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Obtención de Componentes de Alta Calidad para Sistemas de Combustible CNG

La Importancia de Abastecerse de Componentes para Sistemas de Combustible de Gas Natural Comprimido de Alto Rendimiento

13 de octubre de 2020 | Paul Hargrave, Director del Mercado del Transporte de Swagelok, y Charles Hayes, Ingeniero Jefe de Desarrollo de Nuevos Productos, Swagelok

A medida que las políticas globales y regionales de aire limpio se hacen más estrictas, un combustible alternativo prometedor y cada vez más adoptado es el gas natural comprimido (CNG). Fuertes programas de incentivos en algunas partes del mundo han impulsado un desarrollo más rápido de los equipos pesados CNG, junto con la necesaria infraestructura de reabastecimiento de combustible que hace que la tecnología sea viable. La reducción del uso de combustible diésel en autobuses, camiones de larga distancia y otros vehículos puede tener un gran impacto en las emisiones mundiales—los órganos reguladores de las emisiones y los fabricantes de equipos originales están tomando nota.

Entretanto, los propietarios de las flotas ven el potencial que el uso de vehículos y combustibles sostenibles crezca en todas las categorías de vehículos de combustibles alternativos de uso medio y pesado. Según el informe "The State of Sustainable Fleets, (El estado de las flotas sostenibles), 2019-2020",1 el 83% de los propietarios de flotas esperan que se adopten cada vez más vehículos menos contaminantes en todos los tipos de flotas. En el informe también se constató que la sostenibilidad de las flotas es el principal motivador de los primeros gestores de flotas innovadoras, junto con los posibles beneficios económicos que pueden aportar los vehículos menos contaminantes.

Es importante que a medida que la tecnología madura, los sistemas de combustible CNG deben ofrecer una fiabilidad y seguridad absolutas. Es mucho lo que está en juego en todo el mundo, que depende del transporte público, por ejemplo, y una flota de autobuses alimentados por CNG debe ofrecer el mismo nivel de funcionamiento y fiabilidad que los viajeros diarios esperan de los vehículos que funcionan con otros combustibles.

Por estas razones, los componentes CNG y los sistemas de combustible que comprenden deben ser de alta calidad, y los fabricantes de equipos originales que buscan capitalizar la nueva demanda de estos vehículos, deben ser capaces de obtener esos componentes de calidad de manera efectiva. Teniendo en cuenta estos factores, he aquí algunas consideraciones para el diseño, construcción y especificación de componentes para vehículos CNG de alta calidad.

Enfrentarse a los desafíos operacionales.

Cualquier equipo CNG utiliza una variedad de accesorios, válvulas de retención, válvulas de aislamiento y otros componentes de sistemas de fluidos para ayudar a transportar el gas de forma fiable desde un tanque de almacenamiento a un motor. Asimismo, las estaciones de servicio utilizan esos mismos tipos de componentes para conectar las unidades de almacenamiento más grandes a un punto de suministro en el que el usuario final puede repostar sus vehículos, incluidas las estaciones de compresores que aumentan las presiones para el llenado de los vehículos hasta 250 bar wp.

Todos estos componentes deben ser capaces de hacer frente a una variedad de desafíos operacionales reales. Entre ellos están:

Presiones más altas. El CNG se comprime y almacena a presiones que pueden exceder los 4000 psi (275 bar), lo que hace crítico que todos los componentes sean capaces de contener niveles elevados de presión sin ninguna amenaza de fuga. La seguridad es de máxima importancia aquí—las fugas de CNG pueden ser peligrosas. Las estaciones de servicio, en particular, deben ser totalmente fiables, ya que los usuarios finales cotidianos repostan allí sus vehículos. La alta calidad de los componentes es una necesidad.

Desafíos termodinámicos. En funcionamiento, las aplicaciones CNG también están sujetas a ciertos desafíos termodinámicos. A medida que el CNG se expande desde el almacenamiento de alta presión a una presión más baja cuando se alimenta al motor, el efecto Joule-Thomson hace que la temperatura del gas descienda significativamente. Todas las partes del sistema deben ser capaces de soportar estos cambios de temperatura, incluyendo las juntas de goma y elastómero, así como las válvulas y racores metálicos. Los materiales de menor calidad pueden dilatarse y contraerse debido a las fluctuaciones de temperatura y pueden provocar fugas u otros fallos.

Compatibilidad química. Los componentes elastoméricos en los sistemas CNG juegan un papel importante en el rendimiento fiable, y la compatibilidad química debe ser tenida en cuenta en la selección de materiales. Por ejemplo, el etileno propileno se comporta bien en temperaturas frías, pero no es químicamente compatible con los hidrocarburos, cuya presencia en el CNG es especialmente probable.

Vibraciones continuas. Los racores y conexiones en las aplicaciones de CNG deben ser capaces de soportar de manera fiable las vibraciones repetidas y constantes asociadas a un vehículo en movimiento. Por estas razones, es importante elegir racores que demuestren una resistencia a la vibración excelente. Los racores de sujeción mecánica son una buena elección. Su diseño de doble férula crea un agarre mecánico doble en el tubo del sistema, reduciendo eficazmente la probabilidad de que los accesorios se desplacen, incluso cuando están sujetos a la continua vibración operativa.

Corrosión en ruta. Mientras que el CNG en sí mismo no suele provocar problemas de corrosión con el metal, los componentes del sistema de un vehículo normalmente deben soportar factores ambientales que sí pueden. Una carretera tratada con sal en invierno, por ejemplo, puede causar problemas con los componentes del sistema que carezcan de una adecuada resistencia a la corrosión. Las formulaciones de acero inoxidable de menor calidad con bajo contenido en níquel y cromo son más susceptibles a este tipo de problemas de corrosión.

Cada uno de estos desafíos operacionales exige componentes de alta calidad hechos con las formulaciones de aleación adecuadas para garantizar un rendimiento fiable, resistencia a la corrosión y estanqueidad. Los fabricantes deben buscar estos componentes con una sólida comprensión de los retos de la aplicación y de los aspectos aplicables de las ciencias de los materiales y de los productos siempre que sea posible.

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Qué se debe buscar al seleccionar componentes de alta calidad.

A medida que el mercado del CNG se vuelve más competitivo e innovador, los fabricantes de equipos originales que pretendan mantenerse a la vanguardia requerirán no sólo productos de calidad, sino también la capacidad de obtenerlos del proveedor adecuado. Hay muchas ventajas que se pueden obtener, entre ellas:

Eficiencia de fabricación a través de un suministro fiable. Para un fabricante de CNG que busca mantener los programas de producción, las entregas a tiempo son una necesidad. Los proveedores que pueden ofrecer un inventario local de piezas importantes y que trabajarán en estrecha colaboración con Vd. para comprender las necesidades de producción pueden influir en el éxito.

Una producción más fácil y de mayor volumen. Los racores de alta calidad que se pueden instalar por par de torsión permiten conexiones rápidas, repetibles y sin fugas en los sistemas CNG. Más allá de los componentes individuales, algunos proveedores pueden suministrar sistemas completos y prefabricados, que pueden aliviar los problemas de producción asociados con la gran cantidad de tubo doblado específicamente y conexiones que deben hacerse en los sistemas de combustible de CNG. El abastecimiento de paneles de válvulas prefabricados y probados rigurosamente, por ejemplo, puede ayudar a acelerar el tiempo de producción de los fabricantes de equipos originales.

Experiencia en ciencias de los materiales. Un proveedor fiable debería ser capaz de suministrar componentes de materiales de alta calidad, respaldados por conocimientos en metalurgia y formulación de aleaciones, junto con la compatibilidad química de los elastómeros, que contribuyen a un rendimiento fiable.

A medida que los fabricantes de equipos originales continúan capitalizando el potencial de los equipos alimentados por CNG, vale la pena que los diseñadores y fabricantes busquen proveedores que puedan proporcionar este tipo de servicio y apoyo además de los componentes de la más alta calidad.

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1 The State of Sustainable Fleets", Gladstein, Neandross, & Associates, 2020.

Paul Hargrave es el Director del Mercado de Transporte de Swagelok Company. Tiene una amplia experiencia en ingeniería de sistemas de combustible y fluidos industriales, y ha estado en Swagelok durante más de 23 años en diversos puestos de liderazgo.

Chuck Hayes es Ingeniero Jefe en Swagelok Company. Lleva casi 30 años en Swagelok, donde tiene un largo historial liderando la tecnología y el desarrollo de nuevos productos para ayudar a los clientes de diversas industrias.

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