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Anatomía de un Racor para Hidrógeno

Racores para pilas de combustible de hidrógeno Swagelok

Anatomía de un Racor para Hidrógeno

Charles Hayes, Ingeniero Jefe de Desarrollo de Nuevos Productos, y Charles Erml, Director de Producto, Swagelok

Uno de los desafíos más importantes en el desarrollo de vehículos e infraestructuras de pilas de combustible de hidrógeno seguros, fiables y sin fugas es la naturaleza del propio hidrógeno.

El hidrógeno es un gas de molécula pequeña. Puede escapar fácilmente a través de las grietas más pequeñas y propagarse hacia el interior de los materiales diseñados para contenerlos. En el mercado del transporte, el hidrógeno también debe ser almacenado a presiones superiores a 700 bar para lograr la densidad de energía necesaria en un vehículo. Y en las estaciones de servicio, los rápidos cambios térmicos y de presión también pueden afectar a la integridad del sistema, ya que el hidrógeno escapa de los tanques de almacenamiento y se descomprime.

Estas circunstancias ponen de relieve la importancia de un rendimiento impecable en los racores que unen las partes críticas de los sistemas de combustible de hidrógeno de alta presión. Los racores para la tecnología de las pilas de combustible de hidrógeno deben demostrar algunas características críticas para una fiabilidad a largo plazo. Aunque en estas aplicaciones se han utilizado los tradicionales racores conificados y roscados, hoy en día existen opciones de mayor rendimiento. En este post, examinaremos detalladamente algunas características específicas del diseño de los racores que permiten un rendimiento ideal en la tecnología del hidrógeno:

Cierre sin fugas.

Dada la tendencia del hidrógeno a pasar a través de las aberturas más pequeñas, la estanqueidad del gas y la resistencia a las fugas son algunos de los criterios de rendimiento más importantes para un racor.

El tipo de sello de muchas conexiones de tubo tradicionales consiste en una sola línea de contacto en una estrecha parte de la superficie del tubo. Aunque este sello puede ser suficiente para muchos líquidos y algunos gases, la propia naturaleza del hidrógeno puede comprometerlo una vez en funcionamiento. Las vibraciones también pueden ser un reto para un sello de una sola línea.

Un mejor diseño para la contención del hidrógeno implica dos líneas de contacto a través de superficies de sellado más largas, una a lo largo del tubo y otra a lo largo de la conexión. Estas superficies de contacto deben estar ligeramente inclinadas, proporcionando el nivel de tensión óptimo para mantener un cierre consistente. Algunos tipos de racores de dos férulas pueden ofrecer este tipo de integridad de sellado.

Fuerza de sujeción.

La fuerza de sujeción del racor en el tubo es otro atributo clave del rendimiento que asegura que el racor pueda soportar las altas presiones requeridas para la recarga de hidrógeno, así como las importantes vibraciones que pueden producirse en un vehículo en movimiento.

Por lo tanto, una sujeción mecánica combinada con dos férulas es un diseño ideal para la sujeción robusta del tubo de un racor para hidrógeno. La férula delantera endurecida puede permitir que el racor deforme físicamente el tubo, generando un rango de presión de servicio muy alto. Mientras tanto, el diseño único de la férula trasera permite cierto movimiento en el accesorio (llamado "acción de muelle residual") mientras se mantiene el agarre y la fuerza. Este tipo de diseño tiene una gran resistencia a las vibraciones, ideal tanto para el funcionamiento a bordo de los vehículos como para su uso en la infraestructura de repostaje, donde los compresores y las condiciones dinámicas pueden crear una vibración considerable.

Un diseño mecánico de dos férulas con acción de muelle residual, también ayuda a los racores a soportar los importantes cambios térmicos que pueden hacer que los materiales se dilaten o se contraigan. Durante la recarga, las temperaturas del gas hidrógeno pueden variar desde valores tan bajos como -40°C hasta la temperatura ambiente, lo que causa problemas en el rendimiento de los racores conificados y roscados convencionales.

Instalación sencilla.

El diseño adecuado de racor es crítico para un rendimiento fiable en la aplicación. También puede producir importantes eficiencias de instalación y montaje para los fabricantes de vehículos de pila de combustible de hidrógeno y los diseñadores de infraestructuras de hidrógeno.

Algunos racores de sujeción mecánica disponibles están diseñados con conjuntos preensamblados. Esto permite a los instaladores utilizar herramientas comunes y requiere una formación mínima para efectuar un montaje rápido y a prueba de errores. En comparación con los racores conificados y roscados tradicionalmente utilizados en los sistemas de abastecimiento de hidrógeno, un diseño innovador como los racores Swagelok® serie FK ofrece importantes ventajas de instalación y montaje. Una conexión conificada y roscada fiable requiere un equipo especializado y un alto nivel de destreza del instalador, y normalmente requiere 5 veces más tiempo de instalación y prueba que la serie FK Swagelok. La fabricación de vehículos depende de la agilidad, y la facilidad de instalación será fundamental a medida que la infraestructura del hidrógeno se amplíe. La tecnología de racores adecuada puede acelerar ambas cosas.

Satisfacer las necesidades de los sistemas de hidrógeno.

Si bien existe una variedad de accesorios de compresión para tubo y otros estilos que son aplicables a los sistemas de combustible de hidrógeno, muy pocos están diseñados para satisfacer las muchas y particulares demandas de rendimiento que requieren las aplicaciones de hidrógeno.

Los racores Swagelok serie FK son la excepción. Con un diseño patentado y presiones hasta 1551 bar, la serie FK fue diseñada específicamente para su uso en aplicaciones de hidrógeno. Se han utilizado en una amplia variedad de industrias y aplicaciones desde su introducción, pero siguen siendo una opción óptima para los vehículos y las infraestructuras de hoy—y de mañana.

La viabilidad a largo plazo del transporte de hidrógeno dependerá de la existencia de vehículos e infraestructuras de hidrógeno seguras, fiables y duraderas. La selección y especificación de los componentes adecuados para los sistemas críticos puede ayudar a alcanzar estos objetivos.

¿Quiere saber más? Contacte con Swagelok hoy para analizar cómo podemos ayudarle con sus necesidades de transporte.

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