Maximizar la Eficiencia: Elecciones Inteligentes de Componentes para Vehículos de Celdas de Combustible de Hidrógeno

Optimizando la Selección de Componentes para Vehículos de Celdas de Combustible de Hidrógeno

Chuck Hayes, Ingeniero Principal

En todo el mundo, se está haciendo una inversión significativa en movilidad de hidrógeno y la infraestructura que la hace posible.

¿Por qué? A medida que los fabricantes de vehículos buscan impulsar una eficiencia cada vez mayor y reducir emisiones, la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno se ha vuelto cada vez más atractiva. Los vehículos de celdas de combustible de hidrógeno utilizan gas de hidrógeno y oxígeno para crear electricidad en una celda de combustible que alimenta un motor eléctrico, ofreciendo operación de cero emisiones, gran potencia y el par requerido para aplicaciones de servicio pesado.

Es una tecnología prometedora y un mercado que se mueve rápido y evoluciona rápidamente. Gobiernos y líderes de la industria están abordando las barreras para la adopción e invirtiendo verdaderamente en el apoyo y desarrollo del transporte de hidrógeno. Desde el punto de vista de componentes, hemos estado trabajando para proporcionar las soluciones correctas para la tecnología de celdas de combustible de hidrógeno para alcanzar su máximo potencial, tanto dentro de los propios vehículos como parte de la floreciente infraestructura que se requerirá para la adopción a gran escala.

Hay varias consideraciones importantes que deben hacerse al seleccionar y especificar componentes de hidrógeno para la operación fiable de vehículos e infraestructura. Aquí hay algunas cosas a tener en cuenta:

La Selección de Materiales Importa

El control de corrosión es importante en cualquier aplicación donde los racores de tubo están involucrados, pero la contención de hidrógeno plantea un desafío específico y único. La fragilización por hidrógeno puede afectar al acero inoxidable 316, un tipo de aleación ampliamente usado para racores, válvulas y tubería, incluyendo los comúnmente usados en la arquitectura de vehículos de hidrógeno.

El fenómeno ocurre, en parte, porque el hidrógeno está compuesto de moléculas muy pequeñas —tan pequeñas que el hidrógeno puede moverse en las paredes de la red cúbica del material, rompiendo sus enlaces moleculares y comprometiendo la integridad del material. En efecto, la fragilización por hidrógeno puede causar que algunos grados de acero inoxidable actúen más como hierro fundido: muy frágiles y susceptibles a agrietarse.

Como tal, los diseñadores de infraestructura de hidrógeno deben prestar atención cuidadosa a la composición del acero inoxidable. Una concentración más alta de cromo y níquel puede defender contra la fragilización por hidrógeno promoviendo mayor ductilidad y resistencia a la corrosión. La Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM) requiere un mínimo de 10% de níquel en formulaciones de acero inoxidable 316, pero el acero inoxidable 316 de mayor calidad con 12% mínimo de níquel es más adecuado para los desafíos únicos del hidrógeno. Swagelok usa acero inoxidable que tiene un mínimo de 12% de níquel.

Rendimiento Bajo Presión

La resistencia contra fugas es crítica en cualquier sistema de fluidos. Pero dentro de aplicaciones de vehículos e infraestructura de hidrógeno, hay algunas consideraciones especiales que hacer al seleccionar y especificar tipos de componentes al hacer conexiones.

Primero, el almacenamiento de hidrógeno está altamente presurizado; cuanto mayor la presión, mayor el alcance del vehículo. Los vehículos de hidrógeno de hoy almacenan el gas a 350 bar o 700 bar (5,000 psi o 10,200 psi), dependiendo de las necesidades de la aplicación. Muchas flotas de corto alcance, por ejemplo, utilizan 350 bar (5,000 psi), sabiendo que cada vehículo puede regresar a un centro central cada noche para recargar. En aplicaciones de largo alcance como el transporte por carretera, 700 bar (10,000 psi) proporciona un alcance mucho mayor, donde los fabricantes apuntan a 400 millas (1,000 km). Las presiones más altas requieren componentes de mayor rendimiento, y las opciones tradicionales simplemente no son aplicables.

La resistencia a la vibración también es crítica. Si bien es importante en aplicaciones industriales, los racores y conexiones en aplicaciones de hidrógeno deben ser capaces de soportar de forma fiable las vibraciones repetidas y constantes asociadas con un vehículo en movimiento. Los racores de cono e hilo, por ejemplo, se hacen manualmente. La calidad de la preparación del tubo puede variar dependiendo del instalador —y el hidrógeno es muy implacable con las imperfecciones. El gas de molécula diminuta puede escapar a través de incluso los espacios más minúsculos, y incluso las fugas más pequeñas pueden convertirse en un problema mayor. Solo tecnología de racor avanzada y consistente, como la serie FK de Swagelok, puede proporcionar el rendimiento correcto.

Componentes Específicos para la Aplicación

A lo largo de la totalidad del espacio de transporte de hidrógeno, diferentes vehículos tienen diferentes requisitos de diseño y componentes. Considere flotas de autobuses municipales, un área principal de oportunidad para la energía de celdas de combustible de hidrógeno. Debido a que tienen tanques de almacenamiento en el techo, la arquitectura del autobús requiere cierta flexibilidad inherente versus vehículos de largo alcance; como tal, mangueras fiables que puedan manejar 350 bar (5,000 psi) proporcionan algo de flexibilidad en lugar de la rigidez de la tubería de acero.

Aquí, es importante que la selección de mangueras cumpla con los criterios correctos. Por las mismas razones que las formulaciones de acero inoxidable 316 de alto rendimiento deberían considerarse para tubos y racores en aplicaciones de hidrógeno en general, las mangueras de núcleo polimérico con trenza metálica no servirán en autobuses de hidrógeno. Los diseñadores deberían ver la selección de mangueras con las mismas consideraciones, eligiendo las hechas con materiales de alta calidad para manejar una aplicación específica.

Soporte Robusto

Al buscar alcanzar el potencial que representa el transporte de hidrógeno, los diseñadores y fabricantes deberían buscar trabajar con proveedores de componentes con experiencia considerable y amplia en el espacio de hidrógeno.

Nuestros equipos han estado trabajando con sistemas gaseosos, incluyendo hidrógeno, a lo largo de la historia de nuestra organización. Nuestra experiencia en rendimiento de componentes y excelencia en ciencia de materiales, combinada con un soporte y servicio robusto y de alcance global, puede ayudar a los fabricantes en el espacio de transporte de hidrógeno a aprovechar nuevas y crecientes oportunidades en todas partes.

¿Interesado en aprender más? Contacte a Swagelok hoy para aprender cómo podemos ayudar a construir vehículos e infraestructura de transporte de hidrógeno fiables.