tiene que autorizar cualquier modificación en el proyecto. Debe gestionar y obtener las licencias y autorizaciones necesarias para edificar y contratar la ejecución del proyecto. Dicho contrato de obra debe ser firmado por el Promotor y el Constructor, actuando el Director de obra y el Director de ejecución de obra como árbitros. Así mismo, una vez finalizada la obra, ambos firman el acta de recepción de obra, tanto la provisional, como la definitiva (que se firma una vez el Constructor haya solucionado aquellos aspectos considerados insuficientes por el Promotor después del final de obra). El Promotor es responsable civil (sin perjuicio de la responsabilidad que pudiera corresponder a los demás agentes de la edificación) de los defectos de ejecución relativos al acabado de la obra por un plazo de un año; por un plazo de tres años de los vicios o defectos constructivos que afecten a la habitabilidad del inmueble; y durante diez años de los vicios que afecten a sus elementos estructurales. Todos estos plazos se computan desde la firma del acta de recepción de obra. Existe un periodo de 2 años desde el momento en que aparecen para reclamar los defectos detectados dentro de cada uno de estos plazos. Para cubrir los daños, el Promotor debe disponer de un seguro de daños materiales o de caución por importes del 5%, del 30% y del 100 % (del coste final del precio de ejecución material de la obra más honorarios), respectivamente, por cada tipo de defecto indicado. La prima de estos seguros debe estar pagada antes de la firma del acta de recepción de obra. Al finalizar la obra, el Promotor tiene la obligación de redactar el Libro del edificio y para ello, recibe del Director de obra, y del resto de los agentes la Documentación de Obra ejecutada y las garantías. El Libro del edificio incluye información sobre el mantenimiento del edificio y las garantías de los agentes participantes en la construcción. El Libro del edificio se entrega por este al propietario o a la comunidad de propietarios del edificio en el momento de la escritura. 7
  8. 8. Promotores: Carburos Metálicos 35214 - Telde (Gran Canaria) Urb. Ind. Salinetas C/ El Pescador, 21 Tel. 928 13 24 62 Fax: 928 13 10 72 http://www.carburos.com/index.html Gobierno de Canarias C Leon y Castillo Nº 200 35004 Las Palmas de Gran Canaria Tel. 928 899 400 www.gobcan.com Iberdrola-Renovables Sede Social IBERDROLA RENOVABLES Calle Menorca numero 19, planta 13 46023 Valencia. Tel: +34 963.884.588 Fax: + 34 963.884.589 8
  9. 9. http://www.iberdrolarenovables.es/ Cabildo de Gran Canaria C/ Profesor Agustín Millares Carló, 35002 Tel. http://www.grancanaria.com/index4.html TÉCNICOS PROYECTISTAS Proyectista: Es el responsable de formular el proyecto y plasmar en el papel el cambio planificado. Requiere unas cualidades técnicas y una visión futurista. Puede ser una persona física o jurídica. Artículo 2. Definiciones. El autor o autores, por encargo del promotor, de la totalidad o parte del proyecto de obra. Definición según el REAL DECRETO 1627/1997, de 24 de octubre, por el que se establecen disposiciones mínimas de seguridad y salud en las obras de construcción. BOE núm. 256 de 25 de octubre. Técnicos Proyectistas: - Ingenieros Técnicos Industriales, especialidad en mecánica LAILA MARÍA HERNÁNDEZ BOGETVEDT SAÚL GARCÍA GARCÍA - Ingenieros Técnicos Industriales, especialidad en eléctrica Sin designar. 9
  10. 10. INFORMACIÓN PREVIA Antecedentes La popularización de la pila de combustible puede suponer para la sociedad actual un cambio radical. Será como pasar de la sociedad del petróleo a la sociedad del hidrógeno, un elemento que se encuentra libre en la naturaleza y es prácticamente inagotable. Pero éste es un cambio que no afectaría únicamente al automóvil. El paso al hidrógeno supone más que el asegurar un combustible económico y sin efectos contaminantes para el transporte. Significa cambiar la infraestructura de nuestras poblaciones de forma que todo pase por el hidrógeno. Sólo así, los esfuerzos que se hagan tendrán su máximo sentido. Lo que sí parece estar claro es que la utilización del hidrógeno pasa por la pila de combustible, pese a que todavía, hay quien defiende el motor de agua apoyándose en que el agua es precisamente la mejor forma de llegar al hidrógeno. Apoyándonos en una plataforma completamente renovable gracias a los recursos dados por el entorno Canario, aprovecharemos mediante energías renovables la energía solar y la energía eólica. Con estos datos de partida hemos elaborado un proyecto en el cual intentamos conseguir un producto final totalmente ecológico, aprovechando las energías producidas por la naturaleza para producir hidrogeno de manera de que no solo alimentemos a nuestra propia estación sino también abastecer a la isla de hidrogeno. No solo buscaremos una estación normal para pequeños turismos sino una estación para todo tipo de vehículos, caminos, etc. Para ver más información ver Anexo1. 10
  11. 11. EMPLAZAMIENTO 11
  12. 12. 12
  13. 13. DATOS CATASTRÁLES: 13
  14. 14. 14
  15. 15. 15
  16. 16. 16
  17. 17. 17
  18. 18. NORMATIVA URBANÍSTICA BOLETÍN OFICIAL DE LA PROVINCIA DE LAS PALMAS ILUSTRE AYUNTAMIENTO DE AGÜIMES Plan General de Ordenación de Agüimes..................................................................3032 Boletín Oficial de la Provincia de Las Palmas. Número 27, miércoles 3 de marzo de 2004 BOLETÍN OFICIAL DE LA PROVINCIA DE LAS PALMAS Boletín Oficial de Canarias núm. 46, lunes 8 de marzo de 2004...................................2955 II. AUTORIDADES Y PERSONAL. Nombramientos, situaciones e incidencias Consejería de Medio Ambiente y Ordenación Territorial 317 DECRETO 22/2004, de 2 de marzo, por el que se dispone el cese, a petición propia, de D. Félix Rodríguez de la Cruz como Director General de Ordenación del Territorio. De conformidad con lo dispuesto en el artículo 20.d) de la Ley territorial 1/1983, de 14 de abril, del Gobierno y de la Administración Pública de la Comunidad Autónoma de Canarias. A propuesta del Consejero de Medio Ambiente y Ordenación Territorial y previa deliberación del Gobierno en sesión celebrada el día 2 de marzo de 2004. Vengo en disponer el cese, a petición propia, de D. Félix Rodríguez de la Cruz como Director General de Ordenación del Territorio, agradeciéndole los servicios prestados. Dado en Santa Cruz de Tenerife, a 2 de marzo de 2004. EL PRESIDENTE DEL GOBIERNO, Adán Martín Menis. EL CONSEJERO DE MEDIO AMBIENTE Y ORDENACIÓN TERRITORIAL, Augusto Lorenzo Tejera. 18
  19. 19. III. OTRAS RESOLUCIONES Consejería de Medio Ambiente y Ordenación Territorial 318 Dirección General de Urbanismo.- Resolución de 27 de febrero de 2004, por la que se hace público el Acuerdo de la Comisión de Ordenación del Territorio y Medio Ambiente de Canarias de 2 de febrero de 2004, relativo a la toma de conocimiento del Texto Refundido, término municipal de Agüimes (Gran Canaria). 319 Dirección General de Urbanismo.- Resolución de 27 de febrero de 2004, por la que se hace público el Acuerdo de la Comisión de Ordenación del Territorio y Medio Ambiente de Canarias de 2 de febrero de 2004, relativo a aplicación del procedimiento de Evaluación del Impacto Ecológico del Proyecto Instalación de planta de descontaminación de vehículos (C.A.R.D.S.) en Urbanización Industrial Lomo Blanco, término municipal de Las Palmas de Gran Canaria.-Expte. nº 46/2003. 320 Dirección General de Urbanismo.- Resolución de 27 de febrero de 2004, por la que se hace público el Acuerdo de la Comisión de Ordenación del Territorio y Medio Ambiente de Canarias de 2 de febrero de 2004, relativo a la toma de conocimiento del Texto Refundido, término municipal de Tejeda (Gran Canaria). DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO RECOMENDACIONES DE DISEÑO Y DE COSNTRUCCIÓN DE ESTACIONES DE SERVICIO DE HIDRÓGRENO. Antes de iniciar el desarrollo del proyecto básico de la Estación de Servicio de Hidrógeno para la Isla de Gran Canaria, hemos de hacer constar los múltiples escollos, inconvenientes y desafíos a los que tenemos que dar respuesta. La implantación y puesta en funcionamiento de una instalación que distribuya y produzca gas hidrógeno, tanto en estado gaseoso como líquido (criogenizado) de forma comercial, constituye un hito tecnológico a nivel europeo y nacional, este hecho lo constata el número actual de estaciones de H2, el cual no supera los 140, aunque se augura una rápida expansión de estas instalaciones. 19
  20. 20. Por lo tanto, toda instalación de este tipo se convierte automáticamente en una “planta piloto” y en un “demostrador de tecnología”,, en la que se aplican tecnologías de vanguardia, las cuales o bien están dando sus primeros pasos comerciales o aún no han superado su etapa experimental. Las normas y legislaciones nacionales que debieran cumplirse aún están por desarrollarse y redactarse, salvo determinados aspectos concretos de las mismas, como puede ser las normas sobre Atmósferas Explosivas o instalaciones de alta presión. Dadas las consecuencias y la importancia que implica la sustitución de los combustibles fósiles en todos los sectores de la economía en los que sea posible, para cualquier nación desarrollada, la Unión Europea ha financiado y promovido, conjuntamente con las mayores empresas del sector energético, el programa HyMoves. Este proyecto esta encaminado a lograr que en el horizonte del año 2020, el uso del hidrógeno como fuente de energía en el “mix” europeo se aproxime al 25%. Esta iniciativa a su vez esta compuesta por diversos programas que tratan de solventar todos los problemas surgidos a la hora de sustituir los hidrocarburos por otras fuentes de energía, en este caso el H2. Entre los programas más importantes se encuentra la iniciativa HyApproval, programa al que se han adherido China, Canadá, Estados Unidos y la India. La ambiciosa finalidad de dicha iniciativa es la redacción de la legislación y las normas comunes aplicables en todas las naciones de la Unión Europea, y así asegurar el desarrollo de la infraestructura necesaria para expandir con éxito el empleo del H2 como energía alternativa a nivel europeo. Todas las indicaciones, normas y recomendaciones elaboradas por distintos grupos de trabajo formados por ingenieros y científicos, se recogen en el manual “Handbook for hydrogen refuelling Station Approval” siendo su última edición la del 4 de Junio del año 2008. Serán las indicaciones dictadas en este libro las que trataremos de cumplir en nuestro proyecto de Estación de Servicio de Hidrógeno para la isla de gran Canaria. Diseño General: Directrices.- Como normal general, las estaciones de servicio de hidrógeno se deben situar en espacios abiertos. El suministro y repostaje de H2 en instalaciones interiores esta prohibido en la totalidad de normas y legislaciones vigentes en la Unión Europea. Para cualquier instalación que se planee instalar en instalación subterránea se requerirá un exhaustivo estudio. La estación no deberá localizarse debajo o próxima a cualquier instalación de cables eléctricos o líneas eléctricas de distribución de baja, media o alta tensión, así como conducciones, tuberías, etc. de fluidos, líquidos o materiales inflamables; se evitará de igual manera cualquier circuito de distribución de materiales oxidantes. 20
  21. 21. Para incrementar la seguridad de la instalación, prestaremos especial atención al recorrido de cualquier oleoducto o gaseoducto cercano a la estación, como también a la situación de cualquier instalación de almacenamiento de hidrocarburos o materiales inflamables de grandes dimensiones. Como es lógico, las posibles fugas procedentes de estas, pueden poner en peligro la integridad de nuestra estación. Toda estación de servicio de suministro de hidrógeno, se localizará en un emplazamiento en el que los vehículos pesados de suministro de materias primas, equipos de trabajo y repuestos puedan acceder fácilmente. De la misma manera los vehículos de los servicios de emergencia deben disfrutar de fácil acceso a la instalación. La estación tendrá rutas de evacuación bien dispuestas y señalizadas claramente. En aquellas edificaciones o recintos de la instalación, en el que clientes y personal de servicio puedan quedar atrapados en su interior en caso de incendio, deberán tener como mínimo dos vías de escape hacia el exterior del recinto, separadas la una de la otra, estratégicamente situadas en relación al riesgo o nivel de peligro considerado. Tras el estudio de los planos que acompañan a nuestro proyecto, se comprueba que las medidas de seguridad indicadas por el manual se cumplen y superan a la norma. Tanto en cuanto a la proximidad de líneas de suministro eléctrico, instalaciones petroquímicas o similares y fácil acceso, tanto como para clientes, vehículos de suministro y servicios de emergencia. Para evitar o minimizar el impacto de vehículos contra cualquier instalación principal o sensible, se colocaran barreras o bolardos. También se procederá a erigir barreras de protección y vallas de seguridad para evitar que la instalación sufra daños ocasionados por las maniobras de los vehículos de mantenimiento y suministro y por estacionamiento de grandes cargas desautorizadas. Por supuesto, si la estación ha sido diseñada para prestar sus servicios de manera automatizada o en el caso de carecer de personal presente permanentemente en la instalación, las instalaciones se diseñaran con las oportunas medidas de seguridad. En la lámina número 1 se pueden apreciar algunas de las medidas de seguridad descritas en este párrafo. El vallado de las zonas de acceso prohibido al público o terceros es obligatorio, a no ser que se dispongan de cualquier otro sistema alternativo que impida el paso a las mismas. En las zonas donde se coloquen vallas de seguridad se guardara una distancia mínima de 0,8m entre la instalación o la estructura cercada, para evitar así cualquier situación de enclaustramiento. La altura mínima de estas barreras será de 2m, y por supuesto no podrá usarse madera o cualquier otro material combustible en su construcción. Todas las puertas presentes en la instalación tendrán su sentido de apertura orientado hacia el exterior de la estación, el ancho de las mismas será lo suficientemente ancho para facilitar el acceso o la salida de las personas o vehículos. 21
  22. 22. Los muros cortafuegos o pantallas contra incendios se construirán en obra de ladrillo, hormigón o de cualquier otro material no combustible que asegure un mínimo de RF 90. En aquellas áreas destinadas al almacenamiento, producción, trasvase y manipulación de envases de H2 estará iluminada permanentemente. Por supuesto se instalaran las pertinentes luces de emergencia necesarias en estas zonas. La estación contará en su diseño general con los sistemas y dispositivos adecuados para retener cualquier posible derrame o pérdida de hidrógeno líquido o de cualquier otro material, especialmente si este es de naturaleza inflamable. Los caminos y las plataformas de estacionamiento de la “hidrogenera”, se construirán con materiales no combustibles, especialmente las superficies inferiores de las zanjas por donde transcurren los circuitos de conducción de hidrógeno, así como las zonas de conexión y los puntos de suministro y repostaje de vehículos. En las fotografías que acompañan a este trabajo se puede apreciar que en las áreas descritas se prescinde de materiales asfálticos y se le sustituyen por adoquines. El asfalto y cualquier otro material de origen bituminoso se clasificarán como combustible. Las conducciones de H2 que no han sido recubiertas de material aislante, propensas a soportar condensaciones de aire líquido que pueda llegar a filtrarse, se construirán con materiales incombustibles. Características de las Estructuras y Edificios de la Estación.- Los edificios y estructuras destinados a albergar equipos e instalaciones de hidrógeno no podrán superar la altura de una planta, serán diseñados para tal fin, lo que implica dotar a la estructura de respiraderos y sistemas de ventilación en los puntos más altos de la edificación. Las dimensiones del recinto donde se produzca el hidrógeno y se realicen otros trabajos, deberán proporcionar un ambiente de trabajo saludable de acuerdo con las condiciones climáticas del emplazamiento de la instalación. Para asegurarnos que el H2 no penetrará en los conductos de servicio, circuitos eléctricos, escaleras y lugares de paso dirigidas hacia las áreas que han sido clasificadas como zonas seguras, por ejemplo: el exterior de recintos de riesgo o peligro. 22
  23. 23. Todas aquellas edificaciones en las que se realicen operaciones que involucren la manipulación y el uso de H2 deberán proyectarse con una resistencia al fuego adecuada, determinada por la legislación europea, nacional o local según se halle dispuesto. En su diseño se tendrá en cuenta la elaboración de un plan de evacuación de emergencia la instalación.Las puertas que no conduzcan al exterior del edificio serán resistentes al fuego y además deberán contar con mecanismos de auto cierre. En el caso que se construyan cubiertas, estructuras y edificaciones de contención o de mitigación de daños frente a posibles explosiones, tales como muros de contención de hormigón, tendremos en cuenta que dichas estructuras dirijan la presión de la onda expansiva resultante de la explosión hacia una zona en la que no produzcan ningún daño, por normal general hacia el exterior y hacia arriba. Además calcularemos la resistencia de la estructura de tal manera que tras soportar una explosión no puedan salir despedidos fragmentos de la misma en direcciones que no hayamos previsto. El área total de expansión del posible evento explosivo no deberá ser menor que la superficie de la cubierta o tejado de la edificación o en el caso de tratarse de un muro o tabique de cerramiento, no será menor que la longitud más pequeña de dicha estructura. La zona calculada para una “expansión explosiva preventiva” podrá consistir en la combinación de cualquiera de los siguientes elementos: Un área abierta hacia el exterior. Puertas basculantes dirigidas hacia el exterior. Compuertas con cierres de fácil apertura. Cubiertas ligeras. Las edificaciones contarán con la iluminación necesaria para que todas las labores y operaciones a realizar en la estación se puedan ejecutar con la luz adecuada en cualquier momento y situación. Los equipos eléctricos y de iluminación instalados serán compatibles con las medidas de seguridad aplicables en instalaciones de atmósferas explosivas en este caso hidrógeno (Láminas 2, 3 y 4). En las zonas donde se ejecuten tareas que requieran de calefacción o suministro de calor, se empleará preferiblemente sistemas de agua caliente o de aire caliente. Se considerará posible que en estos sistemas se produzca contaminación o filtraciones de H2, por lo tanto se diseñará la instalación de calor o calefacción a tal efecto. En cualquier caso la fuente de calor se emplazará en un lugar alejado de cualquier instalación principal de riesgo o peligrosa. 23
  24. 24. Los edificios o las estructuras cerradas de nuestra instalación se diseñaran de forma que se realice una buena ventilación y renovación de aire tanto en los niveles de suelo como en los puntos más elevados de la edificación. Situaremos respiraderos y ventanucos de ventilación en las cotas más elevadas y en la cubierta del edificio. En aquellas zonas o construcciones en las que la ventilación natural no sea posible, dispondremos de los sistemas de renovación y ventilación forzada requerida, instalando por supuestos los detectores y sensores de gas apropiados para tal fin. Los sistemas industriales de hidrógeno deben ser diseñados, fabricados y probados de acuerdo con las leyes y normativas nacionales reconocidas para aparatos y sistemas de presión (En Europa la PED., Directiva Europea de Aparatos de Presión y la ASME, Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, para los Estados Unidos) y, donde sea apropiado y requerido, deberán cumplir las normas comunitarias, estatales y/o regionales. Las instalaciones eléctricas y mecánicas en Europa cumplirán las normas ATEX (Normas de la UE conocidas como: Potentially Explosive Atmospheres, o ATmosphères EXplosibles, ATEX) sobre Atmósferas Potencialmente explosivas. La legislación española traspone a las leyes nacionales las obligaciones indicadas en la ATEX. Las consideraciones sobre seguridad marcadas por la ISO 15916 habrán de aplicarse de manera particular. 24
  25. 25. Las estaciones de servicio de hidrógeno serán diseñadas de manera que, si eventualmente se produjera un fallo de potencia que afectase a la instalación y a los equipos componentes, se activen y armen dispositivos de condición de parada segura. Las conducciones, los sistemas de bombeo y el resto de equipos sensibles irán enterados y conectados, de esta manera se evitarán los peligros originados por la electricidad estática y por las corrientes eléctricas parásitas. La resistencia de entre los equipos y la tierra será de 10 Ohms. Almacenamiento del Hidrógeno.- Almacenamiento de Hidrógeno Gaseoso.- El sistema de almacenamiento más comúnmente empleado en las instalaciones de H2, consiste en depósitos cilíndricos de acero, en los cuales se introduce el gas a alta presión. Esta disposición puede variar de un sistema individual aislado a un conjunto de depósitos cilíndricos. A parte del acero estos contenedores pueden fabricarse con fibras de carbono compuestas. Como es lógico pensar, cualquier material o sustancia inflamable se mantendrá alejada de los depósitos. Las conexiones entre cada uno de los depósitos, los circuitos de trasvase y de bombeo se caracterizarán por unas elevadas tasas de durabilidad, resistencia a la corrosión y impermeabilidad. Las conducciones subterráneas serán de topes soldados y se deberá considerar la influencia de las altas presiones de trabajo en las mismas. La naturaleza del proceso productivo del H2 gaseoso se caracteriza por su baja presión, en torno a 1 MPa, por lo tanto será necesario instalar un compresor con la finalidad de elevar la presión a 85 MPa, medida ideal para su posterior manipulación para el repostaje de vehículos. Almacenamiento de Hidrógeno Líquido.- Para poder almacenar el H2 en estado líquido, este deberá estar sometido a temperaturas extremadamente bajas, en torno a los -252º C. La razón para mantener el gas en estas condiciones, es el mayor contenido energético del hidrógeno en estado líquido por unidad de volumen, además de esta forma se requiere menos espacio para su almacenamiento. El proceso de licuado del H presenta el inconveniente de consumir una moderada cantidad de energía, aproximadamente el 30% del contenido energético del mismo. Los depósitos de almacenamiento de H2 líquido se componen generalmente de un contenedor o casco exterior y uno interior, ambos separados por una cámara de vacío, para minimizar el efecto de cualquier subida de temperaturas por el calor circundante. En el interior del tanque, el gas estará contenido en los dos estados gaseoso y líquido. 25
  26. 26. Los depósitos de hidrógeno se confeccionan tanto para su disposición horizontal como para su colocación vertical. En el diseño de los mismos, evitaremos cualquier tipo de filtración de calor hacia el interior del depósito y trataremos de disminuir el fenómeno de ebullición del hidrógeno. La transferencia de calor a los tanques de H2 se producirá por conducción, convección o radiación dependiendo de cómo hayamos proyectado la instalación. La vaporización del hidrógeno de su estado líquido al estado gaseoso, ebullición, es inevitable, siempre tendrá lugar. Por lo tanto la instalación de almacenaje deberá contar con un sistema de recirculación y de sobre presión, para expulsar el gas y mantener el equilibrio en el interior del depósito. El gas evacuado será tratado adecuadamente, bien mediante su reutilización o en su caso debe ventilarse correctamente. Los sistemas de presión, serán asistidos y complementados por los correspondientes sistemas de evacuación y purgado de gas. La presión del tanque siempre será superior a la atmosférica. El sistema criogénico en el que se basa el almacenamiento líquido del hidrógeno provoca los consiguientes cambios de temperatura; la instalación se contraerá con las bajas temperaturas y se dilatará al aumentar la misma, esta fatiga térmica será tenida en cuenta en el diseño de la instalación. Cuando se considere la instalación de dispositivos para el purgado de H gaseoso, habrá que recordar que gran parte de este gas flotará menos en el aire que en el hidrógeno del ambiente. La formación de nubes de H es un peligroso riesgo que no puede tener lugar por el carácter asfixiante de las mismas. La superficie, las estructuras bajo las que se sustenten los depósitos de hidrógeno así como los sistemas de ventilación y trasvase de gas, se construirán con materiales no ignífugos, inflamables e impermeables a las mezclas criogénicas utilizadas en la instalación. Dispondremos de un circuito de drenaje situado en la zona inferior de los depósitos, para recoger las condensaciones de mezclas líquidas de oxígeno enriquecido antes de que estas penetren en el suelo o en cualquier respiradero antes de que se evapore. Las superficies en esta área de almacenamiento, no se recubrirán de asfalto o de cualquier otro material bituminoso similar con propiedades inflamables. En aquellos procesos de la instalación o equipos que necesiten calor para evaporar el hidrógeno líquido, este provendrá en la medida de lo posible de un circuito de agua caliente o 26
  27. 27. vapor, así se elimina la necesidad de contar con sistemas eléctricos en la vecindad, evitando además posibles contaminaciones de aceites o de sustancias propias en el funcionamiento de estos equipos. Almacenamiento Subterráneo.- Si se toman y prevén las medidas de precaución y de seguridad necesarias, el hidrógeno puede almacenarse de manera subterránea. Este tipo de configuración tiene la ventaja de evitar que se propaguen fuegos por el envolvimiento sucesivo de edificios, estructuras, instalaciones de servicio, vehículos estacionados, etc. Beneficios adicionales son: mejor aprovechamiento del espacio en la estación, mejora de la estética y reducida exposición a un impacto mecánico intencionado o fortuito. Los puntos enunciados a continuación nos proporcionaran una idea mejor de las precauciones a tener en cuenta en el almacenamiento subterráneo de H2. Claramente, como ya se ha expuesto y se recordará en todos los apartados de este trabajo, el objetivo principal es la prevención y contención de cualquier derrame o pérdida de hidrógeno que se produzca en la instalación. Para ello, se instalaran los detectores y sensores necesarios, y se diseñaran circuitos de recogida para estas fugas. Los gases o líquidos almacenados en depósitos subterráneos que se evaporan en condiciones de temperatura ambiente siempre estarán mejor situados en la superficie dada la facilidad de ventilación y de disipación en el aire. Las sustancias vaporizadas en procesos criogénicos tienen temperaturas más bajas y son más densos que el aire durante algún tiempo. El espacio que rodea el “aljibe” puede describirse como un recinto confinado entre tres o más tabiques de hormigón que lo rodean. Espacios confinados como el descrito, crean al personal y los trabajadores de la estación situaciones de riego y de peligro importantes cuando realizan las lógicas operaciones de mantenimiento y de reparación en este recinto. El mayor peligro que se puede presentar en estas operaciones, es el riesgo de asfixia; si se produce un derrame de H2, y las acciones de evacuación y ventilación de los gases no se realizan de manera rápida y eficaz. Además, el riesgo de ignición se incrementa debido a la atmósfera enriquecida en oxígeno resultante de la licuación del aire en contacto con las conducciones de hidrógeno que no han recibido aislante térmico. Este particular caso de posible ignición, aumenta el riesgo de explosión, 27
  28. 28. puesto que los gases se concentran en un recinto cerrado, aumentando la potencia de la posible explosión. Si se opta por el almacenamiento subterráneo, se tomaran especiales medidas para evitar que los derrames o pérdidas de hidrógeno se filtren en los conductos, circuitos y tuberías instaladas en las zanjas subterráneas, o penetren en los cimientos de las estructuras de la estación. Sistemas de Almacenamiento Enterrados.- Si se opta por este sistema tendremos en cuenta: Proporcionar a todos los elementos la protección necesaria contra la corrosión. (Protección catódica, esmaltados o recubrimientos de cualquier otro material, materiales de construcción) Limitaciones de diseño estructural (fuerzas y movimientos del suelo, bolsas de aguas subterráneas o posibilidad de congelación del suelo) Integridad del depósito frente a las variaciones de presión (construcción de muros dobles, estudios comparativos con las conducciones y circuitos dispuestos en zanjas) Almacenamiento de H2 Líquido en Aljibes.- El almacenamiento de hidrógeno líquido, típicamente consiste en un tanque criogénico de acero inoxidable, el cual puede estar tanto sellado como contenido en un aljibe de obra (hormigón). Las condiciones normales de almacenamiento líquido son 0,2 MPa (20 Bares) y 25 K aproximadamente. El depósito subterráneo podrá instalares a su vez en el interior de un aljibe para evitar la corrosión de esta manera. Tendremos que calcular que material se interpondrá entre las paredes de ambos contenedores. Donde haya aire presente, existirá el riesgo de que se licue en las paredes o conductos de la instalación si esta no ha recibido el tratamiento aislante adecuado. Al descender la temperatura a través del aljibe, el O2 se licuará antes que otros gases y permanecerá en estado líquido más tiempo, dando origen a una peligrosa concentración enriquecida en oxígeno situada en una zona de trasvase de H2 líquido. Por lo tanto se dispondrán de válvulas de cierre y sellado efectivas y seguras. 28
  29. 29. Evitaremos que cualquier flujo de purgado de gases o de mezclas corrosivas afecten a estas instalaciones, como por ejemplo deterioren por corrosión las paredes del depósito. Dispondremos de los circuitos de drenaje necesarios para evitar también cualquier corrosión en la instalación. Las mezclas criogénicas y los gases no deberán tener acceso al sistema de drenaje. Se pueden producir acumulaciones de oxígeno si se produjera un fallo en el sistema de vacío del aislamiento del depósito, las cuales si logran depositarse en la cámara de vacío constituirán un grave riesgo de explosión. Deberemos disponer de los equipos de bombeo necesarios para vaciar el depósito subterráneo por si fuera necesario realizar alguna operación de mantenimiento o reparación. Será necesario prestar atención, si la instalación se construirá en una región de riesgo, al comportamiento sísmico de la zona, con el fin de asegurar la integridad del aljibe. Después de analizar las necesidades y disponibilidades de nuestra parcela, así como las leyes que debemos cumplir, la mejor opción para almacenar el hidrógeno producido en nuestra estación de servicio la representan depósitos de superficie, ubicados tanto verticalmente como horizontalmente. Los tanques de almacenamiento de hidrógeno, los surtidores de suministro de hidrógeno, los equipos de bombeo así como todo el cableado correspondiente se protegerán correctamente contra impactos físicos. Además, la instalación en su totalidad se diseñará de manera que se tenga en cuenta la posibilidad del coche de un vehículo contra las mismas. La estación deberá contar con la señalización correspondiente que indique claramente que nos encontramos en una zona de almacenamiento y manipulación de gas hidrógeno inflamable, fumar y la ignición de cualquier llama sin la adecuada protección estará terminante prohibido. Las láminas 5, 6, 7 y 8 de este trabajo ofrecen una mejor descripción visual de estos depósitos. Calidad del Hidrógeno.- Las especificaciones preliminares para la pureza del H2 serán acorde con la norma ISO 14687-2 o las de la SAE 2719. Para evitar el paso de partículas mayores de 10 µm hacia el depósito de H2 del vehículo a repostar es necesario instalar filtros para partículas de 5 µm. 29
  30. 30. La estación contará con los medios necesarios para prevenir que cualquier partícula de aceite o grafito o de cualquier otra impureza producida en el normal funcionamiento o por un mal funcionamiento del equipo se introduzca en el flujo del gas. La toma de muestras de hidrógeno se realizará en el punto de suministro de combustible. La propiedad explotadora de la estación de servicio está obligada a realizar tantas tomas de combustible como sean necesarias para asegurar la calidad requerida del combustible suministrado. Conducciones.- Aquellas conducciones de gas que se encuentren en la superficie de “hidrogenera” serán identificadas mediante colores aplicadas a la totalidad del recorrido de las mismas, si el caso lo requiriera se rotularían las indicaciones correspondientes para su mejor identificación. Si se produjera una emergencia o situación de peligro se podrá cortar de manera segura el flujo de gas de una zona a otra mediante el cierre de válvulas de seguridad instaladas para tal fin. Se prestara una particular atención a este apartado en aquellos lugares de la instalación en el que las conducciones se dirijan hacia el interior de cualquier edificación o entorno cerrado. El tipo y la posición de dichas válvulas de seguridad deberá ser tal que estas puedan accionarse de manera manual o automática de manera segura en el caso de una emergencia como puede ser por ejemplo un incendio. En las instalaciones en superficie, o en las áreas donde las instalaciones de conducción estén expuestas tendremos en cuenta las medidas de protección necesarias contra la corrosión, además de diseñar soportes estructurales que resistan cualquier fallo mecánico. En cuanto a las tuberías que estén soterradas, las mismas deberán estar soldadas de manera continua con el sistema adecuado para evitar cualquier corrosión exterior de la misma. La profundidad de las zanjas donde se hallen enterradas las conducciones, será la imprescindible para asegurar la seguridad de la instalación contra cualquier fallo mecánico, como mínimo este valor es de 600 mm, por supuesto siempre contando con el correspondiente estudio topográfico que verifique la estabilidad del terreno, y, en los caso donde sea obligatorio se deberá ejecutar la obra cumpliendo con la normativa local. En la superficie señalizaremos mediante señales o balizas metálicas la situación y recorrido de las conducciones. Las láminas números 9 y 10 se muestran conducciones tanto situadas en superficie (pipeline) como subterráneas. Si se decide emplear cualquier tipo de sistema eléctrico de control este no deberá producir ninguna interferencia con la estructura de las instalaciones subterráneas. 30
  31. 31. En las zonas donde las conducciones de H2 coincidan en su recorrido con trazados eléctricos, ya sea en la misma zanja o conducto principal, todas las juntas y uniones de las tuberías de gas contaran con su junta sellada o anillo de soldadura obligatorio. Como buena práctica común, la distancia mínima de seguridad entre las líneas eléctricas y las de transporte de gas será de 50 mm. Por último mencionar que las conducciones de gas se situaran por regla general, a no ser que las leyes locales indiquen lo contrario, por elevación encima del resto de sistemas. Conducciones de Hidrógeno Líquido.- El aislamiento de las conducciones de hidrógeno líquido será de doble vacío, además, las tuberías de estas instalaciones se fabricaran con varias capas de material aislante. La temperatura criogénica, necesaria para la manipulación del H2 líquido, puede provocar la licuación del aire presente en la atmósfera circundante si el líquido entra en contacto con el mismo. Como consecuencia de este comportamiento, gotas de aire líquido, enriquecidas con oxígeno pueden precipitarse alrededor de las conducciones de hidrógeno y caer al nivel de suelo. Por lo tanto queda prohibida cualquier instalación o sistema de transporte de cualquier otro material combustible. A lo largo del recorrido de las conducciones de transporte de H2 se dispondrán de las correspondientes válvulas de expansión y purgado, listas para evitar sobre presiones en caso de obstrucción de las tuberías. Operaciones de Repostaje de Hidrógeno (Gaseoso y Líquido).- Características de los Surtidores y de los Acoplamientos.- Antes de iniciar la operación de repostaje de H2, el vehículo debe estar conectado a la línea de tierra, de esta manera se evita que las corrientes electrostáticas originen una chispa que produzca la ignición de cualquier fuga de gas. La conexión a la línea de tierra se dispondrá de tal forma que la plataforma de estacionamiento del vehículo y la instalación del surtidor de gas hidrógeno se encuentren en el mismo plano previamente al acoplamiento de la manguera de combustible. Deberá instalarse un cable de tierra que conecte el chasis del automóvil con la plataforma de estacionamiento. La resistencia total entre las ruedas y la plataforma no será superior a 125 Mohms, el depósito del vehículo estará asimismo conectado con el chasis. Este valor se sustenta en al norma SAE 1645, relativa a la resistencia eléctrica completa entre la línea de tierra y el chasis conductivo del automóvil. El siguiente paso es el acoplamiento del inyector de H2 al automóvil. La magnitud cuantitativa del hidrógeno en este proceso se medirá en kg. El sistema acoplamiento-surtidor se diseñará teniendo en cuenta cualquier desconexión accidental o fortuita. (Ver láminas 11 y 12) 31
  32. 32. El surtidor de hidrógeno, a pesar de la temperatura del gas remanente en su interior debida a la presurización del mismo, no tiene la capacidad de calcular el volumen libre del depósito del vehículo a repostar. Por lo tanto, el surtidor inyectará primero un pequeño volumen de muestra, de esta manera se miden los cambios de presión y de temperaturas que indicaran a la estación de control programable (PLC) del surtidor la capacidad libre que le resta al tanque. En los acoplamientos más modernos, el circuito de toma de presión y temperatura se emplea también como “toma de tierra”. El intervalo de máxima presión de trabajo autorizada a las que trabajaran, en el caso de hidrógeno líquido, será de 0,2 MPa y 1 Mpa (entre 2–10 bares). En cualquier caso debemos aclarar que todos estos procesos se realizan en bajo un esquema de circuito cerrado, es decir si se produjese cualquier contingencia que detuviese el llenado del depósito del vehículo, el combustible regresaría al depósito del cual provine o bien se desviaría a un tanque de expansión diseñado e instalado en la estación para tal fin. Tipos de acoplamiento.- Tipo A.- Este sistema se mantiene completamente presurizado en la manguera de suministro cuando el acoplamiento detiene el flujo. El acople se mantendrá bloqueado hasta que reciba una señal de presión positiva. El dispositivo contará con un sistema integral de válvulas, las cuales detendrán el suministro de gas, a continuación se efectuará la ventilación del gas que puede estar atrapado en la manguera, antes de la desconexión del inyector. El mecanismo de apertura deberá asegurarse del correcto funcionamiento del sistema de ventilación, y que previamente a su desconexión se haya producido la evacuación del gas. Tipo B.- El inyector del sistema de suministro y la manguera permanecerán presurizados cuando se interrumpa el flujo de combustible. Será necesaria la conexión, directa o indirecta, de una válvula de tres pasos (en la misma señalará debidamente la apertura, cierre y posición de ventilación) al inyector de gas. Esta válvula ventilará el gas atrapado en la manguera antes de su desconexión. Igual que en al anterior tipo, el surtidor no funcionará hasta recibir una señal de presión positiva. 32
  33. 33. TIPO C.- La manguera de suministro y el acople se despresurizaran al término de la operación de repostaje. En todo caso todos estos dispositivos se diseñaran para realizar un mínimo de 100.000 operaciones de suministro. En la lámina 8 mostramos uno de los sistemas de acoplamiento más recientes para surtidores de H2 desarrollados por el fabricante Linde. Debido a las obvias diferencias de diseño, un surtidor de 700 bares no podrá suministrar gas a un vehículo dotado con un depósito diseñado para 350 bares. Pero, sin embargo si se podrá realizar la operación recíproca, un sistema de 350 bares, podrá emplearse para repostar un automóvil con un depósito de 700 bares. Un aspecto importante a tener en cuenta que todos los gases, como el hidrógeno, cuando se comprimen aumentan su temperatura. Este hecho debe considerarse, puesto que según se llene el depósito, al comprimir el H2 aumentará su temperatura, este fenómeno afectará a la presión del tanque. Así que una durante la operación de suministro, los valores de presión y temperatura pueden ser superiores a los de diseño, 350 o 700 bares a 15º C, pero mientras se contengan en los límites de diseño, este hecho no implicará riesgo de ningún tipo. La duración de las operaciones de suministro de H2 varían según el tamaño del vehículo, como media, lo aceptable son de 12 a 15 minutos para vehículos de gran tamaño y, de 2 a tres minutos para automóviles de menor tamaño. Para mayor exactitud apuntamos que, el llenado de un depósito de 8 kg. de capacidad de H2 líquido se realiza en 8 minutos. Un importante inconveniente que presenta el repostaje de hidrógeno líquido, parte de la necesidad de incrementar la temperatura del dispositivo inyector del surtidor antes de iniciar la operación. Como es lógico pensar, las industrias involucradas en la transición a la “economía del hidrógeno” buscan soluciones económicamente viables para superar los problemas que se presentan. El fabricante alemán Linde, ha desarrollado un acoplamiento en el que el conducto del inyector está situado en el interior del acoplamiento, y sólo se despliega cuando se inicia el suministro de gas. Así se superan los inconvenientes de seguridad relacionados con las extremadamente bajas temperaturas de trabajo con el H2 líquido criogénico, y se reduce el tiempo de repostaje. Y por último, también se facilita que este proceso de suministro se realice de manera manual, ahorrando los costes evidentes de prescindir de complejos mecanismos automáticos. 33
  34. 34. En la primera estación de servicio de H2 comercial del mundo en Berlín, operada por las compañías Aral y Linde, se instaló un surtidor robotizado para repostar a los vehículos privados, y, de esta manera tratar de solventar los problemas derivados de la manipulación del hidrógeno a temperaturas criogénicas (Lámina 13). Si será importante que estas incidencias se tengan en cuenta cuando se realice la programación de las estaciones de control lógico de los sistemas de la estación de hidrógeno. Por ejemplo, se deberá especificar si el H2 es enfriado en el surtidor en su camino hacia el acople con el depósito del automóvil durante la operación de rellenado, pues el software de control deberá contar con esta variable. El proceso de repostaje se interrumpirá varias veces para inyectar “volúmenes de control” adicionales, esta será forma de controlar que se cumplan con las limitaciones de presión y de temperatura. Las limitaciones de presión y temperatura si cumplirán los parámetros de diseño después de igualar la temperatura exterior del tanque y la interior del mismo, asimismo la presión no deberá superar los 350 o los 700 bares de presión. Una medida de seguridad obligatoria instalada en los surtidores accionamiento de parada de emergencia (Emergency Shutdown). En nuestro proyecto además instalaremos un mando adicional de parada de emergencia para cada surtidor, cumpliendo la recomendación dada por el manual de referencia HyApproval. 34
  35. 35. Surtidor de hidrógeno gaseoso. Stuart Energy (Filial de la compañía Hydrogenics) En la estación diseñada por nuestro equipo dispondremos de 4 surtidores de hidrógeno para automóviles y otros dos surtidores para autobuses. Además, como rectificación a la propuesta inicial del proyecto incluiremos la distribución de hidrógeno líquido, dadas las ventajas que ofrece su ratio de capacidad energética con respecto a la relación de compresión. Por lo tanto, en la estación de servicio de hidrógeno para la isla de Gran Canaria distribuiremos hidrógeno en dos estados líquido y gaseoso. Método y Sistema de Compresión para el Repostaje.- Para justificar la decisión técnica relativa al sistema que emplearemos en nuestra estación de servicio de hidrógeno, procederemos a describir los dos métodos más habituales de compresión utilizados en estas plantas. 35
  36. 36. Sistema de Compresión “Boster”.- El gas a suministrar se mantiene confinado a presiones por debajo de la presión de diseño del tanque del vehículo, por lo tanto la presión necesaria se obtiene por la intervención de un compresor que deberá trabajar a presiones superiores a las de diseño supuestas para esta operación. Además dependiendo de las condiciones de suministro externo de H, dispondremos de un sistema de compresión adicional para mantener las presiones operativas de almacenamiento de la estación. Sistema de Compresión “Buffer”/ “Overflow Filling”.- El H2 se almacena en depósitos de alta presión, así en el momento de transferir el gas al vehículo a repostar, el trasvase se producirá por diferencia de presiones al tanque del automóvil. Para reducir el consumo energético, el “sistema de cascada” se compone de varios grupos de depósitos múltiples a diferentes presiones. El paso de combustible se inicia desde el depósito a menor presión (esta es suficiente para hincar la operación), pasando a continuación a los de mayor presión. Este sistema se conoce popularmente como “sistema cascada”. Este sistema requiere una presión de almacenamiento de 440 bares, para repostar vehículos con depósitos diseñados para contener el H a 350 bares. El suministro a depósitos de 700 bares requerirá que los tanques de suministro del sistema mantengan el gas confinado a 880 bares. Para comprender mejor el sistema de cascada explicaremos el funcionamiento habitual para un dispositivo compuesto por tres contenedores. El primer paso, una vez conectado el vehículo al surtidor, el H provendrá del depósito en el que esté almacenado a menor presión. Cuando este se haya vaciado se pasará al de presión media, para finalizar el suministro con el de alta presión. El 36
  37. 37. proceso descrito por lo general se realiza de manera automatizada. Tanto en el proceso de repostaje de cascada, como en el de sobré presión se dotará de los dispositivos de ventilación y de purgado de hidrógeno necesarios. Este cometido se recomienda sea automático, además podrá ser activado de modo manual en funcionamiento normal o en parada de emergencia. La ventaja de este sistema reside en el menor trabajo que ha de realizar el compresor o los compresores de la instalación, ya que no es necesario que estos funcionen en la operación de repostaje. Su intervención sólo será necesaria para incrementar o mantener la adecuada presión en los depósitos del sistema de cascada. Generalmente el sistema empleado es una mezcla de ambos, una disposición de dos primeras etapas de presión baja y media trabajando en “cascada” y una etapa final de alta presión en la que interviene un compresor de alta presión, asegurando así la eficiencia global del proceso y ahorrando tiempo. Una vez estudiados los dos sistemas habituales y con mayor experiencia de servicio, la elección del sistema de compresión de suministro para nuestro proyecto será el mixto de “cascada” o “buffer”, con la asistencia final de un compresor de alta, siempre y cuando el PLC, programador lógico, lo active según los parámetros de funcionamiento lo requieran. Asimismo, dispondremos de las instalaciones, equipos necesarios y del suficiente espacio de maniobra, para que un remolque de transporte de hidrógeno sea capaz de almacenar la producción almacenada y realizar su transporte a otra planta, ya sea por razones de funcionamiento normal de la estación o por una emergencia. 37
  38. 38. Tipos y Características de los Compresores para el Repostaje.- Como ya se ha explicado necesitaremos instalar al menos dos compresores industriales de gran capacidad para elevar la presión desde el punto de producción (el electrolizador) a los depósitos de almacenaje. La presión ha de incrementarse desde los 30 bares de los electrolizadores atmosféricos y los 230 bares (presión máxima de diseño) de los electrolizadores de alta presión, a la presión de almacenaje requerida para repostar a los vehículos, dicha presión se situará en el intervalo de los 350-850 bares. Para realizar este trabajo, la experiencia recavada hasta la fecha en las estaciones de hidrógeno instaladas a lo largo del mundo, recomienda que se utilicen compresores industriales del siguiente tipo: Compresores de Pistón. Compresores de Diafragma (Diaphragma compressors) Los compresores del primer tipo, los de pistón, representan una tecnología bien conocida y ampliamente probada. La oferta presente en el mercado es más que suficiente para facilitar la selección de los compresores apropiados para nuestra instalación. Pero como siempre existe un importante inconveniente a considerar. La propia naturaleza del funcionamiento de estas máquinas requiere de complejos sistemas de refrigeración y de lubricación. Por lo general en la mayoría de estos sistemas se emplean aceites y sustancias oleosas para tales fines, inevitablemente estos fluidos terminan por filtrarse en los mecanismos de la máquina, y por lo tanto pueden contaminar el H2. Por la razón expuesta anteriormente, la probabilidad de contaminación del hidrógeno, recomienda utilizar otro tipo de máquinas que ofrezcan mejores prestaciones que eviten en lo posible contaminar el combustible. El siguiente tipo de compresores que satisfacen nuestras necesidades es el compresor de diafragma. A parte de evitar el contacto con el H2, presentan mejores características en cuanto a las pérdidas de energía calorífica al producirse menores pérdidas caloríficas. Como en el anterior tipo de compresores también existen numerosos fabricantes y múltiples modelos para satisfacer nuestras necesidades. Tanto como si se trata de compresores de diafragma o de pistón, tendremos que tener en cuenta el efecto de figuración o fragilidad cáustica que provoca el hidrógeno. 38
  39. 39. Para evitar la formación de burbujas de aire o que se cree vacío en las conducciones de todo el sistema de presión se deberá instalar sensores y dispositivos que fuercen la parada de emergencia del compresor antes de que esta disminuya por debajo de la ambiental. Asimismo se prestará especial atención a la temperatura del H2 comprimido por la máquina, para que este no supere los valores de diseño, y, en tal caso corregir este comportamiento o nuevamente activar la parada de la máquina. Las filtraciones de O2 en el equipo de presión no superarán el 1%, si se supera este índice al compresor también se detendrá. En nuestra estación de servicio instalaremos dos compresores. Ambos del tipo de diafragma. Las presiones de salida del gas serán 400 bares y 900-1000 bares respectivamente. Ambos con dos etapas, para así no interrumpir el funcionamiento de la estación, al realizar las necesarias labores de mantenimiento o por avería. La capacidad de flujo de salida para ambos será de 580 m3/h mínimo y la de succión deberá ser de 25 bares mínima. No podemos especificar el fabricante, puesto que este aspecto requeriría un proyecto mucho más amplio que el abordado. Compresor Iónico.- En los últimos años se han desarrollado nuevos equipos de compresión en los que el “pistón mecánico” ha sido sustituido por un fluido iónico, líquidos con sales en su contenido, que desempeñan el papel del pistón mecánico. Es decir, el movimiento del líquido reemplaza el movimiento del pistón mecánico. Es decir, el gas está en contacto con una solución líquida, con la cual no podrá mezclarse, así se prescinde del gran número de piezas y mecanismos diseñados para sellar las partes del compresor. Las ventajas que presentan estos sistemas son: Alta eficiencia. Seguridad en el funcionamiento, ya que la mezcla salina no se vaporiza hasta alcanzar temperaturas próximas a los 200º C. No se produce abrasión. Menor número de partes mecánicas. Menor número de horas de mantenimiento. Compresión casi isotérmica. Bajos niveles de ruido. 39
  40. 40. A pesar de recomendar en nuestro proyecto la instalación de compresores del tipo diafragma, estos novedosos sistemas, presentan numerosas ventajas, pero solo recomendaríamos su utilización si se desestima el factor económico, ya que el coste de un solo compresor de este tipo se aproxima a 500.000 € (precio de referencia para el año 2006). En las láminas 14, 15 y 16 mostramos el aspecto, funcionamiento y características de los compresores de diafragma e iónicos. Ventilación.- Si llegara el caso de una ventilación de emergencia, el gas desalojado deberá conducirse a un espacio seguro preparado para ello. Esto implica que el hidrógeno evacuado se liberará a la altura precisa para evitar cualquier daño a las personas o a la instalación si se produjese la ignición de la misma. Los dispositivos de ventilación se encontraran dispuestos de forma que el gas no se pueda acumular en las edificaciones o estructuras colindantes (por ejemplo: tejados, conductos de ventilación y extracción, estructuras de vigas en voladizo, etc.) Estaremos obligados a diseñar los sistemas necesarios que eviten la acumulación de agua, hielo o cualquier otro tipo de partículas en los conductos de ventilación, por supuesto estos sistemas no deben interferir con el flujo de gas a lo largo del circuito. Un aspecto muy importante a tener en cuenta en este apartado es la distribución de puntos de descarga de posibles acumulaciones de hidrógeno en el sistema de ventilación, tanto en emergencias como en su funcionamiento normal. Esto se deberá realizar de manera que, en los puntos de evacuación de H proyectados, la descarga de gas no se diluya en el aire de forma concentrada, evitando de esta manera que se alcancen concentraciones próximas al punto de ser inflamables. Cualquier concentración de gas próxima a su nivel de inflamación deberá estar alejada de cualquier fuente de ignición. Ventilación Operativa.- Los procedimientos de mantenimiento y de operación normales de los sistemas de suministro de hidrógeno, obligan a la descarga del mismo a la atmósfera. Estas descargas se caracterizan por realizarse mediante sistemas de control manuales o automáticos tales como válvulas de presión. Los sistemas típicos de purgado son: Purgado de las mangueras de aprovisionamiento. Vapores generados en los sistemas de almacenamiento líquido. Despresurización de las conducciones por razones de mantenimiento de los componentes de control, seguridad, etc. Ventilación de Emergencia.- 40
  41. 41. Si fuese necesario realizar una evacuación de emergencia del hidrógeno almacenado, esto se deberá a cualquiera de las siguientes razones: Fuego en el depósito de almacenamiento de H2. Pérdida de vacío en los tanques de almacenamiento de H líquido. Disparo automático de una válvula de seguridad. Consideraciones Mecánicas.- La totalidad del sistema de ventilación y evacuación de gas ha de diseñarse teniendo en cuenta el comportamiento y las fuerzas ejercidas por el flujo del hidrógeno a evacuar durante su recorrido por dicho sistema. También se considerarán otros factores ambientales tales como el hielo, el viento y en el caso que corresponda las cargas de origen sísmico previstas en las normas locales a cumplir. Consideraciones Frente al Fuego.- Las dimensiones de la chimenea de ventilación y evacuación, vienen determinadas por la caída de presión que permite el correcto funcionamiento de los dispositivos de seguridad y por la velocidad de escape mínima necesaria para la dispersión del gas expulsado. El sistema de evacuación de gases deberá ser diseñado de tal manera que una disminución en la línea de presión principal no provocará una disminución a niveles inaceptables de la capacidad de alivio de presión del sistema o sistemas de purgado conectados al sistema de evacuación principal. El circuito o línea de evacuación se dimensionará de forma que la presión de retorno no exceda el 10% de presión del dispositivo de purgado. La interconexión de las fuentes de evacuación a una chimenea común principal se permitirá en aquellos casos en los que el sistema de purgado sea proyectado para operar el flujo procedente de todas las descargas sin provocar una sobre presurización en cualquier punto de la instalación. Un exceso de presión en el sistema de evacuación puede generar fallos en los aparatos de control conectados y reducir la capacidad de flujo de presión de los dispositivos que descargan en el sistema principal. En el caso de sistemas de alta y baja presión, se instalaran sistemas de ventilación separados, de esta manera se evitaran filtraciones no deseadas del sistema de alta al de baja presión, 41
  42. 42. con lo cual no se producirá una disminución de la capacidad de purgado del sistema de baja presión. Todo el sistema de evacuación de gases se diseñará conforme a los límites de fatiga recogidos en las normas internacionales y nacionales vigentes para las condiciones de peso muerto, hielo, viento, movimientos sísmicos y otras contingencias. Dichas cargas no se supondrá que actuaran de manera simultánea. Las contracciones térmicas propias de las instalaciones de evacuación de gases fríos deberán tenerse en cuenta. Las sacudidas provocadas por las ondas supersónicas requerirán de una especial atención, debido al efecto de choque de las mismas en uniones “tipo T”, codos y en otros puntos de choque del flujo de corriente del fluido. Como se ha podido comprobar, el diseño de esta instalación es complejo, por lo que se recomienda la implicación de personal cualificado con experiencia en el diseño, proyección y construcción de instalaciones de hidrógeno. Acople al techo en una guagua Mercedes Benz Citaro de la manguera del sistema de venteo del gas H2 procedente de los depósitos situados en dicha zona. Este dispositivo se conecta al vehículo mientras se desarrolla cualquier actividad de mantenimiento o reparación del mismo. Consideraciones del Flujo de Descarga.- 42
  43. 43. Para minimizar la posible formación de “nubes de hidrógeno” próximas al nivel de suelo, se deberá evitar a toda costa la descarga de H a temperaturas cercanas a su punto de ebullición en condiciones atmosféricas. Estas concentraciones de H en forma de “nube” son peligrosas debido a su carácter potencialmente asfixiante y a la probabilidad de ignición. El personal de la estación no deberá bajo ningún concepto aproximarse a una de estas formaciones gaseosas. Las salidas de ventilación o las chimeneas de evacuación en el caso de hidrógeno frío se situaran a la altura correspondiente para impedir la formación de concentraciones de H a niveles de suelo o en áreas donde se prevé la presencia de personas. Las zonas de salida de las tuberías de evacuación de gas se localizaran en cualquier punto en el que la posible exposición del personal presente niveles por debajo del límite inflamable. Los orificios de salida de ventilación de gas se situaran en el exterior de las edificaciones o estructuras de obra, y alejadas de las zonas dispuestas para uso del personal, posibles puntos de ignición, tomas de aire, aperturas en las edificaciones (ventanas, puertas, etc.), claraboyas y ventanucos. Las distancias de instalación del circuito de descarga en las estaciones de servicio de hidrógeno pueden obtenerse a modo de guía orientativa en las normas NFPA 55, EIGA/IGC/15/06 o ISO 15916 o en los códigos, normas o reglamentaciones locales contra incendios. Las bocas de salida de las conducciones de evacuación estarán “cortadas” en el sentido de un plano que facilite la salida del gas, orientadas en dirección hacia arriba. Presión de Diseño Frente a Deflagraciones y Detonaciones.- Para la ventilación de flujos de hidrógeno caliente y frío se emplearán conducciones de pared única y sin material aislante de ningún tipo. Los respiraderos de ventilación accesible a personal sin la correcta formación contarán con algún tipo de protección a tal efecto. Las conducciones, válvulas, complementos de la instalación, equipos accesorios, juntas obturadoras y juntas de sellado de rosca, deberán cumplir con los requisitos necesarios para su aplicación en instalaciones de H2, por supuesto también satisfarán las normas de servicio en cuenta a las presiones y temperaturas de funcionamiento de la instalación, y de manera especial soportaran las altas temperaturas producidas en cualquier hipotética condición de fuego, así como su estabilidad estructural. La opción preferida para las conducciones de ventilación de hidrógeno es el acero Austenítico (Serie 300), con las características recogidas en el código ASME. El acero inoxidable Tipo 304, también presenta propiedades mecánicas aceptables cuando es sometido a las fluctuaciones de ambiente entre las distintas temperaturas del hidrógeno líquido y en cuanto a la 43
  44. 44. resistencia a la corrosión, aspecto este último importante puesto que minimiza el posible desprendimiento de partículas en el flujo de ventilación de H2. Materiales con puntos de fundición bajos como el aluminio, bronce, cobre y latón, presentan una reducida resistencia cuando se les somete a elevadas temperaturas. Aquellos sistemas de ventilación o respiraderos de gas compuestos por materiales con puntos de fundición bajos serán: Los que reciban la adecuada protección contra la exposición a fuegos externos de acuerdo con la ISO 15916 Anexo C o la NFPA 55, o las recogidas en las pertinentes legislaciones locales antiincendios. Los permitidos en áreas donde cualquier pérdida resultante de un fallo no expondrá indebidamente al personal, edificaciones, o estructuras, etc. a sus efectos. Los localizados en zonas en las cuales una pérdida podrá ser rápidamente controlada por al accionamiento de una válvula accesible o controlada manualmente. Los elementos de hierro “gris”, o hierro maleable no serán empleados en instalaciones de ventilación de H2. Las conducciones de tuberías fabricadas en plástico, accesorios o cualquier otro tipo de componente no se instalarán en dispositivos de contención y ventilación de hidrógeno. Componentes.- Aquellos elementos atornillados, juntas o empalmes unidos mediante tuercas de las torres de ventilación o respiraderos deberán cumplir con los estándares de las normas ASTM o legislación equivalente. En todo caso los componentes instalados cumplirán con las recomendaciones del fabricante. Ventilación de Oxígeno.- Si la producción de hidrógeno se realiza in situ mediante el proceso de electrólisis, la evacuación del oxígeno se efectuará a intervalos regulares. El O2 es un elemento químico altamente reactivo, por lo que en su ventilación debemos prestar especialmente atención. Las conducciones, tuberías, accesorios, válvulas, equipos auxiliares, juntas obturadoras y otros componentes serán compatibles con las características de presión y temperatura de uso del oxígeno. 44
  45. 45. Es muy importante aclarar que la ventilación del hidrógeno y del oxígeno no deberá realizarse en el mismo sistema. De manera adicional se prestara especial cuidado que los sistemas de evacuación de gases estén bien separados de forma que se evite que mezclas de oxígeno con aire enriquecido en H2. Ventilación del Nitrógeno.- En las instalaciones de estaciones de hidrógeno, el nitrógeno se emplea como fluido de purgado. El nitrógeno es un gas peligroso debido a su potencial asfixiante. La ventilación del nitrógeno seguirá un recorrido hacia áreas en las que se asegura que no existen acumulaciones de oxígeno en la atmósfera de las zonas de trabajo. Aparatos de Reducción de Presión, Ventilación y Descarga de Gases. Las válvulas de seguridad se instalaran de manera que estén dirigidas en la dirección que no provoquen daños al personal ni a los equipos circundantes. Los dispositivos y las válvulas de reducción de presión serán distribuidos de tal forma que la posibilidad de daño a las conducciones y resto de instalaciones se reduzca al mínimo. Los sensores y disparadores de las válvulas de presión se instalaran en contenedores herméticos. El circuito de descarga de ventilación se diseñará y se instalará de forma que soporten el incremento de presión circulante por el sistema de ventilación y respiraderos. Las líneas de ventilación no deberán estar equipadas con dispositivos de supresión de llama, o cualquier otro tipo de aparatos que restrinjan o prevengan la libre evacuación del H2 hacia la atmósfera. El acero inoxidable es el material preferido para su uso en las instalaciones de ventilación y respiraderos, ya que este minimiza la posibilidad de ignición originada por las partículas procedentes de la corrosión. Las válvulas de purgado, conexiones y circuitos de ventilación se diseñaran de manera que los brazos de carga y las mangueras de la instalación puedan drenarse y despresurizarse como paso previo a la desconexión del sistema. El conjunto de drenado y purgado dirigirá la evacuación del flujo de gas o líquido hacia una zona de almacenamiento y expansión segura. Se tendrá presente a la hora de proyectar el circuito de purgado que no se debe acumular humedad o cualquier otro tipo de partículas contaminantes en los respiraderos de ventilación, ya que estas sustancias se podrían congelar de manera que interferirían en el normal funcionamiento de la instalación. Los respiraderos de ventilación del sistema de purgado de presión, se situaran en lugares seguros en espacios abiertos de forma que se evite que cualquier corriente de gases de ventilación 45
  46. 46. “golpee” al personal o dañe cualquier estructura, depósitos, válvulas o cualquier otro tipo conjunto de equipos. Las chimeneas y conducciones de ventilación se dispondrán de manera individual, no se recomienda el plegado ni la unión de múltiples conducciones de ventilación. La ventilación no podrá dirigirse a zonas donde se pueda acumular el H2, como por ejemplo las cornisas en las edificaciones, en el interior de casetones de almacenamiento. Para evitar la acumulación de sobrepresiones en las conducciones de hidrógeno líquido, se instalaran válvulas de purgado, evitando de esta manera que se produzcan acumulaciones a elevadas presiones en el interior del circuito. Asimismo se dispondrán de válvulas de expansión térmica como sea requerido para evitar y prevenir sobrepresiones en cualquier sección del circuito de líquido o vapor frío que se puedan producir en cualquier tramo situado entre válvulas. Las válvulas de alivio o de purgado de presión se accionaran cuando la presión alcance valores máximos superiores a los previstos en funcionamiento normal del circuito, pero inferiores a la presión de prueba del propio sistema que protege de las sobrepresiones. En las zonas en las que se pueda producir la acumulación de hidrógeno, también se instalaran circuitos y conducciones de ventilación y purgado, siempre y cuando, la acumulación de H2 gaseoso pueda originar un incremento de presión peligroso. Requisitos de las Características del Material Empleado.- Todos los materiales seleccionados en el diseño y empleados en la construcción de la instalación de la estación de servicio, cumplirán con los requisitos obligados para trabajar en las condiciones propias de presión y temperatura. Alguna de las consideraciones a satisfacer en la selección de los materiales son: Efectos de las bajas temperaturas. Efectos de figuración o fragilización cáustica del hidrógeno (Embrittlement) Permeabilidad y porosidad. Compatibilidad con elementos metálicos de composición disimilar cuando son usados conjuntamente. Efectos de las Bajas Temperaturas.- Muchos materiales cambian sus características de ductivilidad a comportamiento frágil según la temperatura disminuye. Este cambio en su comportamiento puede producirse a temperaturas más elevadas que las criogénicas. 46
  47. 47. Dos de las consideraciones principales a tener en cuenta en la selección de los materiales empleados en una estación de servicio de hidrógeno en la que se manipule H2 líquido son: cambios en la ductivilidad a bajas temperaturas (Corrosión cáustica a baja temperatura) y los efectos de contracción termal que se producen en consecuencia. La temperatura de expansión en ambiente del hidrógeno líquido está entorno a los 280 K. Una disminución de esta elevada temperatura puede provocar una contracción termal en la mayoría de materiales empleados. A la hora de escoger los materiales a instalar en la instalación debemos tener en cuenta el estrés y fatiga del material originado por la mencionada expansión o contracción térmica. Por supuesto, al emplear distintos materiales en la instalación, tendremos en cuenta los distintos comportamientos de los mismos frente a las contracciones térmicas. Corrosión Cáustica y Ataque del hidrógeno.- El fenómeno de corrosión cáustica del hidrógeno es causa de una seria consideración a la hora de instalar metales expuestos a dicho gas. Este efecto puede producir importantes y significativas mermas en las propiedades mecánicas de los materiales. Una descripción completa de este fenómeno viene recogida en el documento IGC 15/06 Apéndice 5 elaborado por la EIGA. Permeabilidad y Porosidad.- El hidrógeno tiene la particularidad de difundirse rápidamente a través de los poros de los materiales o sistemas con diminutas aperturas, las cuales normalmente resisten el sellado con respecto al aire y otros gases. Los accesorios, conducciones y tuberías de hierro fundido no deberán emplearse en estas instalaciones. El uso de cualquier tipo de equipo elaborado mediante fundición es totalmente desaconsejado, debido a la permeabilidad del H2 y a las posibles filtraciones de este gas a través de las porosidades del material de origen de fundición. Compatibilidad de Materiales Metálicos Disimilares.- Otra importante precaución a tener en cuenta en el diseño y construcción de las estaciones de hidrógeno, es el uso en estas instalaciones de conducciones, tuberías, codos, accesorios de bombeo, etc. de elementos y materiales metálicos de características y propiedades similares, es decir no mezclaremos, en lo posible, equipos metálicos de diferentes cualidades y calidades. En el caso de incluir elementos metálicos de distinto tipo, los accesorios de acero inoxidable serán compatibles con los conductos y tuberías de cualquier otro tipo de metal. Se prestará especial cuidado en cuanto a la protección frente a la corrosión en el diseño de uniones y zonas de contacto entre metales de distinto tipo. 47
  48. 48. Las conexiones entre elementos de gran tamaño construidos con metales nobles con dispositivos más pequeños elaborados con metales de inferior calidad, también serán objeto de especial atención. Consideraciones Adicionales.- Los tanques de presión, tales como los dispuestos como depósitos de expansión, se fabrican con materiales que están sujetos a la corrosión originada por las condiciones atmosféricas, deben ser protegidos frente a estos ataques de la naturaleza mediante métodos preventivos. La mencionada corrosión y la consecuente fatiga de material que producen, afecta a la vida útil de los depósitos cilíndricos de almacenamiento de H2. Por lo tanto se recomienda un riguroso plan de mantenimiento que preste especial atención a los procedimientos anti-corrosión. En las instalaciones en las que se detecte amoniaco y este se encuentre presente como impureza o agente atmosférico contaminante, se evitará el uso de elementos que contengan aleaciones de cobre, estaño, zinc, etc. en las conducciones y circuitos de la instalación dada la facilidad con la que sufren el ataque de este elemento químico. Asimismo se deberá considerar la presencia de cualquier otro elemento contaminante para diseñar y tener en cuenta la aplicación de las medidas de protección y de seguridad correspondientes. Las conducciones y tuberías se fabricaran de acuerdo con las especificaciones y estándares correspondientes para destinarse a instalaciones de atmósferas explosivas. Información adicional y detallada para la selección de materiales propios de estas instalaciones viene recogida en la norma ISO/PDTR 15916 Apéndice C y ISO/DIS 11114, Partes 1 y 4. Aislamiento.- El aislamiento aplicado al circuito de transporte de fluidos criogénicos deberá ser de material incombustible y su diseño contará con juntas de sellado de vapor en la zona exterior para prevenir la condensación de aire y el consiguiente enriquecimiento de O2 del mismo a través del aislamiento. El material aislante deberá ser protegido por un “escudo” que evite el deterioro del mismo frente a las normales operaciones de trabajo de la estación. Las conducciones, equipos y tuberías carentes de material aislante, por las que circule hidrógeno a las temperaturas criogénicas de líquido no serán instalados por encima de zonas asfaltadas o de cualquier otra superficie compuesta por materiales combustibles para evitar el posible contacto del gas líquido con estas superficies. 48
  49. 49. Para recoger las gotas procedentes de cualquier pequeña pérdida producida por la condensación exterior en circuitos no aislados, se instalarán depósitos de recogida de líquido, para retener dichas pérdidas de condensación y favorecer su evaporación en aire. Instrumentos de Control.- Será necesaria la instalación de sistemas de control y seguridad en la instalación de producción de H2 y en el emplazamiento de los surtidores. El sistema de control principal tendrá la capacidad de accionar, ejecutar y realizar todas las acciones requeridas en el funcionamiento normal de la estación y en cualquier emergencia o incidencia que tenga lugar en la misma. Se instalará un sistema de control lógico programable (PLC, Programable Logic Controller)) para los dispositivos de seguridad integrado al más alto nivel posible en todos los puntos sensibles de la instalación. El proceso de producción de H2 in situ se realizará de manera automática, sin la necesidad de contar con personal cualificado para atender dicho proceso. En el caso de efectuar una parada automática, bien originada por una emergencia o por necesidad de ordenar una parada operativa, el proceso de producción se reiniciará desde una unidad de control remoto o se ordenará desde el panel de control central. Como siempre, se recomienda revisar visualmente las áreas y zonas donde se ha producido una señal de alarma previamente al reinicio del proceso de producción. Por supuesto también instalaremos sistemas de accionamiento de parada de emergencia de disparo manual, facilitando de esta manera el ordenamiento de una parada de emergencia. Los cuadros de control, instrumentos de medida, equipos de sensores se situarán en la instalación en aquellos puntos en los que se minimice el posible riesgo de daño al personal de trabajo en caso de ruptura y pérdida del hidrógeno y su posible o consecuente incendio. Emplearemos cristal de seguridad en todos los equipos dispuestos en la instalación. Destacamos de manera especial que la estación contará obligatoriamente con los sistemas necesarios para entrar en parada segura en caso de corte del fluido eléctrico, se prestará especial atención en este apartado. Los aparatos de medida, instrumentos y sensores diseñados para detectar cualquier fuga de H2, su posible combustión e ignición del mismo deberán cumplir con la ISO/PDTR 15916. Detección de Incendios.- Las llamas que se producen en un incendio de hidrógeno no son visibles en condiciones de luz diurna. Se deberá considerar la instalación de dispositivos que realicen una vigilancia continuada en las zonas proclives a la aparición de un incendio, por ejemplo válvulas de seguridad, respiraderos de ventilación, etc. Para realizar una vigilancia continua de las áreas sensibles, se 49
  50. 50. puede disponer de una red de sensores térmicos y ópticos de incendio, dichos equipos se pueden complementar con los sistemas de alarma adecuados. Recomendamos observar las láminas 17 y 18 para comprender mejor el comportamiento frente al fuego del hidrógeno. Contaremos con equipos de detección de incendio en las áreas donde se realicen las tareas de trasvase de combustible. Dichos equipos además tendrán la capacidad de detectar cualquier ignición o conato de incendio más allá del radio de trabajo de las mangas de trasvase de combustible. Asimismo el muestreo del aire se realizará en varios puntos del recorrido de la zona de trasvase. Los únicos equipos capaces de detectar un incendio de hidrógeno son los sensores de ultravioleta. Habrá que prestar especial atención en su instalación en las zonas exteriores de la estación, puesto que la luz solar directa o los reflejos de la misma que incida en los mismos puede provocar falsas alarmas. Parte de estos sistemas de detección de incendios, balizas luminosas de funcionamiento normal/emergencia y avisos sonoros los describimos en las ilustraciones que siguen a esta página (Láminas 19, 20 y 21) La sensibilidad de estos aparatos es tal que cualquier labor o trabajo de soldadura realizado en su proximidad podría disparar la alarma de fuego. En las estaciones de suministro de hidrógeno los sensores de infrarrojos no son eficaces, por lo que no contaremos con la instalación de los mismos. Un sencillo dispositivo detector de incendios se compone de un estropajo de material seco combustible instalado en un punto determinado donde se puede producir un incendio, al iniciarse la combustión de este “material de trapo” por una llama de hidrógeno, se dispararía la alarma del correspondiente sensor. Consideraciones Generales Sobre los Sistemas de Detección de Incendios.- La radiación proveniente del Sol, se sobrepone sobre la emisión de la llama de la combustión del H2, resultando ser invisible en durante el día. Por lo tanto estos detectores no deben activarse por su sensibilidad a la radiación solar, iluminación artificial, trabajos de soldadura. Esto se aplica especialmente a los detectores ópticos. Las llamas del H2 al arder, emiten radiaciones en un amplio espectro, lo que implica que no se podrán apreciar “picos” de llama o fogonazos. Habrá que tener en cuenta, que la radiación emitida por las moléculas de agua caliente, también será 50

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