Juntas tóricas para estaciones de repostaje de hidrógeno

¿Dónde se encuentran las juntas tóricas en una estación de repostaje de hidrógeno?

Las juntas tóricas y las juntas relacionadas aparecen en varios puntos de una estación de repostaje de hidrógeno. En el lado del dispensador, las juntas se encuentran, entre otros, en bloques de válvulas, interfaces de mangueras, carcasas de filtros, conectores y puntos de instrumentación. En la interfaz con el vehículo, son especialmente relevantes los nozzles, receptacles y breakaways.

También las high pressure valves, check valves, shut-off valves, fittings ORFS, reguladores de presión, sensores e interfaces de almacenamiento o compresor pueden contener juntas tóricas o juntas alternativas. La carga varía según el componente. Una junta de filtro estática requiere algo distinto que una junta de válvula dinámica o un nozzle que se conecta y desconecta con frecuencia.

No todas las juntas de una estación de hidrógeno son automáticamente una junta tórica elastomérica clásica. En válvulas dinámicas, secciones criogénicas o conexiones ultra-low-leak, las juntas de PTFE, PCTFE, energizadas por resorte o metálicas pueden encajar mejor.

Presión y temperatura: H35, H70 y preenfriamiento

Las principales clases de presión para las estaciones de repostaje de hidrógeno son H35 y H70. H35 se refiere a sistemas en torno a 35 MPa o 350 bar. H70 se refiere a sistemas en torno a 70 MPa o 700 bar. En la práctica, las presiones máximas de trabajo y las clasificaciones de los componentes son superiores a la designación nominal, porque el sistema debe poder gestionar el aumento de presión, las variaciones de temperatura y los márgenes de seguridad.

Para las juntas tóricas, por tanto, no cuenta solo la presión máxima. Sobre todo, la combinación de presión, temperatura, ciclos y velocidad de despresurización determina si una junta sigue siendo fiable. Durante el repostaje rápido a 700 bar, el hidrógeno suele preenfriarse. Por ello, temperaturas alrededor de -40 °C pueden ser relevantes para las juntas en la interfaz de repostaje.

La baja temperatura puede hacer que los elastómeros se vuelvan más rígidos. La alta presión aumenta el riesgo de extrusión. La descompresión rápida puede causar ampollas o grietas internas. La compresión prolongada puede provocar deformación permanente por compresión, reduciendo la fuerza de sellado.

Principales riesgos para las juntas de hidrógeno

Permeación y microfugas

El hidrógeno puede difundirse con relativa facilidad en los polímeros. Por ello, el gas puede migrar a través de un elastómero, incluso si la junta tórica está mecánicamente bien colocada en la ranura. Esto se llama permeación. En las estaciones de repostaje de hidrógeno, esto es especialmente relevante con alta presión, secciones de sellado pequeñas, largos tiempos de permanencia y aplicaciones con requisitos de fuga muy bajos.

Las microfugas también pueden producirse a través de la interfaz entre la junta tórica, la ranura y la superficie de contacto. En ese caso, la causa no está solo en el material, sino también en la compresión, la calidad superficial, la tolerancia, el montaje o la contaminación.

Descompresión rápida del gas

La descompresión rápida del gas, a menudo abreviada como RGD, es un mecanismo de fallo importante en hidrógeno de alta presión. Bajo presión, el hidrógeno puede disolverse en el elastómero. Si la presión cae rápidamente, el gas absorbido tiende a expandirse y escapar. Si esto ocurre más rápido de lo que el material puede desgasificar, pueden aparecer ampollas, grietas o pérdida de estanqueidad.

Por eso, los compuestos resistentes a AED o RGD son relevantes en posiciones de alta presión. Las condiciones de ensayo siguen siendo determinantes. Un compuesto debe validarse para la presión, la temperatura, la velocidad de despresurización y la aplicación correctas.

Extrusión y deformación permanente por compresión

A alta presión, una junta tórica puede ser empujada hacia la holgura entre dos piezas metálicas. Esto se llama extrusión. El riesgo aumenta con una extrusion gap demasiado grande, una dureza demasiado baja o un soporte insuficiente. Los anillos de respaldo de PTFE pueden apoyar mecánicamente la junta tórica y ayudar a limitar la extrusión.

La deformación permanente por compresión se produce cuando una junta tórica no recupera suficientemente su forma después de una compresión prolongada. En una estación de repostaje de hidrógeno, esto puede provocar fugas tras variaciones de presión, ciclos térmicos o mantenimiento.

Selección de materiales para juntas tóricas en estaciones de repostaje de hidrógeno

No existe un material universalmente mejor para juntas tóricas de hidrógeno. EPDM, HNBR, FKM, FFKM, PTFE y juntas metálicas pueden ser todos relevantes, pero solo dentro de la aplicación adecuada. El compuesto y la validación pesan al menos tanto como la familia de polímeros.

Un compuesto EPDM validado para hidrógeno puede ser un candidato lógico en muchas posiciones HRS estáticas, especialmente cuando se han demostrado baja temperatura, deformación permanente por compresión y resistencia a RGD. HNBR puede ser interesante cuando la robustez mecánica es importante. FKM es especialmente relevante a temperaturas más elevadas o con co-medios como aceite, pero debe validarse correctamente en H70 y durante una descompresión rápida.

PTFE, PCTFE y juntas metálicas entran en juego cuando las juntas tóricas elastoméricas clásicas no ofrecen suficiente seguridad. Por ejemplo, en válvulas dinámicas, componentes criogénicos del lado de suministro, requisitos de fugas muy bajas o conexiones estáticas fire-safe.

Normas y directrices

En las estaciones de repostaje de hidrógeno intervienen varias normas al mismo tiempo. Un material puede parecer adecuado, pero eso no significa que el componente completo esté aprobado.

Los marcos importantes incluyen, entre otros, ISO 19880-1 para estaciones de repostaje de hidrógeno, ISO 19880-3 para high pressure valves, ISO 19880-5 para dispenser hoses, ISO 17268 para nozzles y receptacles, SAE J2601 para protocolos de repostaje y preenfriamiento, ISO 14687 y EN 17124 para la calidad del hidrógeno, ISO 3601 para dimensiones de juntas tóricas y housing dimensions, y PGS 35 para estaciones de repostaje de hidrógeno neerlandesas hasta 700 bar. Además, PED, ATEX, ISO 11114-2, ISO 11114-4, DVGW ZP 5101, ISO 23936-2 o NORSOK M-710 pueden ser relevantes.

Las normas ayudan a definir los requisitos. La aprobación final debe realizarse a nivel de componente, incluyendo ensayos de fugas, ensayos de temperatura, ciclos de presión, ensayos RGD, ensayos de envejecimiento y control de traceability.

Diseño de ranura, dureza y anillos de respaldo

En las juntas para hidrógeno, la geometría es tan importante como el material. Un buen compuesto puede fallar igualmente si la ranura está demasiado llena, la compresión es incorrecta, la junta tórica se estira demasiado o la extrusion gap es demasiado grande.

ISO 3601 es un punto de partida lógico para las medidas de juntas tóricas y el diseño de ranuras. En aplicaciones de hidrógeno, debe complementarse con un control específico del compuesto. El proveedor debe poder indicar qué compresión, groove fill, calidad superficial y dureza corresponden a la presión, la temperatura y el movimiento de la aplicación.

En sistemas H35 y H70, a menudo se necesitan compuestos más duros y anillos de respaldo. Un anillo de respaldo de PTFE sostiene la junta tórica en el lado de baja presión y ayuda a limitar la extrusión. El montaje sigue siendo importante: bordes afilados, contaminación, torsión o ayudas de montaje incorrectas pueden provocar fugas rápidamente en aplicaciones de hidrógeno.

Asesoramiento de selección por componente

La selección comienza por la posición del componente. Después siguen la clase de presión, el perfil de temperatura, el uso estático o dinámico, los co-medios, el diseño de la ranura, el requisito de fuga y la vida útil deseada. Solo entonces tiene sentido un nombre de material.

Ensayos, validación y mantenimiento

En las estaciones de repostaje de hidrógeno, la validación suele ser más importante que la entrega rápida. Especialmente en H70, nozzles, receptacles, high pressure valves e interfaces del dispensador, la junta debe funcionar de forma demostrable bajo las condiciones correctas.

Un paquete de ensayos puede consistir en ensayos de fugas, ensayos de permeación, ensayos RGD, ciclos de temperatura, pressure cycling, hydrostatic o burst testing, durability cycling, accelerated aging, medición de deformación permanente por compresión, control de limpieza y batch traceability.

El mantenimiento exige la misma disciplina. Cambiar una junta tórica en una estación de hidrógeno no es una operación estándar normal cuando la junta forma parte de un equipo a presión o de un componente crítico para la seguridad. La limpieza, la traceability, la ayuda de montaje correcta y la inspección de daños son necesarias.

Contacta con O-ring-stocks.eu para recibir asesoramiento técnico sobre juntas tóricas compatibles con hidrógeno, anillos de respaldo de PTFE y materiales de estanqueidad.

FAQ