Equa ion Chap e 1 Sec ion 1
T abajo Fin de G ado
G ado en Ingenie ía de la Ene gía
Es ado del A e de Sis emas de Comp esión de
Hid ógeno a Al a P esión
Au o : Emilio Maillo Ga cía
Tu o : F ancisco Ja ie Pino Lucena
Lucena
Dep. Ingenie ía Ene gé ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2015
iii
T abajo Fin de G ado
Ingenie ía de la Ene gía
Es ado del A e de Sis emas de Comp esión de
Hid ógeno a Al a P esión
Au o :
Emilio Maillo Ga cía
Tu o :
F ancisco Ja ie Pino Lucena
P o eso Con a ado Doc o
Dep. de Ingenie ía Ene gé ica
Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía
Uni e sidad de Se illa
Se illa, 2015
T abajo Fin de G ado: Es ado del A e de Sis emas de Comp esión de Hid ógeno a Al a P esión
Au o :
Emilio Maillo Ga cía
Tu o :
F ancisco Ja ie Pino Lucena
El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os:
P esiden e:
Vocales:
Sec e a io:
Acue dan o o ga le la cali icación de:
Se illa, 2015

El Sec e a io del T ibunal
ii
A oda pe sona de la que alguna ez ap endí
ix
Ag adecimien os
Todo lo e lejado en es e documen o se debe mayo i a iamen e al conocimien o adqui ido en es os cua o años
de enseñanza uni e si a ia, po ello es oy eno memen e ag adecido a odas las pe sonas que di ec a o
indi ec amen e han sido pa ícipes de es a o mación; al pe sonal docen e en p ime luga , ya que de ellos ha
dependido di ec amen e la o mación que he ecibido, a mis compañe os en segundo luga , po se ellos
quienes me han es ado apoyando y haciendo más ácil supe a es os cua o años, y po supues o ambién al
pe sonal de adminis ación y se icios po su abajo dia io pa a que odo es o sea posible.
Po supues o ag adece ambién a oda mi amilia, amigos y cí culos más ce canos, a los que es án y los que se
ue on, po hace de mí quien soy.
Figu a 4-8 Esquema del comp eso de KajiTech modelo HyKom400
Página 39
Figu a 4-9 Tabla de especi icaciones modelo HyKom400 (KajiTech)
Página 39
Figu a 4-10 Comp eso KajiTech modelo in eg ado
Página 40
Figu a 4-11 Tabla de especi icaciones KajiTech modelo in eg ado
Página 41
Figu a 4-12 O e a de comp eso es Toyokoa su
Página 42
Figu a 4-13 Comp eso modelo C12-40-7000LX (Hyd opac)
Página 43
Figu a 4-14 Tabla esumen de ca ac e ís icas de los modelos p eseleccionados
Página 44
Figu a 5-1 Fo og a ía de comp eso de líquido iónico
Página 48
Figu a5-2 Esquema de un comp eso de líquido iónico ins alado con el sepa ado
Página 48
Figu a 5-3 Esquema de comp eso elec oquímico
Página 49
Figu a 5-4 Comp eso elec oquímico
Página 50
Figu a 5-5 Compa a i a de consumos de a ios p ocesos de comp esión
Página 50
Figu a 5-6 Esquema de comp eso de hid u os me álicos
Página 51
Figu a 5-7 Comp eso de hid u o de 3 e apas pa a isó opos de hid ógeno (620 ba )
Página 51

x ii
No ación
PCI
Pode Calo í ico In e io

Rendimien o
ρ
Densidad
Nm3
No mal me o cúbico
E
Ene gía
Eg
Ene gía con enida en una can idad de e minada de gasolina
EH
Ene gía con enida en una can idad de e minada de hid ógeno
Ee
Consumo especí ico (Ene gía empleada en mo e 1Nm3 de hid ógeno)
E
Ene gía o al empleada en llena comple amen e un depósi o de hid ógeno
Vg
Volumen especí ico de la gasolina
VH
Volumen especí ico del hid ógeno
Vd
Volumen o al de un depósi o de hid ógeno de e minado
Tiempo empleado en llena comple amen e un depósi o de hid ógeno
PCId
Pode Calo í ico In e io del o al del hid ógeno con enido en un depósi o
C(€)
Cos e o al de la p oducción y comp esión del hid ógeno necesa io pa a ellena
comple amen e un depósi o
1
1 INTRODUCCIÓN A LA TECNOLOGÍA DEL
HIDRÓGENO
l obje i o de es e p ime capí ulo es da unas nociones sob e el hid ógeno y su po encial en el
campo de la ingenie ía de la ene gía, desc ibiendo en p ime luga sus p opiedades químicas
con el in de mos a las azones de su in e és ene gé ico, y en segundo luga unas pinceladas
sob e los p incipales campos den o de la ecnología del hid ógeno y su si uación ac ual.
1.1. Ace ca de la molécula de hid ógeno
El hid ógeno, (en g iego o igen del agua) es el elemen o químico más lige o de la abla
pe iódica, de núme o a ómico 1 y masa a ómica 1,00794 uma. Se p esen a po lo gene al en su
o ma molecula dia ómica H₂ (En adelan e la palab a hid ógeno se e e i á a dicha o ma
molecula ).
El hid ógeno es el elemen o químico más abundan e en el uni e so, con o mando
ap oximadamen e el 75% de la ma e ia de es e, no obs an e, en la ie a solo se encuen a en
cie as capas de la a mós e a, es deci , no podemos ob ene el hid ógeno en es ado lib e
di ec amen e de la na u aleza, po lo que se necesi a p oduci de mane a indus ial a pa i de
cie os compues os como el gas na u al o el agua.
Ac ualmen e el hid ógeno se u iliza mayo i a iamen e con ines no ene gé icos como pueden se
la p oducción de amoniaco o la hid ogenación de g asas.
Sin emba go, en los úl imos años se es á con emplando al hid ógeno desde el pun o de is a
ene gé ico. El c ecien e in e és po el hid ógeno como u u o ec o ene gé ico es consecuencia
de sus múl iples p opiedades ci adas a con inuación.
E
Dejamos de eme lo que comenzamos a en ende
- Ma ie Cu ie -
2
- Su ele ado Pode Calo í ico In e io (PCI) 120 MJ/kg lo que ep esen a 2,79 eces el PCI
de la gasolina, siendo es e de 42,89 MJ/kg.
- Ausencia de emisiones con aminan es, siendo el H₂O el único p oduc o de la combus ión
del H₂ pu o.
- Posibilidad de ob ene di ec amen e ene gía eléc ica median e una pila de combus ible,
sin necesidad de u iliza una máquina é mica, e i ando así el endimien o lími e de
Ca no .
- En caso de uga, el hid ógeno se disipa ápidamen e debido a su baja densidad,
disminuyendo así el iesgo de explosión y los posibles daños o iginados po su
combus ión acciden al.
No obs an e, exis en o as p opiedades que di icul an el a ance de la ecnología del hid ógeno.
- Al se el elemen o más pequeño, se uga ácilmen e a a és de cie os ma e iales, lo cual
conlle a una u ilización de ma e iales especí icos pa a su anspo e y almacenamien o.
- Se combina con el oxígeno del ai e sin necesidad de ene gía de ac i ación en un amplio
ango de concen aciones dando luga a una eacción de combus ión con una ciné ica
muy ele ada (Lími e de explosión 4% - 75%).
- En es ado gaseoso es incolo o e inodo o y al p oduci se la combus ión, la llama es
in isible a la luz del día, lo que di icul a la de ección de ugas.
- Su densidad es ex emadamen e educida (0,0899 kg/ Nm3 en es ado gaseoso y 0,0708
kg/l en es ado líquido), es o penaliza la en alpía disponible po unidad de olumen.
Siendo és a meno que la de los combus ibles con encionales.
- Al ene una densidad an educida se necesi a un apo e de ene gía mayo pa a
comp imi lo a al as p esiones.
1.2. Concep os básicos de la ecnología del hid ógeno
En es a sección se desc iben los p incipios de uncionamien o de los p incipales mé odos de
p oducción y almacenamien o de hid ógeno en la ac ualidad con el in de amilia iza al lec o con
las di e en es amas de la ecnología del hid ógeno.
1.2.1. P oducción
Exis en di e sos mé odos de p oducción de hid ógeno en la ac ualidad; siendo los más impo an es
ac ualmen e el e o mado po combus ibles, la elec olisis y los ciclos e moquímicos, los cuales se
desc iben en es a sección.
1.2.1.1. Re o mado po combus ibles
El p oceso de e o mado po combus ibles se basa en la p oducción de hid ógeno pa i de un
hid oca bu o, gene almen e me ano ob enido del gas na u al, aplicándole a és e los siguien es
a amien os:
3
 Pu i icación: pa a elimina impu ezas con enidas en el gas na u al como el clo o y el azu e.
 P oducción p ima ia de H₂: a empe a u as al as y con ayuda de ca alizado es, el combus ible
eacciona, gene almen e con apo de agua (s eam e o ming), dando luga a CO y H₂
 P oducción secunda ia de H₂: en es a e apa se hace eacciona el CO p oducido en la
p oducción p ima ia con más apo de agua, p oduciéndose así CO₂ y H₂.
 Pu i icación del H₂: es e p oceso consis e en desul u a la co ien e de H₂ p oducida y oxida
el CO emanen e con i iéndolo así en CO₂
Figu a 1-1 Esquema del Re o mado po Combus ibles
Resul a e iden e que es e p oceso de p oducción ca ece de in e és desde el pun o de is a ene gé ico,
ya que el hid ógeno p oducido end á una en alpía meno que el combus ible u ilizado, es deci , se
pie de ene gía en el p oceso y po an o se ía más p o echoso u iliza di ec amen e el combus ible.
Además, es e p oceso no elimina la emisión de gases con aminan es ni puede con empla se en un
escena io u u o con escasez de combus ibles ósiles.
No obs an e sigue siendo el p oceso de p oducción más u ilizado debido a que la demanda ac ual de
hid ógeno se basa en usos no ene gé icos.
1.2.1.2. Elec olisis
La elec olisis se de ine como el p oceso po el cual el agua se disocia en hid ógeno y oxígeno
Es e p oceso se basa en aplica al agua una di e encia de po encial de 1,23V, con ayuda de un
elec olizado , que se compone básicamen e de un ánodo, un cá odo y una memb ana que sepa a
ambos. Al aplica es a di e encia de po encial, el agua se disocia, dando luga a oxígeno gaseoso en
el ánodo, e hid ógeno gaseoso en el cá odo.
La elec olisis del agua es un mé odo simple de p oduci hid ógeno y se p esen a como la mejo
opción de p oduci hid ógeno con ines ene gé icos a medio plazo.

4
Figu a 1-2 Esquema de la p oducción de hid ógeno po elec olisis
Cabe esal a que debido al segundo p incipio de la e modinámica, la ene gía empleada en la
p oducción de hid ógeno es necesa iamen e mayo a la que se pod á ex ae del hid ógeno
p oducido, no obs an e, el in e és de la elec olisis adica en p oduci la elec icidad consumida po el
elec olizado a pa i de ene gías eno ables.
1.2.1.3. Ciclos e moquímicos
Es e sis ema de p oducción de hid ógeno ela i amen e no edoso, basado en la e mólisis di ec a del
agua, p oceso po el cual el agua se disocia en hid ógeno y oxígeno a empe a u as muy al as (T >
2500K)
La mane a de consegui es a empe a u a es el diseño de un ciclo e moquímico, gene almen e
alimen ado po ene gía sola de concen ación.
1.2.2. Almacenamien o
Se desc ibi án en los apa ados de es a subsección los es p incipales sis emas de
almacenamien o de hid ógeno como son el almacenamien o a p esión, almacenamien o líquido y
en hid u os me álicos.
1.2.2.1. Almacenamien o a p esión
Se a a de una ecnología es udiada, madu a y de g an in e és, que a a de palia la baja densidad
ene gé ica po unidad de olumen p opia del hid ógeno buscando comp imi el hid ógeno p oducido
a muy al as p esiones, de ahí la necesidad de implemen a sis emas de comp esión de hid ógeno que
sean capaces de abaja a muy al as p esiones con un consumo azonable.
No obs an e es e sis ema cuen a ambién con a ios incon enien es, que se indican a con inuación:
La baja densidad ene gé ica po unidad de olumen que con inúa eniendo el hid ógeno incluso a
p esiones supe io es a los 700 ba , po lo que oda ía se necesi an desa olla equipos capaces de
aumen a aún más la p esión, así como ma e iales capaces de sopo a es a p esión en su in e io .
O o hándicap es el al o cos e que supone la comp esión al se el hid ógeno una molécula an
pequeña y lige a, po an o es necesa io desa olla la ecnología de comp esión de hid ógeno con el
5
in de hace de es e sis ema de almacenamien o una ecnología compe i i a en el me cado.
1.2.2.2. Almacenamien o líquido
Es a ecnología supe a el obs áculo de la baja densidad ene gé ica del hid ógeno, no obs an e el
consumo de licua hid ógeno es muy supe io a cualquie o o sis ema de almacenamien o, siendo
es e consumo en ene gía eléc ica el 33% del PCI del hid ógeno p oducido; Además las pé didas
é micas se hacen muy impo an es aho a ya que el hid ógeno líquido se encuen a solo a muy bajas
empe a u as (-252,76ºC a 1 a m)
Se es ima que es a ecnología pod á se compe i i a cuando se consiga educi el consumo po
debajo del 20% del PCI
Debido a los ele ados cos es que supone es a ecnología, las aplicaciones se educen a aquellas que
el ac o económico no es limi an e y no exis e o a solución, po ejemplo en p opulsión espacial y
c iogenia.
1.2.2.3. Almacenamien o en hid u os me álicos
Es e mé odo de almacenamien o u iliza compues os me álicos que en cie as condiciones de p esión
y empe a u a p esen an la capacidad de combina se con el hid ógeno en una eacción más o menos
e e sible y con una ciné ica limi ada.
Es e ipo de almacenamien o es in e esan e en aplicaciones donde el peso y el olumen de
almacenamien o no sean ac o es limi an es, es deci , en aplicaciones es aciona ias.
1.2.3. Consumo
La mane a en que se consume el hid ógeno es sin duda de i al impo ancia en cuan o al desa ollo
de su ecnología. En cuan o al consumo ene gé ico se e ie e, la mane a más e ec i a de u iliza el
hid ógeno es a a és de una pila de combus ible.
El p incipio de uncionamien o de una pila de combus ible se basa en el p oceso in e so al
elec olizado , es deci , hace pasa una co ien e de hid ógeno po un ánodo y una de oxígeno po un
cá odo de al mane a que al combina se gene e una co ien e eléc ica.
1.3. Si uación ac ual de la ecnología del hid ógeno
La ecnología del hid ógeno se encuen a aún en desa ollo y iene un la go camino po eco e ,
en es a sección se desc ibe has a donde se han desa ollado has a hoy las dis in as amas de és a
ecnología y como se espe a que es é en ocado su desa ollo en el u u o.
1.3.1. P oducción
En la ac ualidad se p oducen anualmen e más de 50 millones de oneladas de hid ógeno en odo
el mundo, siendo el 80% de es a p oducción a pa i de e o mado de me ano, ob enido a pa i
de la pu i icación del gas na u al.
Como ya hemos apun ado an e io men e, es e p oceso es ene gé icamen e ine icien e y en
adición, emi e gases de e ec o in e nade o como el CO₂, no obs an e su in e és se basa en los
usos no ene gé icos del hid ógeno.
6
No obs an e ac ualmen e se es á desa ollando el uso ene gé ico del hid ógeno, po an o, se
busca desa olla mé odos de p oducción in e esan es desde es e pun o de is a.
Ac ualmen e el único mé odo de p oducción con ines ene gé icos que se encuen a en el
me cado es la elec ólisis, que a pesa de que equie e más ene gía de la que pod ía apo a el
hid ógeno p oducido, es la opción más in e esan e en la ac ualidad debido a la posibilidad de
emplea ene gías eno ables, o excesos de ene gía pa a su p oducción.
O o mé odo de p oducción in e esan e es la e mólisis a pa i de ciclos e moquímicos con
ene gía sola , sin emba go a pesa de exis i 115 diseños de ciclos de es e ipo, no exis e aún
ninguna plan a pilo o que implemen e es e sis ema, no obs an e se p esen a como una solución
in e esan e a medio-la go plazo.
1.3.2. Almacenamien o
En aplicaciones es aciona ias que equie en una po encia meno a 30 kW en las cuales el peso no
es un ac o limi an e y en las que el hid ógeno se á almacenado solamen e du an e algunas
semanas, un ipo de almacenamien o in e esan e es el de hid u os me álicos, el cual se conside a
el mé odo más segu o pa a almacena hid ógeno.
No obs an e p esen a una se ie de p oblemas elacionados con el de e io o del nicho me álico, la
agilización y la baja densidad de almacenamien o.
En aplicaciones mó iles y o as que necesi en una al a densidad de almacenamien o y un peso
más educido se u ilizan el almacenamien o gaseoso a p esión o el almacenamien o licuado.
El almacenamien o licuado necesi a empe a u as muy educidas, ce canas a los 20K y po lo
que la can idad de ene gía que se equie e en es e p oceso esul a muy ele ada, sin con a po
o a pa e las eno mes pé didas é micas de i adas de man ene el hid ógeno almacenado a
empe a u as an bajas lo que aumen a aún más los cos es asociados a es a ecnología.
Es po es a se ie de azones que el almacenamien o licuado no es in e esan e a ni el de me cado,
no obs an e al ob ene una densidad al a de hid ógeno se suele u iliza en aplicaciones a g an
escala que equie en más de 100 MW , en el ámbi o ae oespacial en e o os, donde el ac o
económico no es el más ele an e.
Es in e esan e apun a que se es ima que es a ecnología pod á se compe i i a cuando se consiga
educi el consumo de ene gía del p oceso po debajo del 20% del PCI del hid ógeno a ado.
En el caso de aplicaciones mó iles donde la economía juega un papel impo an e, po ejemplo en
los ehículos eléc icos impulsados po pila de combus ible (FCEV po sus siglas en inglés) o
pa a almacenamien o a medio-la go plazo en aplicaciones de has a 300kW, el almacenamien o
gaseoso en ecipien es a p esión es sin duda el más in e esan e ac ualmen e.
En la ac ualidad el hid ógeno se en asa en bo ellas a 700 ba gene almen e, consumiéndose en
es e p oceso de comp esión de media el 13% del PCI del hid ógeno comp imido, lo cual supone
una pé dida muy signi ica i a y hace del p oceso de comp esión y almacenamien o un cuello de
bo ella que di icul a el desa ollo come cial de los FCEVs.
Ac ualmen e se es án in es igando nue as o mas de almacenamien o de hid ógeno como son las
mic oes e as de id io y nano ubos de ca bono, aunque aún no se han llegado a u iliza en
ninguna aplicación eal.
7
1.3.3. Consumo
Ac ualmen e el hid ógeno se consume mayo i a iamen e pa a ines no ene gé icos como son:
p oducción de amoniaco, hid ogenación de g asas, aplicaciones c iogénicas, e c.
Como consecuencia a es o, la p oducción de hid ógeno p edominan e es la de e o mado po
combus ibles, quedándose a ás el desa ollo de las ecnologías en ocadas a la p oducción del
hid ógeno con ines ene gé icos.
No obs an e, ac ualmen e se le iene dando un en oque di e en e al hid ógeno, con la in ención
de que en el u u o se u ilice pa a g an pa e de las aplicaciones ene gé icas que conocemos hoy
en día, p incipalmen e pa a el anspo e.
1.3.4. Conclusiones
Como ya se ha is o, en la ac ualidad se p oduce y consume anualmen e una g an can idad de
hid ógeno en odo el mundo, no obs an e es a economía del hid ógeno no iene un en oque
ene gé ico.
Si que emos aspi a a u iliza el hid ógeno como ec o ene gé ico en el u u o, es necesa io
comenza la cons ucción de una economía ene gé ica del hid ógeno, en la cual se ompa la
dependencia de los combus ibles ósiles pa a p oduci hid ógeno, ecu iéndose de es a mane a a
la p oducción po elec ólisis a pa i de uen es de ene gía eno able o nuclea , y al desa ollo
de ciclos e moquímicos pa a la p oducción de hid ógeno a a és de e mólisis.
Un cla o camino a segui pa a desa olla una g an economía de escala a ni el mundial se ía
consegui mejo a la densidad ene gé ica del hid ógeno en é minos de olumen, consiguiendo
así almacena una mayo can idad de hid ógeno en un olumen más educido y con un peso
meno y hace del almacenamien o a p esión una ecnología compe i i a.
La impo ancia de hace de los sis emas de comp esión y almacenamien o de hid ógeno a
p esión una ecnología compe i i a adica en la implicación que end ía en la educción del cos e
de epos aje de un FCEV así como en el aumen o de su au onomía, lo cual conlle a ía un eno me
nicho de demanda de hid ógeno, lo cual ayuda ía a aumen a su p oducción con ines ene gé icos
y a consegui la buscada economía de escala del hid ógeno.
1.4. Re os ac uales de la ecnología del hid ógeno
Como ya se ha comen ado, la ecnología del hid ógeno se encuen a aún en desa ollo ya que
iene que supe a cie as ba e as que hoy en día impiden la implemen ación de una economía
del hid ógeno a escala.
1.4.1. Desa olla los mé odos de p oducción no con encionales
El cos e de p oducción de una unidad ene gé ica de hid ógeno sigue siendo aún muy ele ado en
compa ación con las ene gías con encionales, es o se debe undamen almen e al hecho de que
ac ualmen e el hid ógeno se p oduce mayo i a iamen e a pa i de combus ibles ósiles, po lo an o,
el p ecio inal se á más ele ado que el de dichos combus ibles.
En adición a es o, los mé odos de p oducción de hid ógeno ex endidos ac ualmen e emi en g andes
can idades de CO₂, po an o no son compa ibles con una economía de hid ógeno de emisiones ce o.
14
Es o, aplicado a dos ehículos a los cuales se les supone un mismo endimien o mecánico y una
au onomía simila , el ehículo de hid ógeno consumi ía 5 eces menos combus ible, en é minos
de masa, que o o ehículo con mo o de gasolina.
Sin emba go uno de los conocidos incon enien es del hid ógeno es su baja densidad (ρH=0,0899
kg/Nm3), con lo cual, en é minos de olumen el hid ógeno pie de in e és en e a o os
combus ibles.
Si con inuamos compa ando un ehículo impulsado con hid ógeno con o o impulsado po
gasolina, pa a la misma au onomía, en condiciones no males (T=0ºC, p=1a m) y u ilizando los
esul ados p e ios, ob enemos lo siguien e:
5,037 kg de gasolina / 680 (kg/m3) = 0,0074 m3
1 kg H2 / (0,0899 kgH2/m3) = 11,12 m35,037 kg de gasolina / 680 (kg/m3) = 0,0074 m3
Po lo an o la elación de olúmenes se ía VH/Vg =1502,7. Lo cual nos indica que, pa a una
misma au onomía, a pesa del ele ado pode calo í ico del hid ógeno y la posibilidad de un
ap o echamien o ene gé ico más e icien e, necesi a íamos un depósi o 1500 eces mayo al
equi alen e en é minos de gasolina, lo cual hace comple amen e necesa io un almacenamien o a
al a p esión pa a aplicaciones mó iles.
De la misma mane a que y omando una p esión de 700 ba , enemos que ρH=62,93 kg/m3, po
an o 1 kg de hid ógeno ocupa ía un olumen de:
1kg H2 / (62,93 kg/m3) = 0,016 m3
Lo cual nos da una nue a elación de olúmenes VH/Vg = 2,16.
Teniendo en cuen a un ehículo de gasolina con un depósi o de combus ible de 50 l, pa a un
coche de hid ógeno con una au onomía simila , necesi a íamos un depósi o de 108 l, que a pesa
de se un g an amaño, comienza a se iable.
De es a mane a se obse a que el almacenamien o de hid ógeno no es el p incipal ac o
limi an e de es a ecnología, sino que el mayo obs áculo al que se en en a es la g an can idad de
ene gía que se necesi a pa a lle a el hid ógeno a al a p esión.
En las secciones siguien es se habla á ace ca de los consumos ene gé icos en los p ocesos de
comp esión de hid ógeno compa ándose es e con un ciclo de comp esión de ai e.
2.3. Ciclo de comp esión.
En es a sección se p e ende ilus a an o ísica como ma emá icamen e, el p oceso de comp esión
gené ico.
Pues o que es e documen o se desa olla con base en los sis emas de comp esión a al as p esiones,
nos cen a emos a con inuación en analiza exclusi amen e los p ocesos de comp esión
olumé icos, po se es os los únicos capaces de consegui las p esiones que buscamos.

15
Con el in de acili a la explicación, se usa á como apoyo a és a, un comp eso ipo pis ón
con encional, no obs an e, odo lo que se exponga es ex apolable a cualquie o a máquina
olumé ica.
Con ayuda del siguien e diag ama se mos a án las e apas de un p oceso de comp esión olumé ico:
Figu a 2-6 Ciclo de comp esión olumé ico
Desde el pun o de is a del luido se dis inguen cua o e apas:
- E apa 1-2: El pis ón, lleno de gas, comienza a subi con la ál ula de escape aún ce ada,
aumen ando así la p esión del luido de abajo con enido en su in e io .
- E apa 2-3: En el pun o 2 se ab e la ál ula de escape y el gas sale a p esión cons an e
has a que el pis ón alcanza su pun o mue o supe io (PMS) en el pun o 3.
- E apa 3-4: El pis ón comienza a descende y el olumen de la cáma a aumen a a medida
que baja la p esión de la misma has a que se ab e la ál ula de admisión en el pun o 4.
- E apa 4-1: El olumen de la cáma a sigue aumen ando mien as el luido de abajo a
llenando odo el espacio a p esión ap oximadamen e cons an e has a que el émbolo llega
al pun o mue o in e io (PMI)
A con inuación se encuen an las ecuaciones que pe mi en calcula la ene gía apo ada al luido po
el comp eso en el supues o de que dicho p oceso se lle e a cabo de mane a isen ópica.
𝑊₁₂=𝑃₁𝑉₁ 1
𝛾−1[1−(𝑃₂𝛾−1
𝛾
𝑃₁𝛾−1
𝛾)]
𝑊₂₃=𝑃₂(𝑉₃−𝑉₂)
16
𝑊₃₄=𝑃₃𝑉₃ 1
𝛾−1[1−(𝑃₄𝛾−1
𝛾
𝑃₃𝛾−1
𝛾)]
𝑊₄₁=𝑃₁(𝑉₁−𝑉₄)
Pa a calcula el abajo o al que se apo a al luido bas a con suma las cua o e apas
𝑊𝑡=𝑊₁₂+𝑊₂₃+𝑊₃₄+𝑊₄₁
Desa ollando es a exp esión llegamos a:
𝑊𝑡=𝑃₁𝑉₁ 𝛾
𝛾−1[(1−𝑟𝛾−1
𝛾)+𝑟𝑉₃
𝑉₁(1−𝑟1−𝛾
𝛾)]
Siendo la elación de comp esión 𝑟=𝑃₂
𝑃₁; y siendo 𝛾 la elación de calo es especí icos:
𝛾=𝐶𝑝
𝐶𝑣.
Como ya se apun ó p e iamen e, es as ecuaciones hacen e e encia a la ene gía que abso be el luido
de abajo. Si que emos conoce el consumo de ene gía del comp eso bas a á con di idi es a
ene gía en e el endimien o global, que depende á de su diseño y ca ac e ís icas cons uc i as
p incipalmen e.
2.4. P oceso de comp esión del hid ógeno
En es a sección se analiza á e modinámicamen e el p oceso de comp esión de hid ógeno en un
comp eso ipo pis ón y omando como e e encia el p oceso de comp esión del ai e.
Pa a es e análisis, y con el in de acili a la compa a i a en e ambos luidos, se supond á que
los gases se comp imen de mane a isen ópica. A con inuación se mues a una igu a que ilus a
el p oceso de comp esión de un gas gené ico en un comp eso de cua o iempos ipo pis ón y los
cálculos que pe mi en calcula la ene gía que apo a el comp eso al gas a ado en un ciclo
comple o.
𝑊𝑡=𝑃₁𝑉₁ 𝛾
𝛾−1[(1−𝑟𝛾−1
𝛾)+𝑟𝑉₃
𝑉₁(1−𝑟1−𝛾
𝛾)]
17
En es a ecuación se dis inguen cla amen e dos ipos de pa áme os: los que dependen
exclusi amen e del comp eso y su égimen de ope ación (P, V y ), y, po o a pa e, 𝛾, que
depende del gas de abajo y las condiciones a las que és e se encuen e.
Se asumi á que, an o en el caso del ai e como en el caso del hid ógeno, los pa áme os que
dependen del ipo de comp eso se án idén icos, así como sus endimien os, los cuales no se
incluyen en la ecuación.
En el caso de la elación de calo es especí icos, al se ambos gases dia ómicos, se iene que la
elación de calo es especí icos de ambas sus ancias es muy pa ecida, siendo γa =1.4018 en el
caso del ai e y γh=1,4054 pa a el hid ógeno.
Po an o, pa a las mismas p esiones de en ada y salida, el abajo apo ado po el comp eso en
cada ciclo se á muy pa ecido en ambos casos.
Sin emba go, como ya se ha apun ado, el hid ógeno esul a se muy poco denso, con lo cual, el
gas o másico de hid ógeno que se mue e en cada ciclo de comp esión esul a mucho meno que
en el caso del ai e.
Reco damos que la densidad del hid ógeno gaseoso es de ρH=0,0899 kg/ Nm3 mien as que el
alo de la densidad del ai e es ρA=1.29 kg/Nm3. Po an o su elación de densidades se á ρA/ρH
=14.35.
Es a elación de densidades se aduce en que pa a mo e la misma can idad de ambos gases se
necesi an unos 14 ciclos en un comp eso de hid ógeno po cada ciclo de comp esión de ai e. Es
deci , un comp eso de hid ógeno consumi ía ap oximadamen e 14 eces más que o o de ai e
que abaje en las mismas condiciones y mue a el mismo gas o.
Es os análisis nos dan una idea an o de la impo ancia como de la di icul ad de comp imi el
hid ógeno a al as p esiones. Po lo que se mani ies a la impe an e necesidad de desa olla
sis emas compe i i os capaces de comp imi y almacena el hid ógeno a las p esiones necesa ias
con un endimien o global conside ablemen e más ele ado que los con encionales.
18
19
3 DISEÑOS COMERCIALES DE COMPRESORES
DE HIDRÓGENO
na ez comp endido el ciclo de comp esión y las p opiedades del hid ógeno que a ec an a és e
ciclo, se p ocede a na a los dos ipos de diseños come ciales que exis en ac ualmen e en el
me cado, siendo es os el comp eso ipo boos e y el comp eso ipo dia agma me álico.
3.1. Comp eso ipo boos e
Es e ipo de comp eso es se basan en el mismo p incipio de uncionamien o que los comp eso es
al e na i os con encionales en los cuales el mo imien o e ical de un pis ón p oduce el lujo y
la comp esión del gas de abajo.
Figu a 3-1 Comp eso ipo boos e
A con inuación se mues a el diag ama P-V que apa eció en el capí ulo an e io , que ilus a las
cua o e apas de un p oceso de comp esión de un gas gené ico en un comp eso al e na i o, las
cuales coinciden con las de los comp eso es ipo boos e .
U
No bas a con ene buen ingenio;
lo p incipal es aplica lo bien
- René Desca es -

20
Figu a 3-2 Diag ama P-V de comp esión en un comp eso ipo boos e
Po an o, los cálculos que se mos a on en el capí ulo de “Análisis e modinámico” end án
ambién alidez pa a es e ipo de comp eso es.
No obs an e los comp eso es de hid ógeno gua dan cie as di e encias con los con encionales.
En el siguien e pá a o se ilus a de alladamen e su p incipio de uncionamien o.
3.1.1. P incipio de uncionamien o
Como ya hemos apun ado an es, en los boos e , el hid ógeno se comp ime median e la acción de
un pis ón al e na i o al cual denomina emos pis ón p ima io, el cual es á conec ado a un pis ón
secunda io a a és de un eje, es e segundo pis ón es a su ez impulsado po un luido
comp imido que se á ai e en el caso de los comp eso es neumá icos, o un acei e en el caso de los
hid áulicos.
Es e luido impulso p ocede de una es ación de comp esión independien e y capaz de alimen a
a a ios equipos simul áneamen e.
El in e és de es e ipo de comp eso es adica en que adecuando la elación de amaños en e
ambos pis ones, se puede consegui mul iplica la elación de comp esión del pis ón p ima io sin
necesidad de ene una p esión an ele ada en el pis ón secunda io. De mane a que el á ea del
pis ón p ima io sea meno que la del secunda io.
Como la ue za eje cida po el luido impulso se ansmi e a a és del eje hacia el pis ón
p ima io, end emos que el alo absolu o de las ue zas coincide en ambos pis ones, es deci :
F₁=F₂
21
Si se exp esan las ue zas como el p oduc o de la p esión po el á ea de cada pis ón, se iene que:
P₁*A₁=P₂*A₂
P₁ /P₂ = A₂/A₁
Se obse a que la elación en e las á eas de los émbolos y las p esiones de las cáma as gua dan
una elación in e samen e p opo cional.
En laa igu a siguien e mues a un comp eso ipo boos e sencillo donde se puede obse a su
uncionamien o y la di e encia de amaño de ambos émbolos.
Azul = Ai e comp imido
Na anja = Ai e de escape y e ige ación
Ve de = Hid ógeno a comp imi
Figu a 3-3 Esquema de un comp eso ipo boos e
3.1.2. Clasi icación de los comp eso es ipo Boos e
En es a sección se mos a án los di e en es diseños de comp eso es de hid ógeno ipo boos e
que se puede encon a hoy en día en el me cado. Y pos e io men e se ha á un análisis de los
modelos que esul en más in e esan es pa a epos aje de FCEVs.
En el me cado occiden al, el ab ican e Haskel es el que p esen a más a iedad de diseños en el
campo de los comp eso es ipo boos e y o ece las soluciones más in e esan es hoy en día, es
po ello que los diseños que se mues an a con inuación son odos ex aídos de su ca álogo.
Como ya se apun ó al p incipio de la sección, los comp eso es ipo boos e se componen de dos
pis ones, uno p ima io, el cual es el enca gado de comp imi el gas, y o o pis ón secunda io el
cual es impulsado po o o luido.
No malmen e el pis ón p ima io iene un á ea mayo que el secunda io, con lo cual se consigue
ansmi i al hid ógeno una mayo p esión de la que iene el luido impulso .
A con inuación p esen amos los di e en es diseños que se encuen an en el ca álogo del
ab ican e Haskel y las di e en es clasi icaciones que se le pueden a ibui a
es os comp eso es.
22
3.1.2.1. Según el luido impulso
Como ya apun amos p e iamen e los comp eso es pueden se hid áulicos si el luido impulso es
un acei e, o neumá icos si son mo idos po ai e.
Aunque ambos pueden alcanza p esiones simila es, el comp eso hid áulico se á más ap o si lo
que necesi amos es mo e un caudal de gás mayo como ya se e á en capí ulos pos e io es.
A con inuación nos cen a emos en las clasi icaciones desde el en oque de los dis in os modos de
comp esión del hid ógeno según el diseño del comp eso .
3.1.2.2. Según el núme o de e apas
A endiendo a es a clasi icación, los comp eso es se pueden di idi en monoe apas y bie apas.
Se en ende á po monoe apa aquel comp eso en el cual cada ciclo comple o eco ido po el
pis ón secunda io ac úe una sola ez sob e la co ien e luida, ele ando su p esión, como ilus a
la siguien e igu a.
Figu a 3-4 Esquema de comp eso boos e monoe apa
Análogamen e, en los bie apas, cada ciclo comple o del pis ón secunda io ac ua á dos eces en la
co ien e de hid ógeno, ele ando su p esión en dos e apas di e en es.
La en aja de los comp eso es bie apas adica en la posibilidad de educi las pé didas é micas
al abaja a al as p esiones, in oduciendo e ige ación en e ambas e apas. En el caso de los
comp eso es ipo boos e , se educen ambién las pé didas mecánicas al u iliza solamen e un
pis ón secunda io pa a las dos e apas.
En es e caso, el hid ógeno puede a a esa las dos e apas de di e en e mane a: una de las
mane as se ía con un único pis ón p ima io, ap o echando las dos ca e as po ciclo de és e
(Figu a 3-5). O bien, a a és de dos pis ones p ima ios con dis in a sección (Figu a 3-6).
23
Figu a 3-5 Comp eso bie apa con un único pis ón p ima io
Figu a 3-6 Comp eso bie apa con dos pis ones p ima ios
3.1.2.3. Según el núme o de e ec os
Se en iende po e ec o la can idad de lujos que se impulsan po cada ciclo comple o que eco e
el émbolo secunda io
De es a o ma se pueden dis ingui los comp eso es de simple e ec o, capaces de mo e un solo
lujo, y los de doble e ec o, capaces de mo e dos lujos en pa alelo y po an o un caudal mayo .
El in e és de mo e dos lujos en pa alelo adica en ap o echa una ca e a de pis ón pa a
mul iplica el caudal de gas impulsado po cada ciclo.
De la misma mane a que los bie apas, los comp eso es de doble e ec o pueden ac ua con uno o
dos pis ones, según mues an las igu as siguien es
30
Figu a 4-2 Ca álogo Haskel. Comp eso es neumá icos se ie 8”
En es a se ie no exis e ningún equipo que alcance p esiones de abajo supe io es a 700 ba po
lo que ninguno se ía adecuado pa a alimen a el dispensado de una hid ogene a, además, al
igual que ocu ía en la se ie 5.75”, es os comp eso es ampoco pueden suminis a un caudal
su icien e pa a ellena un depósi o en un iempo azonable.
Se pasa á en onces a analiza los modelos hid áulicos sin p eselecciona ningún modelo ipo
neumá ico.
4.2.1.2. Comp eso es hid áulicos
La p incipal ca ac e ís ica de es e ipo de comp eso es que los hacen más in e esan es que los
neumá icos es sin duda el caudal nominal de és os, siendo incluso ó denes de magni ud supe io
que en el caso de los comp eso es impulsados po ai e.
A con inuación se p eselecciona án a ios modelos según su p esión y caudal, y se calcula á el
iempo de epos aje al y como se indicó en la p ime a sección del capí ulo.

31
Figu a 4-3 Ca álogo Haskel. Comp eso es hid áulicos
Se end án en cuen a exclusi amen e los modelos que suminis an 13500 psig po se los únicos
que supe an los 700 ba . De es a mane a, se han p eseleccionado los siguien es modelos:
 100HGD6-50
 120HGD10-85
 100HGT6-115/50
 100HGT6-85/50
 120HGT10-165/50
 120HGT10-85/50
32
De es os modelos, se desca a án aquellos que suminis en un caudal olumé ico po debajo de
los 160Nm3/h (100SCFM). En consecuencia, se analiza án solamen e los modelos que se
mues an en la siguien e abla.
Figu a 4-4 Ca álogo Haskel. Comp eso es hid áulicos de ele ado caudal
Se es udia án aho a los iempos de llenado de cada modelo. Se mues a de nue o la ecuación a
u iliza .
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗ 60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
𝑄 (𝑆𝐶𝐹𝑀)∗1.61[(𝑁𝑚3/ℎ)/𝑆𝐶𝐹𝑀]
Siendo 67.2 Nm3 el olumen de un depósi o de 6 kg de hid ógeno, y Q el caudal máximo en
SCFM suminis ado po el equipo.
 Modelo 100HGD6-50
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
129.4 (𝑆𝐶𝐹𝑀)∗1.61[(𝑁𝑚3/ℎ)/𝑆𝐶𝐹𝑀]=19,4 𝑚𝑖𝑛
 Modelo 100 HGD10-50
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
106.9 (𝑆𝐶𝐹𝑀)∗1.61[(𝑁𝑚3/ℎ)/𝑆𝐶𝐹𝑀]= 23,5 min
Aunque es os iempos de espe a no di ie en demasiado, si obse amos el consumo de ambos
equipos cuando ope an dando el máximo caudal se obse a que es e si es no ablemen e meno en
el modelo 100HGD6-50
Mien as que el p ime modelo consume unos 20.3 kW, el modelo 120HGD10-50 abso be ía
35.81 kW, po lo que u ilizando el modelo 100HGD6-50 se consegui ía un aho o del 43.3%,
además de consegui un iempo de epos aje 4 minu os más ápido. Si bien es cie o que es e
aho o es en pa e consecuencia de que es e modelo abaja en el égimen es udiado a una
p esión in e io , no obs an e, es e ac o no supone p oblema alguno ya que la p esión de abajo
se ía de 827 ba , muy supe io a los 700 ba eque idos po el depósi o.
En consecuencia a odo lo expues o, del ca álogo Haskel, seleccionamos pa a nues a aplicación
únicamen e el comp eso hid áulico modelo 100HGD6-50.
33
Resul a ambién in e esan e es udia el consumo especí ico del comp eso , es deci , la ene gía
empleada en impulsa cada Nm3 de hid ógeno.
Calculándose es a ene gía con la siguien e ecuación:
𝐸𝑒 ( 𝑘𝐽
𝑁𝑚3)= 𝑃𝑎(𝑘𝑊)∗3600𝑠
𝑄 (𝑁𝑚3
ℎ)
Tomando es os da os del ca álogo enemos que:
𝑃𝑎=20,3 𝑘𝑊
𝑄=207.69𝑁𝑚3
ℎ
𝐸𝑒=20,3 𝑘𝑊∗3600𝑠
207.69 𝑁𝑚3/ℎ =352 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)
Es e da o se á ú il pa a compa a pos e io men e comp eso es de di e en es ipos y ab ican es.
4.2.2 PDC Machines
Es e ab ican e o e a exclusi amen e comp eso es ipo dia agma, como el mos ado en la
imagen de abajo y, aunque su ca álogo es bas an e más educido que el de o os ab ican es, es á
más en ocado al epos aje de FCEV y po an o sus modelos son capaces de mo e g an can idad
de lujo a al as p esiones.
No obs an e un impo an e incon enien e de su ca álogo es la educida in o mación que o ecen
de cada modelo, y po an o el análisis se encon a á más limi ado.
Figu a 4-5 Comp eso ipo dia agma. PDC Machines
34
A con inuación se mues a una abla que ecoge odos los modelos de comp eso es de hid ógeno
que o e a el ab ican e PDC Machines
Figu a 4-6 Ca álogo PDC Machines
Se obse a que, pa a comp esión de hid ógeno, odos los comp eso es alcanzan los 1000 ba g,
con lo cual, en es e ca álogo los únicos pa áme os disc iminan es se án los consumos y iempos
de llenado a pa i de da os del caudal.
Se p ocede aho a a calcula los iempos de llenado de los modelos con un caudal supe io a los
100 Nm3/h, con el obje i o de es udia comp eso es con desempeños simila es a los de la
subsección an e io .
 Modelo PDC-4
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
160 (𝑁𝑚3/ℎ)= 25,2 𝑚𝑖𝑛
 Modelo PDC-4(150)
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
241 (𝑁𝑚3/ℎ)= 16,7 𝑚𝑖𝑛
 Modelo PDC-5
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
563 (𝑁𝑚3/ℎ)= 7,16 𝑚𝑖𝑛
 Modelo PDC-13(100)
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
1865 (𝑁𝑚3/ℎ)= 2,16 𝑚𝑖𝑛
35
En es e ipo de comp eso es des acan los educidos iempos de llenado que se consiguen en
compa ación con los que se obse an en los comp eso es ipo boos e .
A con inuación compa a emos los consumos especí icos de los modelos p eseleccionados:
 Modelo PDC-4
𝐸𝑒=22 𝑘𝑊∗3600𝑠
160 (𝑁𝑚3/ℎ) =495 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)
 Modelo PDC-4(150)
𝐸𝑒=30 𝑘𝑊∗3600𝑠
241 (𝑁𝑚3/ℎ) =448 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)
 Modelo PDC-5
𝐸𝑒=55 𝑘𝑊∗3600𝑠
563 (𝑁𝑚3/ℎ) =352 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)
 Modelo PDC-13(1000)
𝐸𝑒=175 𝑘𝑊∗3600𝑠
1865 (𝑁𝑚3/ℎ) =338 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)
Se obse a un descenso muy no able del consumo especí ico a medida que aumen an los lujos.
Lo cual hace des aca sob e el es o al modelo PDC-13(100), ya que es e no solo end á un
iempo de llenado mucho meno , sino que end á un meno consumo inal.
4.2.3. Kaji ech
Es e ab ican e no publica ningún ca álogo, si no que mues a sus modelos di ec amen e en su
página web.
Pa a comp esión de hid ógeno, solo dispone de cua o modelos di e en es, den o de los cuales
es udia emos los dos únicos que alcanzan una p esión supe io a 700 ba , los cuales se mues an
a con inuación:
 Modelo VT5-110GH-OL (HyKom400)
Se a a de un modelo de comp eso al e na i o ipo boos e de cinco e apas y diseñado
especí icamen e pa a a a hid ógeno. A con inuación se puede e an o una o og a ía de un

36
comp eso eal con odos los equipos auxilia es ins alados y un esquema en pe spec i a de sus
pa es.
Figu a 4-7 Comp eso KajiTech modelo HyKom400
Figu a 4-8 Esquema del comp eso de KajiTech modelo HyKom400
Es e modelo des aca den o del campo de los comp eso es ipo boos e po la g an can idad de
caudal que es capaz de mo e , como se puede obse a en la abla de especi icaciones siguien e:
37
Figu a 4-9 Tabla de especi icaciones modelo HyKom400 (KajiTech)
Siguiendo con las di ec ices de análisis de ca álogo, se p ocede á a calcula el iempo de llenado
de un depósi o de un ehículo hid ógeno.
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
340 (𝑁𝑚3/ℎ)= 11,85 𝑚𝑖𝑛
El iempo de llenado de es e modelo, a pesa de se de los más g andes en cuan o a comp eso
ipo boos e se e ie e, es de lejos mayo que el de los comp eso es ipo dia agma me álico.
Po úl imo, se calcula á el consumo especí ico de la misma mane a que se hizo en los casos
p e ios.
𝐸𝑒=110 𝑘𝑊∗3600𝑠
340 (𝑁𝑚3/ℎ) =1164,7 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)
 Modelo XQ4A-60GH-OL + WSA-60GH-OL
Es e modelo es á compues o en ealidad po dos comp eso es in eg ados pa a alcanza una
p esión más al a de la que ob ienen po sepa ado (Has a 1100ba ) con elaciones de comp esión
muy ele adas. En las imágenes siguien es se mues an una o og a ía del equipo comple o así
como la abla donde el ab ican e ecoge la in o mación publicada del equipo.
38
Figu a 4-10 Comp eso KajiTech modelo in eg ado
Figu a 4-11 Tabla de especi icaciones KajiTech modelo in eg ado
39
Pa a la pos e io compa a i a, se halla án los pa áme os de iempo de llenado y consumo
especí ico que se ienen calculando pa a odos los modelos es udiados.
𝑡=67.2(𝑁𝑚3)∗60(𝑚𝑖𝑛/ℎ)
200 (𝑁𝑚3
ℎ)= 20,16 𝑚𝑖𝑛
𝐸𝑒=80 𝑘𝑊∗3600𝑠
200 (𝑁𝑚3/ℎ) =1440 (𝑘𝐽/𝑁𝑚3)
A pesa de o ece una p esión más ele ada, es e úl imo modelo o ece un iempo de llenado y un
consumo especí ico mayo que el modelo Hykom400, po an o, en la compa a i a pos e io no
se end á en cuen a és e úl imo modelo de Kaji ech, solamen e el equipo Hykom400.
4.2.4. Toyokoa su
Es e ab ican e al igual que su paisano, Kaji ech, o e a exclusi amen e comp eso es ipo
boos e , y, aunque su o e a es algo más ex ensa, sus ca ac e ís icas son de ó denes de magni ud
simila es como se mues a a con inuación.
Figu a 4-12 O e a de comp eso es Toyokoa su
Como se iene haciendo, se calcula á en p ime luga el iempo de llenado de un depósi o de
FCEV y pos e io men e su consumo especí ico de los modelos 9H y 9000.
46

47
5 DISEÑOS NO COMERCIALES
e han mos ado has a aho a los dis in os ipos de diseños de comp eso es de hid ógeno a al a
p esión que exis en en el me cado hoy en día, los cuales son bas an e simila es a los
comp eso es con encionales. Sin emba go, ac ualmen e se es án desa ollando una g an
a iedad de diseños de comp eso es especí icos pa a hid ógeno que pod ían ayuda a educi los
consumos de comp esión de es e gas. En es e capí ulo se mos a án los diseños más impo an es
capaces de abaja a al a p esión.
5.1. Comp eso de líquido iónico
Es e diseño, pa en ado po la emp esa Linde, se basa en un comp eso de pis ón con encional
con la di e encia que cada pis ón se encuen a sellado po una columna de líquido iónico casi
incomp esible, el cual es el que ac úa sob e el hid ógeno pa a comp imi lo. Además, es e líquido
iónico iene unción sepa ado a de e i ando que se con amine el hid ógeno con la lub icación del
pis ón y minimiza las ugas de hid ógeno a a és del pis ón.
A con inuación se mues a una o og a ía de un comp eso de es e ipo y un esquema
explica i os
S
Sólo la imaginación es más impo an e que el conocimien o
- Albe Eins ein- -
48
Figu a 5-1 Fo og a ía de comp eso de líquido iónico
Aunque es e líquido iónico apenas se mezcla con el hid ógeno du an e el p oceso de comp esión
y no supone una con aminación impo an e pa a el gas, es necesa io añadi al inal de la úl ima
e apa un sepa ado , el cual se enca ga de de ol e a los pis ones el líquido que pudie a habe se
mezclado con el hid ógeno.
Figu a5-2 Esquema de un comp eso de líquido iónico ins alado con el sepa ado
Es e comp eso se ins ala en un mismo modulo jun o con el sepa ado y las bo ellas de
almacenamien o así como un en iado , de mane a que as comp imi se el hid ógeno pasa po el
sepa ado , pa a de ol e el líquido iónico emanen e en el gas, as es o se en asa en bo ellas de
has a 1000 ba .
49
A la ho a de epos a , el gas se deja escapa de las bo ellas y comienza a pasa a a és del
en iado donde alcanza empe a u as de -40ºC an es de en a al ehículo po simple di e encia
de p esiones, sin necesidad de o o comp eso in e medio. Según asegu a la emp esa Linde, es e
sis ema es capaz de llena el depósi o de un FCEV en menos de 3 minu os.
Las p incipales en ajas de es e comp eso son:
 No hay con aminación de hid ógeno (u o os gases).
 Ambien almen e segu o.
 Buena capacidad é mica.
 Buenas cualidades lub ican es.
 Inhibición de la co osión.
 Eliminación de los sellos y los cojine es en el comp eso ya que líquidos iónicos no se
mezclan con el hid ógeno.
5.2. Comp eso elec oquímico
El p incipio de uncionamien o de es e comp eso se basa en sepa a los á omos de hid ógeno en un
p o ón y un elec ón aplicándole una di e encia de po encial en e un ánodo y un cá odo sepa ados
po una memb ana de in e cambio p o ónico (PEM). Denominándose al conjun o comple o MEA,
po sus siglas en inglés de Memb ane-Elec ode-Assembly.
Figu a 5-3 Esquema de comp eso elec oquímico
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Figu a 5-4 Comp eso elec oquímico
La en ajas p incipales de es os comp eso es son en p ime luga la ausencia de pa es mó iles,
e i ándose así las pé didas po icción, y en segundo luga que el p oceso es ap oximadamen e
iso e mo, po lo que se consigue una e iciencia de comp esión muy ele ada. Se mues a en la g á ica
siguien e la compa ación de consumos según di e en es p ocesos de comp esión.
Figu a 5-5 Compa a i a de consumos de a ios p ocesos de comp esión
Es os comp eso es han e olucionado no ablemen e en los úl imos años supe ando en e o os los
siguien es obs áculos:
 P esión de salida supe io a 800 ba .
 Relación de comp esión de 800:1.
 Más de 5000 ho as de ope ación a ele ada densidad de co ien e (750 mA/cm2).
51
5.3 Comp eso de hid u o
El comp eso de hid u o me álico es un sis ema, muy pa ecido al almacenamien o en hid u os
me álicos, basado en la abso ción de hid ógeno po una ma iz me álica que al se calen ada,
no malmen e con apo de agua, a cie a empe a u a, libe a es capaz de libe a el hid ógeno a
p esión ele ada.
Figu a 5-6 Esquema de comp eso de hid u os me álicos
Figu a 5-7 Comp eso de hid u o de 3 e apas pa a isó opos de hid ógeno (620 ba )
La empe a u a de ope ación a ia á eno memen e dependiendo del ipo de ma iz y de la p esión
de salida que se equie a, e olucionando la p esión exponencialmen e con la empe a u a. Siendo
posible alcanza p esiones de has a 5000 ba a al as empe a u as.
Una o ma de inc emen a la e iciencia ene gé ica del p oceso de comp esión es aumen a la
empe a u a de apo e de calo , no obs an e, los hid u os me álicos adicionales, se deg adan con
empe a u as supe io es a los 100ºC.

52
Po an o, un e o impo an e pa a la e olución de es e ipo de comp eso es es la in es igación
sob e ma e iales al e na i os esis en es a impu ezas y al as empe a u as, que además o ezcan
una elocidad de abso ción y deso ción del hid ógeno en la ma iz me álica.
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6 CONCLUSIONES
n el p esen e documen o se han de allado las p opiedades del hid ógeno y la si uación ac ual de
su ecnología y sis emas de comp esión, así como los análisis de consumos ene gé icos y cos es
económicos. En es e apa ado de conclusiones se epasa án los aspec os gene ales is os en es e
abajo y se analiza án su epe cusión en cuan o a la e olución de la ecnología del hid ógeno en un
u u o a co o y medio plazo.
Es e abajo es á en ocado a la comp esión de hid ógeno con ines de epos aje de FCEVs, po
conside a se el p ime paso pa a consegui una economía de escala.
En p ime luga en cuan o a las p opiedades e modinámicas del hid ógeno, la p incipal des es aja es
la baja densidad que p esen a en compa ación con cualquie o a sus ancia, de ahí la necesidad de
comp imi el hid ógeno a al a p esión con el in de almacena lo en un espacio educido y de es a
mane a u iliza lo en aplicaciones mó iles. Po o a pa e, el hid ógeno esul a se la sus ancia más
di ícil de comp imi y almacena , po su educido amaño molecula y densidad undamen almen e.
Los mo i os expues os has a aho a jus i ican la ap emian e necesidad de mejo a los sis emas de
comp esión ac uales y desa olla o os nue os, que no solo bene icia ían a la ecnología del
hid ógeno sino que con ibui ían a la mejo a de o os p ocesos que u ilicen la comp esión.
Se ha obse ado a lo la go de es e documen o que exis en nume osas soluciones pa a ob ene el
hid ógeno a al a p esión con el obje i o de epos a ehículos de pila de combus ible en un iempo
acep able. Además de las soluciones ya exis en es, se es á inno ando en es e campo, desa ollándose
nue os sis emas de comp esión de hid ógeno que pod ían sus i ui a los ac uales en un u u o
ce cano.
En cuan o al análisis de cos es, se obse a que en la ac ualidad, el p ecio de llenado del depósi o de
un FCEV pod ía consegui se a un p ecio pa ecido al de un ehículo de gasolina con encional. No
obs an e la p incipal di e encia que exis e es á en la in e sión inicial necesa ia pa a la ob ención de
equipos de p oducción, comp esión, almacenamien o y consumo de hid ógeno.
E
La ida es el a e de saca conclusiones su icien es a pa i
de da os insu icien es
- Samuel Bu le --
54
Una ez is o que en la ac ualidad es posible epos a un ehículo de hid ógeno a un p ecio no
demasiado ele ado, y que la ecnología del hid ógeno se encuen a aún en desa ollo, se puede
conclui que es a ecnología es sin duda una cla a opción ene gé ica en el u u o que compi a en el
me cado y ayude a la in eg ación de ini i a de las eno ables, al p oduci se el hid ógeno a a és de
es as uen es de ene gía.
A pesa de que odas las amas de la ecnología del hid ógeno se encuen an en p oceso de mejo a,
un ac o de e minan e pa a impulsa la in es igación y el desa ollo en es e ámbi o se ía un
inc emen o de la demanda de hid ógeno con ines ene gé icos, ya que es o disminui ía los cos es de
p oducción y mo i a ía la in e sión en I+D, ayudando así a la c eación de la deseada economía de
escala del hid ógeno g acias al llamado “Lea ning by doing”.
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REFERENCIAS
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eu ope.com/S a icFiles/MRCon en /S a icFiles/Haskel%20Eu ope/en/PDF;s/Haskel_Hyd ogen_
6-19-13.pd >
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h p://www.hyd ogenics.com/docs/de aul -sou ce/pd /2-1-1-indus ial-
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