Como os acessórios adequados melhoram o desempenho dos sistemas de combustível de hidrogênio

Jul 07, 2023

19 de janeiro de 2022

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À medida que a pesquisa sobre veículos com células de combustível de hidrogênio se intensifica, é fundamental reconhecer o desafio de desenvolver células de combustível seguras e confiáveis ​​- um desafio apresentado pelo próprio hidrogênio.

Sendo um gás de molécula pequena, o hidrogênio pode vazar até mesmo pelas menores fendas e depois ser absorvido pelos materiais circundantes. Em veículos movidos a hidrogênio, são necessários mais de 700 bar de pressão para manter a densidade de energia necessária nas células (Figura 1). Quando o hidrogênio é armazenado em postos de abastecimento, as rápidas mudanças térmicas e de pressão podem afetar a integridade do sistema à medida que o gás é liberado e descomprimido. Nenhum vazamento é permitido em qualquer aplicação.

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Figura 1.Os sistemas de abastecimento de combustível de veículos a hidrogênio armazenam o gás a pressões superiores a 700 bar para atingir a densidade de energia necessária.

É por isso que as conexões em aplicações de hidrogênio, particularmente aquelas que conectam as partes mais críticas dos sistemas de combustível de hidrogênio de alta pressão, devem ser capazes de fornecer altos níveis de desempenho e confiabilidade. Hoje, opções especializadas estão disponíveis para contribuir com essas demandas de alto desempenho. Neste artigo, examinaremos como são essas novas opções de conexão em comparação com as conexões tradicionais de cone e rosca e também destacaremos algumas características de projeto específicas que tornam as novas opções ideais para aplicações de hidrogênio.

Estanqueidade

Como o hidrogênio pode escapar pelas menores aberturas, a vedação e a resistência a vazamentos são duas das características mais importantes no projeto e na seleção da conexão.

Tradicionalmente, as conexões de tubo têm uma única linha de contato de vedação em uma superfície estreita entre a tubulação e a conexão, o que funciona bem para a maioria dos líquidos e alguns gases. No entanto, o hidrogênio possui características específicas que tornam tais conexões mais tênues. As vedações de linha única também são vulneráveis ​​a danos por vibração.

A contenção de hidrogênio requer projetos que incluam duas linhas de contato em superfícies de vedação mais longas - uma no tubo e outra na conexão, ligeiramente inclinada para fornecer o nível de tensão adequado para manter as vedações sem comprometimento. Tipos específicos de conexões para tubos de duas anilhas podem fornecer esse tipo de integridade de vedação.

Força de aperto do tubo

A força com que a conexão prende o tubo é outro elemento crítico para determinar se uma conexão é apropriada para estações de reabastecimento de hidrogênio de alta pressão, bem como se é capaz de resistir às vibrações de veículos em movimento.

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Figura 2. A virola frontal endurecida (cinza escuro) permite que a conexão se encaixe fisicamente na tubulação. A virola traseira (cinza claro) permite um leve movimento na conexão, mantendo a aderência e a força.

Para garantir a força de aderência adequada, o projeto ideal para conexões de hidrogênio é uma garra mecânica com pinça usando duas virolas (Figura 2). Se a conexão tiver uma virola frontal endurecida, ela pode se prender fisicamente na tubulação para produzir uma classificação de alta pressão. Em seguida, o ferrolho traseiro permite que o tubo se mova ligeiramente na conexão (chamado de "mola traseira"), ao mesmo tempo em que mantém altos níveis de aderência e força no tubo. Este sistema é resistente à vibração, tornando-o vantajoso para uso em veículos e em postos de abastecimento, onde os compressores e as condições dinâmicas podem causar desafios significativos de vibração.

Um projeto de duas virolas com capacidade de mola também permite que as conexões resistam a mudanças térmicas drásticas, que geralmente resultam em crescimento ou encolhimento de materiais. Particularmente durante o reabastecimento, as temperaturas do gás hidrogênio podem variar entre -50°C até a temperatura ambiente, o que pode afetar o desempenho das conexões convencionais de cone e rosca.

Instalação Simplificada

Conexões bem projetadas também devem ser fáceis de instalar, ajudando a instalação e as montagens a serem mais eficientes. Isso é de particular importância para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) de veículos com célula de combustível de hidrogênio e desenvolvedores de infraestrutura de hidrogênio.