Hora de publicación: 2024-01-31 Origen: https://www.cummins.com/news/2024/01/11/how-does-fuel-delivery-system-work-hydrogen-ice-hydrogen-fuel-cell-and-natural-gas
El sistema de suministro de combustible es uno de los componentes más críticos de un vehículo y es el corazón del proceso de generación de energía de un vehículo. El sistema de suministro de combustible cumple una función similar a la del tanque de combustible en los vehículos con motor diésel.
Sin embargo, el sistema de suministro de combustible está diseñado específicamente para manejar combustibles gaseosos como el hidrógeno y el gas natural, los cuales se almacenan a altas presiones.
Este artículo explora detalles clave de los sistemas de suministro de combustible para motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno, vehículos con pila de combustible de hidrógeno y vehículos de gas natural.
Tanque de almacenamiento
Los vehículos propulsados por hidrógeno, como los camiones de transporte, están equipados con un sistema de suministro de combustible especializado diseñado para manejar el alto contenido de energía y la baja densidad del combustible de hidrógeno. El elemento central de este sistema es el tanque de almacenamiento, un recipiente cilíndrico hecho de fibra de carbono. Este tanque de almacenamiento está diseñado para contener hidrógeno de forma segura a altas presiones que pueden alcanzar hasta 700 bar o 10.000 psi. Esta presión se refiere a qué tan fuerte se aprieta el hidrógeno dentro del tanque. Entonces, ¡cuanto mayor sea la presión, más difícil será mantenerlo almacenado! Por lo tanto, este tanque debe poder soportar la carretera abierta y el proceso de reabastecimiento de combustible manteniendo su integridad estructural.
Válvula en el tanque
La válvula en el tanque es otro componente clave del sistema de suministro de combustible de hidrógeno. Utiliza un solenoide eléctrico para regular el flujo de hidrógeno al motor o al sistema de inyección de pila de combustible. También es un componente vital durante el proceso de reabastecimiento de combustible, lo que garantiza que el hidrógeno se pueda recargar de forma rápida y segura. Esta característica es especialmente importante para los camiones comerciales de carretera que operan con horarios ajustados y pueden necesitar repostar combustible en diferentes estaciones a lo largo de su ruta.
También se integran importantes dispositivos de seguridad en la válvula del tanque, que ayudan a mitigar los riesgos potenciales asociados con el combustible de hidrógeno y su almacenamiento. El dispositivo de alivio de presión térmica (TPRD) es una válvula sensible a la temperatura que ventila de manera segura el combustible a la atmósfera cuando se activa. Esto ayuda a evitar explosiones o incendios, garantizando la seguridad del vehículo, su carga y el conductor. Además, la válvula en el tanque tiene múltiples válvulas mecánicas que pueden repostar el sistema o evitar que el combustible salga de los tanques, lo que permite solucionar problemas y dar servicio de forma segura al sistema de suministro de combustible.
Regulador de alta presión
El regulador de alta presión del sistema de suministro de combustible trabaja para acondicionar el hidrógeno. Reduce la presión del combustible a un nivel adecuado para la generación de energía en la pila de pilas de combustible o en el motor. Normalmente es de hasta 20 bar para las pilas de combustible y 50 bar para el hidrógeno ICE. La despresurización del hidrógeno no es sólo una cuestión de seguridad, sino que la precisión de la presión de entrega permite que el motor funcione de manera eficiente y efectiva. Por ejemplo, en un vehículo propulsado por hidrógeno ICE, el regulador debe proporcionar constantemente la presión de entrega correcta para garantizar un abastecimiento de combustible preciso, independientemente de las demandas de la aplicación y las condiciones de conducción.
Los vehículos a gas natural son cada vez más populares para el transporte, particularmente en camiones de reparto que operan en áreas urbanas con tráfico frecuente de paradas y arranques. Un sistema de suministro de combustible para gas natural tiene los mismos componentes pero también algunas características distintas en comparación con el sistema de suministro de combustible para vehículos de hidrógeno.
Tanque de almacenamiento
La presión de almacenamiento del gas natural es menor que la del hidrógeno. Sin embargo, el sistema de suministro de combustible aún debe ser capaz de almacenar y manejar gas a alta presión. Normalmente, el gas natural se almacena en el sistema de suministro de combustible a presiones de hasta trescientos bar o 4000 psi.
Válvula en el tanque
El tipo de válvula en el tanque utilizada en los sistemas de suministro de combustible de gas natural es diferente a las utilizadas en los sistemas de suministro de combustible para vehículos de hidrógeno. En los vehículos a gas natural, se utilizan comúnmente válvulas en el tanque operadas mecánicamente, mientras que las válvulas controladas electrónicamente se encuentran en los sistemas de suministro de combustible para vehículos de hidrógeno. Al igual que las válvulas de hidrógeno en el tanque, las válvulas de gas natural aún pueden poseer características integradas como TPRD y válvulas de purga por motivos de seguridad y facilidad de servicio.
Regulador de alta presión
Al igual que los sistemas de suministro de combustible de hidrógeno, con el gas natural se utiliza un regulador de alta presión para reducir la presión del suministro de combustible a un nivel adecuado para su suministro al motor, normalmente de 4 a 10 bar. Dado que la mayoría de las válvulas en el tanque de gas natural son dispositivos mecánicos, el regulador de alta presión también puede integrarse con una válvula de cierre que es una válvula controlada electrónicamente que detiene el flujo de combustible al motor cuando el vehículo está apagado.
Los sistemas de suministro de combustible de gas natural están bien establecidos en el mercado actual. Sin embargo, los sistemas de suministro de combustible de hidrógeno son una tecnología nueva con mayor complejidad. Hay algunas consideraciones a tener en cuenta cuando se trata de elegir el sistema de suministro de combustible para motores de combustión interna (ICE) de hidrógeno y motores de pila de combustible de hidrógeno.
Técnicas de sellado: Las moléculas de hidrógeno son más pequeñas que las del gas natural y, por tanto, más difíciles de sellar. Seleccionar los mecanismos de sellado adecuados y elegir materiales con baja porosidad (menos huecos en el material) ayudará a garantizar un sellado sólido. Los sellos elastoméricos (polímeros similares al caucho) tienen una porosidad más baja, lo que ayuda a garantizar un sello más robusto.
Selección de materiales: El hidrógeno puede causar fragilidad. La fragilidad se produce cuando los metales se vuelven quebradizos con el tiempo a medida que absorben hidrógeno. Por lo tanto, la selección adecuada del material es fundamental. El acero inoxidable y el aluminio anodizado son buenos materiales para el hidrógeno. La selección adecuada del polímero para el sellado también es importante para evitar la degradación del material.
Recubrimiento del material: debido a que el hidrógeno es un combustible gaseoso, no proporciona lubricación para los componentes que se mueven internamente como lo haría el combustible diesel. Se pueden utilizar materiales y revestimientos especiales entre los componentes móviles para minimizar el desgaste causado por el deslizamiento de dos materiales entre sí.
Pruebas: Los sistemas de suministro de combustible de hidrógeno están sujetos a rigurosas pruebas de certificación dictadas por muchos estándares globales (por ejemplo, ECE R134, EC79, HGV 3.1, etc.). Dependiendo del mercado al que desee atender, es fundamental comprender las normas regulatorias e identificar socios de prueba capaces para validar esas normas.
La transición hacia una industria del transporte más sostenible es un proceso apasionante. El sistema de suministro de combustible es un componente clave en este viaje que nos aleja de los combustibles fósiles tradicionales, intensivos en carbono. Ya sea para un motor de combustión interna de hidrógeno, un vehículo con pila de combustible de hidrógeno o un motor de gas natural, el sistema de suministro de combustible es un testimonio de la ingeniería de vanguardia. Cummins está listo para asociarse con fabricantes y flotas y ayudarlos a aprovechar estas nuevas tecnologías de combustible. Contáctenos hoy aquí o en su oficina de ventas local de Cummins para obtener más información.