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6 Settembre 2020
Sensori di pressione WIKA per i veicoli alimentati ad idrogeno

di Massimo Beatrice

Il gas nel serbatoio dei veicoli alimentati a idrogeno, prima di raggiungere la cella a combustibile, deve essere regolato attraverso una serie di valvole di controllo. Gli strumenti per la misura di pressione giocano un ruolo importante in questo processo, ma i sensori di pressione standard non sono sufficienti nelle applicazioni a idrogeno perché non sono realizzati con i materiali adatti. L’MH-3-HY di WIKA è specificamente progettato per i veicoli che utilizzano celle a combustibile a idrogeno ed è, altresì, omologato secondo la normativa EC79/2009.
 

Perché i costruttori di macchine da cantiere, camion e autobus sono sempre più interessati all’idrogeno come fonte di carburante? Per via della richiesta da parte dei clienti di maggiore sicurezza, ambientalismo, prestazioni ed efficienza. I veicoli alimentati a idrogeno sono molto più puliti di quelli con motore a combustione interna, poiché l’unico sottoprodotto della miscela di idrogeno e ossigeno è il vapore acqueo. Le emissioni zero riguardano particolarmente i  veicoli utilizzati in ambienti chiusi (carrelli elevatori, elevatori a forbice, trattori, commissionatori e veicoli da trasporto) poiché i motori a combustione rilasciano nell’aria monossido di carbonio pericoloso, composti organici volatili (COV) e altri sottoprodotti nocivi, anche quando i veicoli utilizzano i più recenti sistemi per il controllo dell’inquinamento.
 

I veicoli elettrici alimentati a batteria sono puliti, ma il principale inconveniente è la loro limitata autonomia e, quindi, la necessità di frequenti ricariche. Inoltre, ogni ciclo di ricarica può richiedere diverse ore, il che significa che queste macchine stanno ferme a riposo invece di produrre lavoro, riducendo il ROI (ritorno sugli investimenti) dell’azienda per questi beni. I veicoli alimentati a idrogeno, invece, impiegano solo pochi minuti per fare rifornimento e tornano immediatamente in funzione. Le celle a combustibile sono anche più leggere delle batterie tradizionali, un vantaggio quando il peso rappresenta una considerazione importante. Quando si tratta di veicoli a celle a combustibile a idrogeno, i paesi dell’Asia orientale (soprattutto il Giappone) e dell’Europa occidentale sono all’avanguardia, ma altri stanno recuperando terreno.
 

Le applicazioni con idrogeno richiedono sensori di pressione speciali
Il gas compresso nei serbatoi di idrogeno è sotto alta pressione: circa 360 bar per la maggior parte delle macchine da cantiere e dei veicoli comunali. Prima che l’idrogeno possa raggiungere la cella a combustibile per poter essere convertito in energia, la sua pressione immagazzinata deve essere ridotta alla pressione di esercizio della cella a combustibile. Per un maggiore controllo e sicurezza, questo processo richiede solitamente due fasi:

Una valvola di riduzione ad alta pressione situata vicino al serbatoio abbassa la pressione a poco meno di 20 bar prima di entrare nel sistema
Un regolatore di pressione riduce ulteriormente la pressione a circa 1bar prima di entrare nell’iniettore della cella a combustibile
La valvola di riduzione ad alta pressione utilizza tipicamente due sensori di pressione: uno all’ingresso della valvola e un altro all’uscita per garantire che la pressione del sistema sia entro i limiti di sicurezza. Se la pressione del sistema non è regolata correttamente, la valvola di riduzione della pressione percepirà una condizione di sovrapressione e scaricherà l’idrogeno in atmosfera. Se la pressione del sistema diminuisce troppo, la cella a combustibile non avrà una pressione sufficiente per il funzionamento e alla fine spegnerà la macchina.
 

Come ogni sensore di pressione, deve essere sufficientemente preciso e robusto per una particolare applicazione. Tuttavia, le applicazioni con idrogeno pongono sfide a questi requisiti perché la molecola si scompone in due ioni idrogeno. Questi atomi possono facilmente entrare nella struttura cristallina di molti metalli comuni, compreso l’acciaio inossidabile, e il processo di diffusione accelera a temperature e pressioni più elevate. Esso è chiamato permeazione dell’idrogeno, e in un sensore di pressione provoca due cose.
 

Cambia la sua resistenza elettrica, che porta alla deriva del segnale
Rende più probabile che alcuni metalli si rompano e si fratturino (infragilimento da idrogeno)
Per evitare la permeazione dell’idrogeno, un sensore di pressione può essere realizzato con una membrana affacciata placcata in oro. Tuttavia, questa opzione è di solito troppo costosa per la maggior parte dei veicoli a celle a combustibile a idrogeno. Una soluzione più economica è quella di utilizzare una lega speciale meno sensibile alla permeazione dell’idrogeno.
 

Sensori di pressione robusti per i veicoli alimentati ad idrogeno
Sensori di pressione MH-3-HY
Sensori di pressione MH-3-HY
Il modello MH-3 di WIKA è stato a lungo il sensore di pressione elettronico preferito costruttori OEM per condizioni operative estreme. Ora abbiamo creato una versione specifica per i veicoli che utilizzano celle a combustibile a idrogeno come fonte primaria di energia elettrica.
 

Il modello MH-3-HY presenta la stessa precisione, affidabilità ed esecuzione robusta dell’MH-3, ma con un sensore a film sottile in metallo saldato realizzato in W.Nr 2.4711 (Elgiloy®), una lega di cobalto-cromo-cromo-nichel-molibdeno con elevata resistenza alla fatica ed eccellente resistenza alla corrosione.
La cella di misura a film sottile saldata garantisce una tenuta ermetica nel lungo termine, senza il bisogno di ulteriori materiali per guarnizioni, come ad esempio in polimero, il che lo rende ideale per applicazioni con idrogeno con un campo di pressione da 20 a 600 bar.
 

Grazie a queste caratteristiche, il sensore di pressione MH-3-HY ha ottenuto l’omologazione CE79/2009 dell’UE per i veicoli alimentati a idrogeno, rendendo molto più facile per i costruttori OEM certificare il loro intero sistema a idrogeno. WIKA è una delle pochissime aziende che producono sensori di pressione con omologazione EC79/2009. Inoltre, produciamo l’MH-3-HY su una linea altamente automatizzata, il che significa che possiamo fornire ai clienti grandi quantità con una elevata qualità affidabile. (Altri produttori utilizzano linee semiautomatiche o manuali.) Inoltre, controlliamo al 100% ogni sensore a fine linea e sottoponiamo ogni singolo sensore alla prova di tenuta con elio.
 

Sempre più amministrazioni comunali e imprese sono interessati a ridurre impatto ambientale senza sacrificare le prestazioni e l’efficienza, e un modo per farlo è quello di aggiungere autobus alimentati a idrogeno e veicoli comunali alle loro flotte. L’ampia gamma di prodotti di misura WIKA fa parte di questo movimento verso un futuro più pulito. Oltre all’MH-3-HY, offriamo una varietà di trasduttori di pressione, sensori di temperatura, interruttori a galleggiante e relativi accessori per applicazioni con idrogeno che vanno dalla distribuzione e stoccaggio all’energia degli edifici. Mentre il mercato dei carburanti continua a cambiare ed evolversi, WIKA è presente.

 
 
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