Blog

Mar 03, 2024

SwRI crea un motor lineal

Un nuevo compresor de hidrógeno desarrollado en el Southwest Research Institute (SwRI) puede mejorar la eficiencia y confiabilidad de la compresión de hidrógeno utilizada en el repostaje de vehículos eléctricos de pila de combustible.

Un nuevo compresor de hidrógeno desarrollado en el Southwest Research Institute (SwRI) puede mejorar la eficiencia y confiabilidad de la compresión de hidrógeno utilizada en el repostaje de vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV).

El compresor alternativo impulsado por motor lineal (LMRC) desarrollado por SwRI está diseñado para comprimir hidrógeno como fuente de combustible para FCEV y otros vehículos propulsados ​​por hidrógeno. El avanzado sistema de compresión utiliza un concepto novedoso de impulsar un pistón de imán permanente dentro de un cilindro compresor herméticamente sellado a través de devanados electromagnéticos.

Esquema de LMRC. Broerman et al.

El LMRC es una mejora con respecto a los compresores alternativos convencionales, ya que minimiza el número de piezas mecánicas, reduce las vías de fuga y se modulariza fácilmente para una instalación sencilla en el campo.

Southwest Research Institute ha creado un compresor de hidrógeno innovador y más eficiente. El compresor alternativo impulsado por motor lineal (LMRC) está diseñado para comprimir hidrógeno como fuente de combustible para automóviles propulsados ​​por hidrógeno. A diferencia de la mayoría de los compresores de hidrógeno, el LMRC está sellado herméticamente y es impulsado por un motor lineal que permite una mayor eficiencia de compresión. Cortesía de SwRI.

El LMRC fue construido y diseñado para comprimir hidrógeno para repostar vehículos con pilas de combustible de hidrógeno. Para repostar vehículos de hidrógeno, primero se debe comprimir el gas a altas presiones. Entonces, nos propusimos diseñar un compresor más eficiente y a prueba de fugas.

Un desafío clave para la compresión de hidrógeno es el pequeño tamaño de las partículas del hidrógeno, lo que aumenta el potencial de fugas a medida que el gas fluye a través del equipo.

Debido a que las partículas de hidrógeno son tan pequeñas, existen problemas inherentes de compatibilidad de materiales al diseñar un compresor. Las partículas son tan pequeñas que se cuelan y alteran el rendimiento de los materiales y equipos. Por ejemplo, tuvimos algunos problemas iniciales con las partículas de hidrógeno que provocaban que los imanes fallaran, por lo que tuvimos que recubrirlos de manera más efectiva para evitarlo.

El novedoso LMRC cuenta con un compresor hermético, sellado herméticamente mediante una combinación de soluciones desarrolladas por SwRI. Los revestimientos protegen los imanes de la incursión del hidrógeno y la fragilidad, mientras que los diseños mejorados de las válvulas minimizan las fugas. También utiliza un pistón cerámico para minimizar la expansión térmica y reducir la tensión en su sello.

Los compresores típicos tienen un mecanismo de pistón y manivela que les exige realizar el mismo movimiento cada vez, con cada revolución del motor que los impulsa. El LMRC de SwRI se acciona linealmente, por lo que podemos cambiar el perfil de movimiento lineal para optimizar el proceso de compresión.

Para evitar contaminantes en el gas hidrógeno, la mayoría de los compresores de hidrógeno requieren mecanismos sin aceite. A diferencia de la mayoría de los compresores alternativos, que tienen motores que se mueven repetidamente en el mismo movimiento y requieren lubricación para el mantenimiento, el motor lineal del LMRC puede mover el pistón en un patrón de movimiento definido por el usuario, está montado para movimiento vertical y tiene un diseño de sello dinámico único.

Como resultado, los sellos y cojinetes del compresor experimentan menos fricción, eliminando la necesidad de lubricación tradicional. También se puede utilizar en una variedad de aplicaciones de compresión para evitar fugas de gas a la atmósfera, como aplicaciones de recuperación de gases peligrosos o gases de combustión.

Originalmente financiado por el Departamento de Energía de EE. UU. y con costos compartidos por ACI Services, el LMRC ha recibido desde entonces el apoyo de fondos de investigación internos de SwRI. El LMRC se ejecutó con éxito por primera vez en 2020 y completó la operación continua en las condiciones de diseño a mediados o finales de 2022. En el futuro, Broerman planea modificar diferentes aspectos del diseño del LMRC para aumentar la eficiencia y las velocidades para aumentar los caudales y aplicar el LMRC a otras aplicaciones de compresión que requieren sellado hermético.

SwRI cuenta con un equipo multidisciplinario dedicado a iniciativas de investigación de energía de hidrógeno para implementar tecnologías de descarbonización en un amplio espectro de industrias.

Recursos

Broerman, Eugene Leo, Poerner, Nathan y Shade, Willard Norman. (2020) “Compresor alternativo de motor lineal (LMRC) para compresión de hidrógeno en estaciones de servicio”. Estados Unidos. doi: 10.2172/1894346

Publicado el 29 de marzo de 2023 en Pilas de combustible, Hidrógeno, Almacenamiento de hidrógeno, Infraestructura | Enlace permanente | Comentarios (4)