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Creación de un sistema de seguridad para la gestión térmica de los sistemas de almacenamiento de energía (ESS)

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Aplicaciones de los sensores de caudal ultrasónicos en sistemas de refrigeración por líquido

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En el contexto de la transición energética mundial hacia estructuras limpias y con bajas emisiones de carbono, los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) electroquímicos están experimentando un despliegue a gran escala. A medida que la densidad energética de las celdas de batería individuales y de los sistemas en su conjunto sigue aumentando, la gestión térmica durante los ciclos de carga y descarga se ha convertido en un factor clave que influye en la vida útil y la seguridad del sistema.

En comparación con las soluciones tradicionales de refrigeración por aire, la tecnología de refrigeración líquida, gracias a su mayor eficiencia en el intercambio de calor y a su mayor consistencia en el control de la temperatura, se ha convertido en el método predominante de gestión térmica para los ESS. Sin embargo, la introducción de circuitos de refrigeración líquida también impone mayores exigencias en cuanto a la fiabilidad del diseño del sistema y el mantenimiento a largo plazo. Dentro del circuito de refrigeración, la monitorización precisa y estable del caudal es un componente crítico para evaluar el rendimiento de la disipación de calor, detectar anomalías con rapidez y garantizar un funcionamiento seguro del sistema.

1. Retos de la monitorización del caudal en los ESS con refrigeración líquida

Los equipos de almacenamiento de energía suelen requerir una larga vida útil. Durante un funcionamiento prolongado, las tecnologías tradicionales de medición de caudal se enfrentan a los siguientes obstáculos técnicos dentro de los circuitos de refrigeración líquida:

→ Riesgos de fugas: Las tuberías de refrigeración líquida se encuentran muy próximas a los módulos de batería y a los componentes eléctricos. Los caudalímetros tradicionales requieren cortar las tuberías para su instalación, lo que aumenta el número de superficies de sellado de las uniones y, en consecuencia, eleva los riesgos de seguridad derivados de cortocircuitos o corrosión causados por fugas de refrigerante. Por lo tanto, las soluciones de medición de alta estanqueidad o no invasivas tienen un importante valor desde el punto de vista de la ingeniería.
→ Mayor resistencia al flujo y consumo de energía parásita: Los impulsores o componentes limitadores de flujo en el interior de los medidores de caudal mecánicos alteran el estado de los fluidos, generando una caída de presión nada desdeñable. Esto obliga a las bombas de agua de la unidad de distribución de refrigerante (CDU) a funcionar continuamente bajo cargas elevadas, lo que aumenta el consumo de energía auxiliar del sistema.
→ Desgaste mecánico y deriva en la medición: El refrigerante puede generar microimpurezas o incrustaciones durante la circulación a largo plazo, lo que provoca el desgaste o incluso el agarrotamiento de los rotores mecánicos. Esto no solo causa una deriva en la precisión de la medición y desencadena falsas alarmas, sino que también puede dar lugar a errores de juicio en las estrategias de gestión térmica.
→ Compatibilidad del refrigerante: Para cumplir los requisitos anticongelantes y de aislamiento eléctrico, los fluidos utilizados en los sistemas de refrigeración líquida han pasado gradualmente de las soluciones convencionales de etilenglicol y agua a anticongelantes especializados o fluidos fluorados no conductores. Los caudalímetros electromagnéticos, que se basan en la conductividad, no son adecuados cuando se trata de fluidos altamente aislantes.

2. Adaptabilidad y ventajas de la tecnología de detección ultrasónica

Al responder a los requisitos espaciales, energéticos y de fiabilidad a largo plazo de los sistemas de refrigeración líquida de los ESS, la tecnología de medición de caudal por ultrasonidos demuestra una excelente adaptabilidad a las aplicaciones:

→ Medición no invasiva que garantiza la integridad de la tubería: los sensores ultrasónicos de fijación por abrazadera pueden instalarse directamente en la pared exterior de la tubería sin necesidad de cortarla. Además de eliminar el riesgo de fugas, esto reduce significativamente la complejidad del montaje en fábrica y del mantenimiento posterior.
→ Ausencia de componentes que restrinjan el caudal para reducir la energía de bombeo: independientemente de si se utiliza una estructura en línea o de fijación por abrazadera, no hay restrictores mecánicos de caudal dentro del canal de medición. La resistencia al fluido es extremadamente baja, lo que contribuye a optimizar el consumo energético de las bombas y a mejorar el coeficiente de rendimiento (COP) global del sistema.
→ Ausencia de desgaste mecánico para una estabilidad a largo plazo: la ausencia de piezas internas móviles permite que el sensor mantenga la estabilidad de la medición durante un funcionamiento continuo a largo plazo, lo que reduce sustancialmente los costes de funcionamiento y mantenimiento causados por fallos en los caudalímetros.
→ Versatilidad de los fluidos: Basada en el método del tiempo de tránsito, la medición no está limitada por la conductividad del fluido, lo que la hace ampliamente compatible con refrigerantes a base de agua y diversos medios de refrigeración nuevos y altamente aislantes.

3. Matriz de selección de productos de XY-TEK

Para dar respuesta a los requisitos de instalación y de proceso en diferentes nodos del ESS, XY-TEK ofrece dos categorías principales de soluciones: en línea y de fijación por abrazadera.

3.1 Monitorización en línea altamente integrada: Series TAD / TPD / TPK
Los sensores en línea suelen integrarse durante la fase de montaje del equipo como parte de la unidad de refrigeración líquida o del sistema de tuberías. En comparación con los tipos de fijación por abrazadera, los sensores en línea se conectan directamente a la tubería mediante racores. Este diseño no se ve afectado por los materiales externos de las tuberías, lo que proporciona una precisión de medición extremadamente alta y consistencia a largo plazo, y cuenta con un canal de flujo liso y sin zonas muertas:

→ Serie TPK: Cuenta con una estructura compacta, diseñada específicamente para trayectorias de flujo internas en armarios con limitaciones de espacio, lo que minimiza la caída de presión del fluido a un nivel extremadamente bajo al tiempo que mantiene una alta precisión en la medición del caudal.
→ Serie TPD: Utiliza una carcasa de plástico de alta resistencia, que combina un diseño ligero con una buena relación calidad-precio, y cuenta con una pantalla integrada para facilitar la puesta en marcha in situ.
→ Serie TAD: Cuenta con una pantalla integrada y adopta un diseño estructural totalmente de acero inoxidable. Posee una excelente resistencia a la presión y solidez estructural, lo que la hace adecuada para condiciones de funcionamiento complejas con elevadas exigencias estructurales.

3.2 Monitorización flexible y segura sin intervención: Series CS / CPD
Para situaciones de aplicación que exigen los más altos estándares de estanqueidad o que requieren añadir puntos de monitorización a sistemas existentes, la serie de sensores de sujeción ofrece una solución flexible:

→ Serie CS: Diseñada específicamente para tuberías densas en el interior de armarios y módulos. El sensor se sujeta directamente a la pared exterior de la tubería (por ejemplo, PTFE, PFA o tuberías metálicas), lo que elimina estructuralmente la posibilidad de fugas en las uniones. Su tamaño extremadamente reducido facilita su integración en espacios reducidos entre grupos de baterías.
→ Serie CPD: Partiendo de la instalación con abrazadera, la serie CPD incorpora una pantalla de visualización y una interfaz de funcionamiento. El personal in situ puede obtener de forma intuitiva los datos de caudal, lo que facilita enormemente la puesta en marcha y el mantenimiento del equipo sobre el terreno.

Impulsada por la tendencia de los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) hacia una mayor seguridad y eficiencia, una gestión térmica fiable constituye la base para un funcionamiento robusto del sistema. Al proporcionar sensores de caudal ultrasónicos fiables, tanto de fijación por abrazadera como en línea, XY-TEK resuelve eficazmente los problemas relacionados con los riesgos de fugas, el consumo de energía por caída de presión y la compatibilidad de los fluidos en los sistemas de refrigeración líquida. Gracias a unos datos objetivos y precisos sobre los fluidos, contribuimos a que los sistemas de almacenamiento de energía alcancen los objetivos operativos de alta seguridad y mayor vida útil.