> Grupo de apoyo: Laboratorio Energético del Hidrógeno |
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1. |
La extensión y modo de degradación por hidrógeno en cualquier sistema de confinamiento depende de múltiples factores relacionados con el material, el diseño y las condiciones de servicio. Existen distintas directrices que se pueden emplear para seleccionar los materiales a utilizar en los sistemas de hidrógeno. La mayoría de ellas recoge aspectos metalúrgicos como la composición, la microestructura, la resistencia, la soldabilidad y sus interacciones con la temperatura y presión del hidrógeno. De manera que la solubilidad y concentración del hidrógeno junto con su difusión marcan la fragilización por hidrógeno.
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2. |
2.1. Influencia de la temperatura El éxito en el diseño de los sistemas de confinamiento depende del control de variables como la temperatura, la presión, las cargas cíclicas, las condiciones de exposición o la pureza del gas. La
tendencia al agrietamiento en los aceros desciende con el incremento de
la temperatura. Sin embargo la reducción de área en los ensayos de
tracción de los aceros en hidrógeno a 152 bares muestran un mínimo en
la reducción de área en torno a los -40ºC. Para temperaturas mayores
de 160ºC y para menores a -80ºC la fragilización por hidrógeno
desciende. 2.2. Influencia de la presión La influencia de la presión del hidrógeno gaseoso en la solubilidad del hidrógeno en el hierro es proporcional a la raíz cuadrada de la presión parcial del hidrógeno en el ambiente (Ley de Sievert): S = K·p1/2 Esta relación es válida excepto para altas presiones (>120 atm) y para altas temperaturas. La presión también afecta a la permeabilidad del hidrógeno en el hierro y acero de manera que se obtiene una expresión análoga a la anterior: P = K·p1/2 |
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3. |
3.1. Materiales metálicos Los metales con estructura cúbica centrada en las caras como el acero inoxidable austenítico, las aleaciones de aluminio, el cobre y las aleaciones de cobre realizan un servicio satisfactorio con el hidrógeno. El
níquel que también tiene una estructura centrada en las caras es
una excepción ya que es susceptible a sufrir un fuerte efecto de
fragilización por hidrógeno por lo que no se emplea normalmente. Los
aceros austeníticos no estabilizados (algunos de las series 300)
pueden convertirse en martensíticos cuando sufren un esfuerzo por
encima del límite elástico a baja temperatura reduciéndose la
ductilidad del acero. Los
aceros al carbono ordinarios se pueden emplear con hidrógeno
gaseoso pero pierden ductilidad a las temperaturas de servicio del hidrógeno
líquido por lo que no son aconsejables para este tipo de aplicación. Hierro,
aceros de baja aleación, cromo, molibdeno, niobio, cinc y la mayoría
de los metales con estructura cúbica centrada en el cuerpo no son
aceptables para un uso a temperaturas criogénicas. 3.2. Materiales no metálicos El
uso de elastómeros y plásticos debe limitarse a obturación y
elementos de sellado. 3.3. Materiales prohibidos La fundición gris, la fundición dúctil o el hierro fundido no deben empelarse en el servicio con hidrógeno (NFPA 50A 1994) Los
asbestos y asbestos impregnados con Teflón7 no deben emplearse debido
al peligro cancerígeno de los asbestos. |
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4. |
La
selección de un determinado material para su uso con hidrógeno líquido
está basada, inicialmente, en sus propiedades mecánicas (como por
ejemplo: resistencia a la tracción, límite elástico, ductilidad,
resistencia al impacto, sensibilidad a la entalladura). El material debe
reunir ciertos valores mínimos de las características anteriores dentro
del rango de temperaturas de funcionamiento. Por otro lado el material
debe ser metalúrgicamente estable para que con el paso del tiempo o con
los ciclos de temperatura no sucedan cambios de fase en la estructura
cristalina. Se
deben considerar tres categorías principales en cuanto al
comportamiento de los materiales:
Además
hay que considerar las propiedades térmicas de fragilización a baja
temperatura y las contracciones térmicas cuando se realiza la selección
de materiales para los sistemas con hidrógeno líquido. |
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5. |
Selección de materiales Dependencia del nivel de resistencia Materiales a evitar
Prevención de fragilización por hidrógeno Materiales
resistentes
Materiales
susceptibles
Prevención de ataque por hidrógeno
Soldadura
Inhibidores de la fragilización
Inspección y seguimiento Control de calidad |
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