El hidrógeno líquido presenta ciertas ventajas en su almacenamiento y transporte. En comparación con el hidrógeno líquido, el hidrógeno líquido (LH₂) tiene mayor densidad y requiere menor presión para su almacenamiento. Sin embargo, para que el hidrógeno se vuelva líquido, debe alcanzar los -253 °C, lo que dificulta su procesamiento. Las temperaturas extremadamente bajas y el riesgo de inflamabilidad hacen del hidrógeno líquido un medio peligroso. Por ello, las estrictas medidas de seguridad y la alta fiabilidad son requisitos indispensables en el diseño de válvulas para las aplicaciones pertinentes.
Por Fadila Khelfaoui y Frédéric Blanquet
Válvula de Velan (Velan)
Aplicaciones del hidrógeno líquido (LH2).
Actualmente, el hidrógeno líquido se utiliza y se está probando en diversas aplicaciones especiales. En el sector aeroespacial, se emplea como combustible para el lanzamiento de cohetes y también puede generar ondas de choque en túneles de viento transónicos. Gracias a los avances científicos, el hidrógeno líquido se ha convertido en un material clave en sistemas superconductores, aceleradores de partículas y dispositivos de fusión nuclear. Con el creciente interés por el desarrollo sostenible, el hidrógeno líquido se ha utilizado como combustible en un número cada vez mayor de camiones y barcos en los últimos años. En estos escenarios de aplicación, la importancia de las válvulas es evidente. El funcionamiento seguro y fiable de las válvulas es fundamental para el ecosistema de la cadena de suministro de hidrógeno líquido (producción, transporte, almacenamiento y distribución). Las operaciones relacionadas con el hidrógeno líquido son complejas. Con más de 30 años de experiencia práctica y conocimientos especializados en válvulas de alto rendimiento hasta -272 °C, Velan lleva mucho tiempo participando en diversos proyectos innovadores, y es evidente que ha superado los retos técnicos del servicio de hidrógeno líquido gracias a su solidez.
Desafíos en la fase de diseño
La presión, la temperatura y la concentración de hidrógeno son factores clave que se examinan en la evaluación de riesgos del diseño de válvulas. Para optimizar el rendimiento de la válvula, el diseño y la selección de materiales desempeñan un papel decisivo. Las válvulas utilizadas en aplicaciones con hidrógeno líquido se enfrentan a desafíos adicionales, incluidos los efectos adversos del hidrógeno sobre los metales. A temperaturas muy bajas, los materiales de las válvulas no solo deben resistir el ataque de las moléculas de hidrógeno (algunos de los mecanismos de deterioro asociados aún se debaten en el ámbito académico), sino que también deben mantener un funcionamiento normal durante un largo periodo de su vida útil. En cuanto al nivel actual de desarrollo tecnológico, la industria tiene un conocimiento limitado de la aplicabilidad de los materiales no metálicos en aplicaciones con hidrógeno. Al elegir un material de sellado, es necesario tener en cuenta este factor. Un sellado eficaz es también un criterio clave de rendimiento del diseño. Existe una diferencia de temperatura de casi 300 °C entre el hidrógeno líquido y la temperatura ambiente, lo que genera un gradiente de temperatura. Cada componente de la válvula experimentará diferentes grados de expansión y contracción térmica. Esta discrepancia puede provocar fugas peligrosas en las superficies de sellado críticas. La estanqueidad del vástago de la válvula también es fundamental en el diseño. La transición de frío a calor genera un flujo de calor. Las partes calientes de la cavidad del bonete pueden congelarse, lo que puede afectar el sellado del vástago y la operatividad de la válvula. Además, la temperatura extremadamente baja de -253 °C exige la mejor tecnología de aislamiento para garantizar que la válvula mantenga el hidrógeno líquido a esta temperatura, minimizando las pérdidas por ebullición. Mientras haya transferencia de calor al hidrógeno líquido, este se evaporará y se producirán fugas. No solo eso, sino que la condensación de oxígeno ocurre en el punto de ruptura del aislamiento. Una vez que el oxígeno entra en contacto con el hidrógeno u otros combustibles, aumenta el riesgo de incendio. Por lo tanto, considerando el riesgo de incendio al que pueden enfrentarse las válvulas, estas deben diseñarse con materiales a prueba de explosiones, así como con actuadores, instrumentación y cables resistentes al fuego, todos con las certificaciones más estrictas. Esto garantiza que la válvula funcione correctamente en caso de incendio. El aumento de presión también es un riesgo potencial que puede inutilizar las válvulas. Si el hidrógeno líquido queda atrapado en la cavidad del cuerpo de la válvula y se produce transferencia de calor y evaporación de hidrógeno líquido simultáneamente, se producirá un aumento de presión. Si existe una gran diferencia de presión, se produce cavitación y ruido. Estos fenómenos pueden acortar la vida útil de la válvula e incluso ocasionar grandes pérdidas debido a defectos de fabricación. Independientemente de las condiciones de funcionamiento específicas, si se consideran todos los factores mencionados y se toman las medidas correctivas correspondientes durante el proceso de diseño, se garantiza el funcionamiento seguro y fiable de la válvula. Además, existen desafíos de diseño relacionados con cuestiones medioambientales, como las fugas fugitivas. El hidrógeno es único: moléculas pequeñas, incoloras, inodoras y explosivas. Estas características determinan la absoluta necesidad de evitar fugas.
En la estación de licuefacción de hidrógeno de la costa oeste de North Las Vegas,
Los ingenieros de Wieland Valve están prestando servicios técnicos.
Soluciones de válvulas
Independientemente de su función y tipo específicos, las válvulas para aplicaciones de hidrógeno líquido deben cumplir ciertos requisitos comunes. Estos requisitos incluyen: el material de la parte estructural debe garantizar que se mantenga la integridad estructural a temperaturas extremadamente bajas; todos los materiales deben tener propiedades ignífugas naturales. Por la misma razón, los elementos de sellado y el empaque de las válvulas de hidrógeno líquido también deben cumplir con los requisitos básicos mencionados anteriormente. El acero inoxidable austenítico es un material ideal para válvulas de hidrógeno líquido. Posee una excelente resistencia al impacto, una mínima pérdida de calor y puede soportar grandes gradientes de temperatura. Existen otros materiales que también son adecuados para condiciones de hidrógeno líquido, pero están limitados a condiciones de proceso específicas. Además de la elección de materiales, no se deben pasar por alto algunos detalles de diseño, como extender el vástago de la válvula y utilizar una columna de aire para proteger el empaque de sellado de temperaturas extremadamente bajas. Además, la extensión del vástago de la válvula puede equiparse con un anillo aislante para evitar la condensación. Diseñar válvulas de acuerdo con las condiciones específicas de la aplicación ayuda a brindar soluciones más razonables a diferentes desafíos técnicos. Vellan ofrece válvulas de mariposa en dos diseños diferentes: válvulas de mariposa de asiento metálico de doble excentricidad y de triple excentricidad. Ambos diseños cuentan con capacidad de flujo bidireccional. Mediante el diseño de la forma del disco y la trayectoria de rotación, se logra un sellado hermético. El cuerpo de la válvula no presenta cavidades donde no quede medio residual. En el caso de la válvula de mariposa excéntrica doble Velan, se adopta un diseño de rotación excéntrica del disco, combinado con el distintivo sistema de sellado VELFLEX, para lograr un excelente rendimiento de sellado. Este diseño patentado puede soportar incluso grandes fluctuaciones de temperatura en la válvula. El disco excéntrico triple TORQSEAL también cuenta con una trayectoria de rotación especialmente diseñada que garantiza que la superficie de sellado del disco solo toque el asiento al alcanzar la posición de válvula cerrada, evitando así rayones. Por lo tanto, el par de cierre de la válvula impulsa el disco para lograr un asiento flexible y produce un efecto de cuña suficiente en la posición de válvula cerrada, al tiempo que el disco hace contacto uniforme con toda la circunferencia de la superficie de sellado del asiento. La flexibilidad del asiento de la válvula permite que el cuerpo de la válvula y el disco tengan una función de autoajuste, evitando así el agarrotamiento del disco durante las fluctuaciones de temperatura. El eje de la válvula, reforzado en acero inoxidable, soporta ciclos de funcionamiento elevados y opera con suavidad incluso a temperaturas muy bajas. El diseño de doble excentricidad VELFLEX permite realizar el mantenimiento de la válvula en línea de forma rápida y sencilla. Gracias a la carcasa lateral, el asiento y el disco pueden inspeccionarse o repararse directamente, sin necesidad de desmontar el actuador ni utilizar herramientas especiales.
Válvula de sellado de agua Tianjin Tanggu Co., ltdestán apoyando tecnología altamente avanzada válvulas de asiento resiliente, incluyendo válvulas de asiento resilienteválvula de mariposa tipo oblea, Válvula de mariposa con orejetas, Válvula de mariposa concéntrica de doble bridaVálvula de mariposa excéntrica de doble brida,Colador en Y, válvula de equilibrado,Válvula de retención de doble placa tipo wafer, etc.
Fecha de publicación: 11 de agosto de 2023
