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Orçamento
Chuck Hayes, engenheiro chefe
Por todo o mundo, investimentos significativos estão sendo feitos em mobilidade com hidrogênio e na infraestrutura que torna isso possível. E os desafios para o armazenamento e o transporte de hidrogênio em larga escala ainda são grandes.
Por quê? À medida que os fabricantes de veículos buscam aumentar cada vez mais a eficiência e reduzir as emissões, a tecnologia de célula de combustível de hidrogênio se torna cada vez mais atraente. Os veículos com célula de combustível de hidrogênio utilizam gás hidrogênio e oxigênio para criar eletricidade em uma célula de combustível que alimenta um motor elétrico, proporcionando uma operação sem emissões, grande potência e o torque necessário para aplicações pesadas.
É uma tecnologia promissora e um mercado que está se movendo e evoluindo rapidamente. Os governos e os líderes do setor estão enfrentando as barreiras à adoção e investindo verdadeiramente no apoio e no desenvolvimento do transporte de hidrogênio. Do ponto de vista dos componentes, temos trabalhado para fornecer as soluções certas para que a tecnologia de célula de combustível de hidrogênio atinja todo o seu potencial, tanto nos próprios veículos quanto como parte da infraestrutura crescente que será necessária para a adoção em larga escala.
Há várias considerações importantes que devem ser feitas ao selecionar e especificar componentes de hidrogênio para a operação confiável de veículos e infraestrutura. Aqui estão algumas coisas que devem ser levadas em conta:
A seleção de materiais é importante
O controle da corrosão é importante em qualquer aplicação que envolva conexões de tubos, mas a contenção de hidrogênio representa um desafio específico e único. A fragilização por hidrogênio (embrittlement) pode afetar o aço inoxidável 316, um tipo de liga amplamente utilizado para conexões, válvulas e tubos, inclusive aqueles comumente usados na arquitetura de veículos a hidrogênio.
O fenômeno ocorre, em parte, porque o hidrogênio é composto de moléculas muito pequenas – tão pequenas que o hidrogênio pode se mover para dentro das paredes da estrutura cristalina do material, desfazendo suas ligações moleculares e comprometendo a integridade do material. Na verdade, a fragilização por hidrogênio pode fazer com que alguns tipos de aço inoxidável se comportem mais como ferro fundido: muito frágil e suscetível a rachaduras.
Dessa forma, os projetistas de infraestrutura de hidrogênio devem prestar muita atenção à composição do aço inoxidável. Uma concentração maior de cromo e níquel pode proteger contra a fragilização por hidrogênio, promovendo maior ductilidade e resistência à corrosão. A American Society for Testing and Materials (ASTM) exige um mínimo de 10% de níquel nas formulações de aço inoxidável 316, mas o aço inoxidável 316 de qualidade superior com um mínimo de 12% de níquel é mais adequado para os desafios exclusivos do hidrogênio. A Swagelok utiliza aço inoxidável com um mínimo de 12% de níquel.
Desempenho sob pressão
A resistência contra vazamentos é fundamental em qualquer sistema de fluido. Porém, em veículos a hidrogênio, aplicações de infraestrutura e no transporte de hidrogênio, há algumas considerações especiais a serem feitas na seleção e especificação de tipos de componentes ao fazer conexões.
Primeiro, o armazenamento de hidrogênio é altamente pressurizado; quanto maior a pressão, maior a autonomia do veículo. Os veículos a hidrogênio atuais armazenam o gás a 350 bar ou 700 bar (5.000 psi ou 10.200 psi), dependendo das necessidades da aplicação. Muitas frotas de curto alcance, por exemplo, utilizam 350 bar (5.000 psi), sabendo que cada veículo pode retornar a um hub central todas as noites para reabastecimento. Em aplicações de longo alcance, como caminhões, 700 bar (10.000 psi) proporcionam uma autonomia muito maior, em que os fabricantes almejam 400 milhas (1.000 km). Pressões mais altas exigem componentes de maior desempenho, e as opções tradicionais simplesmente não são aplicáveis.
A resistência à vibração também é fundamental. Embora sejam importantes em aplicações industriais, os encaixes e as conexões em aplicações de hidrogênio devem ser capazes de suportar de forma confiável as vibrações repetidas e constantes associadas a um veículo em movimento. As conexões de cone e rosca, por exemplo, são feitas manualmente. A qualidade da preparação do tubo pode variar dependendo do instalador – e o hidrogênio não perdoa imperfeições. O gás de molécula minúscula pode escapar até mesmo pelos espaços mais minúsculos, e até mesmo os menores vazamentos podem se tornar um grande problema. Somente uma tecnologia avançada e de conexões consistentes, como a série FK da Swagelok, pode proporcionar o desempenho correto.
Componentes específicos do aplicativo
Em todo o espaço de transporte de hidrogênio, diferentes veículos têm diferentes requisitos de projeto e componentes. Considere as frotas de ônibus municipais, uma área privilegiada de oportunidade para a energia da célula de combustível de hidrogênio. Como eles têm tanques de armazenamento no teto, a arquitetura do ônibus requer alguma flexibilidade inerente em relação aos veículos de longa distância; assim, mangueiras confiáveis que podem suportar 350 bar (5.000 psi) proporcionam alguma flexibilidade em vez da rigidez dos tubos de aço.
Nesse caso, é importante que a seleção da mangueira atenda aos critérios corretos. Pelos mesmos motivos que as formulações de aço inoxidável 316 de alto desempenho devem ser consideradas para tubos e conexões em aplicações de hidrogênio em geral, as mangueiras de núcleo de polímero com trança metálica não serão suficientes na contenção em ônibus movidos a hidrogênio. Os projetistas devem considerar a seleção de mangueiras com as mesmas considerações, escolhendo aquelas feitas com materiais de alta qualidade para lidar com uma aplicação específica.
Suporte robusto
Na tentativa de alcançar o potencial que o transporte de hidrogênio representa, os projetistas e fabricantes devem procurar trabalhar com fornecedores de componentes com considerável e ampla experiência no espaço do hidrogênio.
Nossas equipes têm trabalhado com sistemas gasosos, incluindo hidrogênio, ao longo da história da nossa organização. Nossa experiência em desempenho de componentes e excelência em ciência de materiais, combinada com serviços e suporte robustos e de alcance global, pode ajudar os fabricantes do setor de transporte de hidrogênio a aproveitar novas e crescentes oportunidades em todos os lugares.