Componentes Diseñados para la Fiabilidad del Hidrógeno

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Que el hidrógeno consiga todo su potencial como solución de energía limpia  depende de muchos factores, pero uno de ellos es especialmente crítico: el almacenamiento seguro desde la producción hasta el transporte y la distribución. Esa fiabilidad depende de la superación de dos grandes retos:

• Tamaño. El hidrógeno es una de las moléculas más pequeñas que se encuentran en la naturaleza, lo que supone un reto único para los diseñadores de infraestructuras. El hidrógeno puede escapar incluso por los espacios de conexión más pequeños, lo que provoca fugas de gas y problemas de seguridad. Además, los átomos de hidrógeno pueden difundirse en los metales, lo que produce un fenómeno conocido como fragilización por hidrógeno  y agrietamiento inducido por hidrógeno.
• Requisitos de almacenamiento a alta presión. Las altas presiones de contención (875 bar) requieren componentes de alto rendimiento, para los que las opciones normales simplemente no son adecuadas. Los cambios de presión durante la transferencia de fluidos también pueden producir cambios térmicos extremos, lo que exige una mayor integridad de los materiales de contención.

Soluciones con Racores para Hidrógeno en Sistemas de Energía Limpia

Los racores para tubo optimizados específicamente para aplicaciones con hidrógeno son una solución fiable para el futuro. Diseñados para garantizar un cierre hermético, una gran resistencia a las vibraciones y la integridad del material, estos racores satisfacen las exigencias únicas del hidrógeno en materia de contención. Con una instalación eficiente y una larga duración, permiten a los profesionales escalar sus operaciones de forma segura, fiable y sostenible. Los racores Swagelok serie FK están diseñados específicamente para ofrecer un rendimiento fiable, un mantenimiento mínimo y una seguridad excepcional en aplicaciones de energía limpia. Distintos de los racores para tubo Swagelok^® estándar, los racores serie FK satisfacen las necesidades del sector del hidrógeno.

El Panorama Actual del Transporte Limpio y la Movilidad con Hidrógeno

Aunque los vehículos eléctricos (EVs) suelen dominar el debate sobre el transporte con energías limpias, se enfrentan a importantes limitaciones que el hidrógeno puede superar.  El almacenamiento de hidrógeno a bordo permite a los vehículos—tanto de pasajeros como comerciales—prolongar la autonomía. Por otra parte, el repostaje es comparable al de los motores de gasolina o gasoil habituales, y solo requiere unos minutos. Y a medida que la infraestructura del hidrógeno se vaya ampliando, las economías de escala probablemente conducirán a precios competitivos.

Esto significa que el hidrógeno está preparado para un crecimiento significativo, y los profesionales de este sector necesitan las tecnologías adecuadas para aprovechar la oportunidad.

Consideraciones Únicas para el Almacenamiento y Contención del Hidrógeno

La propia naturaleza del hidrógeno como gas de pequeña molécula plantea el mayor reto en el desarrollo de vehículos con pilas de combustible de hidrógeno seguros, fiables y estancos. Debido a su estructura, puede escapar fácilmente a través de las grietas más pequeñas y difundirse en los materiales diseñados para contenerlo. Dadas estas circunstancias, los sistemas de fluidos de hidrógeno deben mantener dos condiciones importantes:

• Estanqueidad. Los diseños tradicionales usados en los sistemas de petróleo y gas carecen de los elementos necesarios para satisfacer los requisitos de estanqueidad de la contención de hidrógeno. A diferencia de las moléculas más grandes, el hidrógeno puede escapar fácilmente a través de espacios microscópicos. Los cierres, materiales y métodos de conexión estándar que se utilizan habitualmente en aplicaciones de petróleo y gas no son suficientes para garantizar la integridad necesaria para los sistemas de hidrógeno.

  Esto es especialmente importante en el punto de dispensación, donde los consumidores comunes interactúan con los sistemas de fluidos de hidrógeno. Para reducir los problemas de seguridad, las infraestructuras de hidrógeno deben diseñarse teniendo en cuenta los retos específicos que plantea su utilización.

• Integridad del material. El control de la corrosión es importante en cualquier aplicación en lo que se refiere a los racores para tubo, pero la contención del hidrógeno plantea un desafío específico y único. La fragilización por hidrógeno puede afectar al acero inoxidable 316, un tipo de aleación muy utilizado en racores, válvulas y tubo, incluidos los que se utilizan habitualmente en la arquitectura de los vehículos de hidrógeno.

  Con el tiempo, el hidrógeno puede degradar materiales duraderos como el acero inoxidable 316/316L. A presiones elevadas y con una exposición prolongada, los átomos de hidrógeno pueden difundirse en la estructura cristalina del metal, lo que produce su fragilización. Aunque el material suele conservar su resistencia mecánica, la presencia de hidrógeno puede agravar las microfisuras existentes, lo que hace que los componentes sean más vulnerables al fallo por fatiga. Este riesgo aumenta en las aleaciones de menor calidad, en las que la integridad del material ya puede verse comprometida. En el caso de los sistemas de la infraestructura del hidrógeno, especialmente aquellos sometidos a tensiones constantes, la selección de materiales diseñados para resistir la fragilización es esencial para garantizar la fiabilidad a largo plazo de los sistemas.

La Necesidad de Componentes Diseñados para el Hidrógeno

Uno de los componentes más importantes de un sistema de fluidos de hidrógeno—ya sea en infraestructura de producción, aplicaciones en vehículos, unidades de dispensación o cualquier otra aplicación—es el racor para tubo. Los racores para tubo crean conexiones críticas en todos los sistemas de hidrógeno

Los racores Swagelok serie FK satisfacen todas estas necesidades y demuestran estas características de rendimiento fundamentales en todas las aplicaciones:

• Cierre altamente eficaz. Dada la importancia crítica de la prevención de fugas, los racores para hidrógeno deben mantener los máximos niveles de cierre estanco con gas para garantizar una seguridad, fiabilidad y eficiencia óptimas.

  Los racores serie FK incorporan dos zonas de contacto a través de superficies de cierre más amplias—una a lo largo del tubo y otra a lo largo del racor. Estas superficies de contacto están ligeramente inclinadas, lo que ofrece niveles de tensión optimizados para mantener un cierre impecable. El racor consigue este sellado mediante las dos férulas: una para crear una superficie plana de contacto y otra que ejerce una sujeción eficaz sobre el tubo y crea su propio sellado superficial. Las superficies largas y mecanizadas con precisión de la férula delantera contribuyen además a un cierre estanco con gas de gran fiabilidad.

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• Fuerza de sujeción excepcional. La fuerza de sujeción del racor sobre el tubo es otra característica clave que garantiza que el racor pueda soportar las altas presiones necesarias para el repostaje de hidrógeno, así como las importantes vibraciones que pueden producirse en un vehículo en movimiento.

  Los racores serie FK incorporan un sistema de agarre mecánico mediante flexión con collarín de sujeción que utiliza dos férulas—un diseño ideal para crear una sujeción robusta. Una férula delantera endurecida permite que el racor penetre físicamente en el tubo, lo que crea una presión de trabajo nominal muy alta. 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 crea una sólida resistencia a las vibraciones, ideal tanto para su uso en vehículos como en infraestructuras de repostaje, donde los compresores y las condiciones dinámicas pueden generar vibraciones significativas.

  El diseño mecánico de dos férulas que permite el efecto de muelle residual también ayuda a que los racores soporten cambios térmicos drásticos que pueden provocar dilatación o contracción de los materiales. Durante la recarga, las temperaturas del gas hidrógeno pueden variar desde valores tan bajos como -50°C hasta temperatura ambiente, lo que causa problemas en el rendimiento de los racores de cono y rosca convencionales.

• Materiales de alto rendimiento. Si bien la fragilización por hidrógeno es una de las principales preocupaciones en lo que respecta a la integridad de los materiales de los componentes para sistemas de fluidos de hidrógeno, hay otros factores que también pueden producir una corrosión destructiva . Por ejemplo, los componentes de los vehículos pueden verse afectados por condiciones climáticas adversas, como las carreteras con sal, que pueden comprometer la integridad de los materiales.

  Por lo tanto, los racores para hidrógeno deben estar fabricados con materiales de alto rendimiento. Por eso, los racores serie FK de Swagelok (y otros muchos componentes disponibles) contienen una mayor concentración de cromo y níquel para proteger contra la fragilización por hidrógeno y otras formas de corrosión, lo que favorece una mayor ductilidad y resistencia a la corrosión. La normativa de la Sociedad Americana de Ensayos y Materiales (ASTM por sus siglas en inglés, de American Society of Testing and Materials) requiere un mínimo de 10% de níquel en la composición del acero inoxidable 316, pero el acero inoxidable 316 Swagelok con un mínimo de un 12% de níquel es más adecuado para las exigencias únicas del hidrógeno.

• Fáciles de instalar. Para garantizar una escalabilidad eficaz, un racor para hidrógeno óptimo también debe ofrecer una instalación simplificada que permita a los profesionales construir sistemas de hidrógeno críticos de forma más eficiente.

  El ensamblaje de los accesorios con cono y rosca puede requerir mucho trabajo y tiempo. También requieren herramientas y materiales especializados, como equipos de mecanizado cónico y roscado y lubricantes de corte para completar la instalación y reducir la fricción durante el proceso de mecanizado.

Por el contrario, los racores serie FK están diseñados con conjuntos preensamblados. Esto permite a los instaladores utilizar herramientas comunes y requiere una formación mínima para un ensamblaje eficiente y sin errores. En comparación con los accesorios con cono y rosca tradicionales, los racores serie FK ofrecen importantes ventajas de instalación y ensamblaje, entre las que se incluyen menos posibilidades de error, mayor consistencia y una vida útil total mejorada para las aplicaciones.

La Superioridad del Racor Swagelok Serie FK

El racor FK de Swagelok ofrece las características que exigen las aplicaciones de hidrógeno, entre las que se incluyen:

• Cierre robusto sin fugas
• Excepcional fuerza de sujeción
• Absoluta Resistencia a las vibraciones
• Integridad superior de los materiales
• Instalación fácil y eficiente

El diseño patentado de dos férulas y la acción de flexión con collarín de sujeción del racor FK son compatibles con una gran variedad de tipos y materiales de tubo, lo que proporciona el rendimiento necesario para las aplicaciones de hidrógeno más exigentes. Desde la producción de hidrógeno hasta la infraestructura de transferencia, pasando por las aplicaciones en vehículos y de dispensación, los diseñadores pueden confiar en los racores FK para satisfacer sus necesidades.

Los racores FK cumplen además con la normativa vigente en el sector del hidrógeno y están certificados por el Proyecto Europeo Integrado de Hidrógeno (EIHP, por sus siglas en inglés, de European Integrated Hydrogen Project). Además, los racores FK están fabricados en acero inoxidable 316/316L de alto rendimiento, con un mínimo del 12 % de níquel y un mínimo del 17 % de cromo para resistir la corrosión común y la fragilización por hidrógeno.

Como parte de un conjunto completo de soluciones para sistemas de fluidos de hidrógeno, los racores FK están disponibles junto con otros componentes críticos, entre los que se incluyen:

• Válvulas de bola
• Válvulas de aguja
• Válvulas antirretorno
• Válvulas de alivio
• Válvulas de doble cierre y venteo

Estas soluciones también cuentan con el apoyo de un conjunto completo de servicios de ingeniería  de Swagelok, que incluyen formación especializada, evaluaciones en planta, servicios de diseño y ensamblaje de prefabricados, y mucho más.

Contacte con uno de nuestros especialistas en sistemas de fluidos para hablar sobre cómo puede conseguir una mayor fiabilidad en las aplicaciones, instalaciones más eficientes y una mayor seguridad en sus sistemas de hidrógeno con una tecnología de racores superior.

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