Sistema de refrigeración en electrolizadores PEM: 7 errores de diseño que reducen la eficiencia

A medida que las tecnologías del hidrógeno continúan evolucionando, los fabricantes buscan mejorar la eficiencia, la durabilidad y la fiabilidad de los electrolizadores PEM. Aunque gran parte de la atención se centra en el stack, las membranas o los catalizadores, existe un subsistema que influye directamente en todos ellos: el sistema de refrigeración.

Un circuito de refrigeración eficiente hace mucho más que disipar calor. Mantiene una temperatura de funcionamiento estable, protege los componentes críticos frente al estrés térmico y garantiza una producción constante de hidrógeno durante toda la vida útil del sistema. Incluso decisiones aparentemente pequeñas, como el material de la manguera, su recorrido o el diseño del conjunto, pueden afectar al consumo energético, las necesidades de mantenimiento y el rendimiento global del electrolizador.

En este artículo analizamos siete errores habituales en el diseño de los circuitos de refrigeración y explicamos cómo una correcta selección de los sistemas de transferencia de fluidos puede optimizar el funcionamiento del equipo.

¿Por qué es tan importante la gestión térmica en un electrolizador PEM?

Durante el proceso de electrólisis, una parte de la energía eléctrica suministrada al stack se transforma en calor. Si este calor no se evacúa correctamente, la temperatura puede superar el rango óptimo de funcionamiento, afectando al rendimiento de la membrana, reduciendo la eficiencia electroquímica y acelerando el envejecimiento de los componentes.

Un circuito de refrigeración típico está formado por el stack, la bomba de circulación, el intercambiador de calor, las mangueras, los sensores y el depósito de expansión. Todos estos elementos deben trabajar de forma coordinada para garantizar una circulación constante del refrigerante y una disipación eficaz del calor.

Aunque las mangueras representan un porcentaje muy pequeño del coste total del sistema, desempeñan un papel fundamental en la fiabilidad y eficiencia del circuito de refrigeración.

1. Elegir el material de la manguera únicamente por su resistencia a la temperatura

Uno de los errores más frecuentes es seleccionar la manguera basándose únicamente en sus límites de temperatura y presión.

Los circuitos de refrigeración suelen trabajar con agua desionizada o mezclas específicas de refrigerantes, por lo que es imprescindible utilizar materiales con una excelente compatibilidad química y bajos niveles de extractables. Un material inadecuado puede degradarse prematuramente, contaminar el refrigerante y reducir la vida útil del sistema.

2. No tener en cuenta los ciclos térmicos

Los electrolizadores PEM rara vez trabajan en condiciones constantes. Los arranques, paradas y variaciones de carga someten al circuito de refrigeración a continuos ciclos de expansión y contracción.

Con el tiempo, estos cambios pueden afectar a la flexibilidad de la manguera, a la estanqueidad de las conexiones y a la resistencia mecánica del conjunto si los materiales no están preparados para soportarlos.

3. Diseñar un recorrido poco eficiente para las mangueras

La tendencia hacia electrolizadores cada vez más compactos hace que los circuitos de refrigeración sean también más complejos.

Curvas demasiado cerradas, recorridos innecesariamente largos o un exceso de conexiones generan pérdidas de carga y aumentan el esfuerzo mecánico sobre la instalación, dificultando además las tareas de mantenimiento.

Un diseño optimizado mejora el flujo del refrigerante y facilita tanto el montaje como las futuras intervenciones.

4. Subestimar las pérdidas de carga

Cada codo, conexión o cambio de sección incrementa la resistencia hidráulica del circuito.

Si estas pérdidas no se consideran durante la fase de diseño, la bomba deberá trabajar con mayor esfuerzo para mantener el caudal requerido, aumentando el consumo energético y reduciendo la eficiencia global del sistema.

5. No pensar en la fiabilidad a largo plazo

Un circuito de refrigeración debe mantener su rendimiento durante toda la vida útil del electrolizador, no solo durante la puesta en marcha.

Las vibraciones continuas, los cambios de temperatura y la fatiga mecánica afectan progresivamente a todos los componentes del circuito. Seleccionar soluciones diseñadas para trabajar en condiciones exigentes reduce el mantenimiento y minimiza las paradas imprevist

6. Restar importancia a la prevención de fugas

La estanqueidad es uno de los aspectos más críticos de cualquier circuito de refrigeración.

Una fuga, por pequeña que sea, puede disminuir la capacidad de refrigeración, provocar tiempos de inactividad y aumentar considerablemente los costes de mantenimiento.

Los conjuntos de mangueras diseñados específicamente para cada aplicación permiten reducir el número de conexiones y minimizar los posibles puntos de fuga.

7. Considerar las mangueras como un componente estándar

Las mangueras no son simples conductos para transportar refrigerante.

Su flexibilidad, compatibilidad química, resistencia mecánica y facilidad de integración influyen directamente en la eficiencia y la fiabilidad del circuito de refrigeración. Por ello, su selección debe formar parte del diseño del sistema desde las primeras fases del proyecto.

¿Qué características debe tener una manguera para un circuito de refrigeración PEM?

Una manguera destinada a un electrolizador PEM debe ofrecer un equilibrio entre diferentes prestaciones:

• Compatibilidad con agua desionizada y fluidos refrigerantes.
• Alta resistencia térmica.
• Bajos niveles de extractables cuando la pureza del fluido es crítica.
• Gran flexibilidad para instalaciones compactas.
• Resistencia a los ciclos térmicos.
• Estanqueidad fiable durante toda la vida útil.
• Elevada resistencia mecánica para un funcionamiento continuo.

Tener en cuenta estos factores desde el inicio del diseño contribuye a mejorar la eficiencia del sistema y reducir los costes de mantenimiento.

Soluciones Venair para la refrigeración de electrolizadores PEM

En Venair desarrollamos soluciones de transferencia de fluidos específicamente diseñadas para aplicaciones de hidrógeno, colaborando con fabricantes de electrolizadores PEM y pilas de combustible.

Entre nuestras soluciones destacan:

• Vena® PEM COOL

Diseñada para circuitos de refrigeración con agua desionizada y otros fluidos de refrigeración, ofrece una excelente flexibilidad, resistencia térmica y un rendimiento fiable en aplicaciones de gestión térmica.

• Vena® PEM PURE

Desarrollada para aplicaciones donde la pureza del fluido es esencial, combina muy bajos niveles de extractables con una elevada estabilidad química, ayudando a preservar la calidad del refrigerante durante toda la vida útil del sistema.

• Conjuntos de mangueras personalizados

Además de tubos estándar, Venair desarrolla conjuntos completamente personalizados con geometrías específicas y conexiones integradas, facilitando la instalación, reduciendo puntos potenciales de fuga y optimizando la integración en equipos OEM.

Conclusión

El rendimiento de un electrolizador PEM depende de mucho más que su stack electroquímico. Un circuito de refrigeración bien diseñado influye directamente en la eficiencia energética, la durabilidad de los componentes y la fiabilidad del sistema.

Evitar errores habituales como una mala selección de materiales, un diseño ineficiente del recorrido de las mangueras o una incorrecta gestión de las pérdidas de carga permite desarrollar sistemas de refrigeración más eficientes y con menores necesidades de mantenimiento.

A medida que la industria del hidrógeno continúa creciendo, la gestión térmica deja de ser un elemento secundario para convertirse en una pieza clave en el rendimiento global de cualquier electrolizador PEM.