Mecanizado CNC de accesorios para recipientes a presión para tanques de hidrógeno

El torneado CNC suizo es capaz de producir complejos acoplamientos con roscas, ranuras de sellado y hexágonos en una sola configuración, con tiempos de ciclo de 90 a 240 segundos. Las roscas mecanizadas sin aire y las mecanizadas presentan una diferencia del 30-50% en resistencia a la fatiga. Una rosca laminada es significativamente superior a una rosca mecanizada. El laminado/conformado de roscas también mecaniza ranuras de sellado con una precisión de ±0.002 pulgadas, lo que garantiza un sellado hermético de entre el 10 y el 25% para juntas tóricas comprimidas. El mecanizado multieje crea los huecos y canales de flujo 3D. Los huecos se mecanizan mediante brochas hexagonales. El retén empotrado se mecaniza con herramientas hexagonales. Las herramientas de accionamiento hexagonales también se mecanizan. La pasivación, definida como 2-3, consiste en una capa protectora de óxido y sellado sobre el aluminio. Las pruebas de fugas se realizan mediante espectrometría de masas con helio, con presiones de hasta -9 mbar. Las pruebas hidrostáticas evalúan la integridad de la presión a 1.5 veces la presión de servicio.

El acero inoxidable 316L y 316Ti ofrece una resistencia casi total a la fragilización por hidrógeno y estabiliza las interfaces débiles, además de presentar una microestructura robusta que evita la fragilización. Sin embargo, estará expuesto a la corrosión ambiental. Con revestimientos de aluminio soldables, se logra una resistencia a la tracción de entre 500 y 700 MPa, lo que permite soportar fácilmente cargas de sellado a alta presión. El aluminio 6061-T6 y 7075-T6 proporciona una resistencia específica superior, lo que permite reducir la masa del tanque en un 30 % con racores ligeros. Con una resistencia a la tracción de entre 300 y 570 MPa, ofrece la resistencia adecuada, mejora la conductividad térmica y facilita la disipación del calor. Finalmente, también se puede utilizar como revestimiento compuesto. La aleación de níquel-cromo Inconel 718 resuelve problemas de alta tensión, proporcionando una resistencia superior a 1200 MPa, una excelente resistencia a la compresión, un rango térmico de 650 °C y resistencia a la fragilización por hidrógeno. El acero de alta resistencia AISI 4340 ofrece una resistencia a la tracción máxima de 1100 a 1400 MPa y permite la compresión, facilitando el tratamiento térmico.

El torneado CNC suizo es capaz de producir complejos acoplamientos con roscas, ranuras de sellado y hexágonos en una sola configuración, con tiempos de ciclo de 90 a 240 segundos. Las roscas mecanizadas sin aire y las mecanizadas presentan una diferencia del 30-50% en resistencia a la fatiga. Una rosca laminada es significativamente superior a una rosca mecanizada. El laminado/conformado de roscas también mecaniza ranuras de sellado con una precisión de ±0.002 pulgadas, lo que garantiza un sellado hermético de entre el 10 y el 25% para juntas tóricas comprimidas. El mecanizado multieje crea los huecos y canales de flujo 3D. Los huecos se mecanizan mediante brochas hexagonales. El retén empotrado se mecaniza con herramientas hexagonales. Las herramientas de accionamiento hexagonales también se mecanizan. La pasivación, definida como 2-3, consiste en una capa protectora de óxido y sellado sobre el aluminio. Las pruebas de fugas se realizan mediante espectrometría de masas con helio, con presiones de hasta -9 mbar. Las pruebas hidrostáticas evalúan la integridad de la presión a 1.5 veces la presión de servicio.

¡Por supuesto! Zintilon diseña prototipos de tanques de hidrógeno y realiza prácticamente todo el trabajo para prototipos de vehículos y sistemas industriales. Zintilon utiliza ciclos de presión y realiza un análisis completo de elementos finitos para validar el diseño. Zintilon produce series cortas y trabaja con circuitos hidráulicos integrados para sistemas industriales con entre 50 y 2000 conexiones. Para vehículos comerciales de pila de combustible, Zintilon produce series largas de conexiones, con miles o decenas de miles de unidades fabricadas anualmente. Zintilon realiza numerosos controles de calidad para garantizar la integridad de la producción, incluyendo controles dimensionales completos con equipos CMM, pruebas de fugas de helio con una sensibilidad de 1 x 10⁻⁹ mbar-litro por segundo y numerosos ciclos de presión con pruebas hidrostáticas a 1.5 veces la presión de trabajo. Zintilon realiza ciclos de presión, pruebas de fatiga según la norma ISO 11119, pruebas de torsión y muchas otras pruebas para validar todos los componentes, incluidos los componentes de hidrógeno, según las certificaciones de materiales. Zintilon verifica la compatibilidad con el hidrógeno según ISO 11114, ASTM G142 y pruebas de fragilización.

Los sistemas de gestión de calidad ISO 9001 y las normas de almacenamiento de hidrógeno establecen códigos de construcción, normas de edificación, normas generales y normas integrales. La construcción de recipientes a presión según la Sección VIII de ASME protege contra fugas de 1 x 10⁻⁶ mbar-litro por segundo y garantiza la integridad estructural y una vida útil de 15 años, resistencia a la fatiga superior a 100 000 ciclos de presión y un cumplimiento estructural superior para recipientes a presión con una vida útil de hasta 15 años. Otras normas de construcción, como CSA B51 para recipientes a presión, ISO 19881 para contenedores de tipo III y IV, y la integración de sistemas portátiles de pilas de combustible en vehículos, así como el cumplimiento de la norma SAE J2579 para sistemas de combustible.

Los acabados incluyen electropulido en acero inoxidable, logrando una rugosidad superficial (Ra) inferior a 0.4 micras en superficies contiguas al sello para un sellado hermético, pasivación mejorada y protección contra la corrosión bajo tensión inducida por hidrógeno. La pasivación se realiza según las normas ASTM A967 y A962 para la formación de una película de óxido oscuro. El anodizado duro en aluminio, con un recubrimiento de 25 a 50 micras, proporciona resistencia al desgaste, protección contra la corrosión y una dureza superficial de 1000 HV. El granallado incrementa la tensión residual de compresión superficial y la vida útil a la fatiga en un 40 %. Otras opciones de acabado superficial incluyen el recubrimiento de níquel-PTFE, el plateado de roscas y el granallado.

Para los racores estándar de acero inoxidable para depósitos de hidrógeno Tipo IV, el plazo es de aproximadamente 12 a 18 días hábiles, incluyendo el mecanizado, el laminado de roscas, la pasivación y las pruebas de estanqueidad. Los colectores multipuerto más complejos requieren de 8 a 12 semanas, incluyendo el montaje y las pruebas de certificación. El rápido desarrollo de depósitos y la validación de seguridad son posibles cuando los prototipos de racores para las pruebas de presión se completan en un plazo de 10 a 14 días.

¡Por supuesto! Creamos conexiones de ultra alta presión para sistemas de investigación de 1000 bar con tasas de fuga extremadamente bajas y conexiones de aluminio ligeras para reducir la masa del tanque entre 2 y 5 kilogramos, lo que aumenta la autonomía del vehículo. También diseñamos conexiones criogénicas para tanques de hidrógeno líquido que operan a -253 °C y conexiones integradas para instrumentación con transductores de presión y termopares. Creamos diseños de sellos redundantes que cumplen con la integridad de seguridad SIL-3 e integramos acoplamientos de desconexión rápida que permiten retirar el tanque para mantenimiento en 30 segundos. Además, diseñamos características antirrotación, conexiones inteligentes con etiquetas RFID que registran el historial de llenado y las fechas de certificación, y diseños de sellos flexibles para soportar ciclos térmicos y vibraciones.

Las roscas mecanizadas con una precisión de ±0.003 pulgadas se fijarán a un par preestablecido y no se producirán fugas al alcanzar entre 200 y 800 Nm. Una desviación de 0.010 pulgadas comprometerá el sellado y la tasa de fuga superará 1 x 10⁻⁴ mbar·litro por segundo. En un espacio confinado, el hidrógeno se acumula hasta alcanzar el límite de inflamabilidad del 4 %. Las dimensiones de la ranura de sellado con una precisión de ±0.002 pulgadas controlarán la compresión de la junta tórica dentro de los límites aceptables del 10 al 25 %. Alcanzaremos tasas de fuga superiores a 1 x 10⁻⁶ mbar·litro por segundo y cumpliremos con la norma SAE J2579. Las ranuras de sellado que no cumplan con los límites establecidos provocarán compresión, lo que causará fallos de extrusión, un sellado desequilibrado de la junta tórica y un sellado insuficiente. Las roscas que se formen tendrán flujo de grano y mejorarán las tensiones residuales de compresión. Esto mejorará la resistencia a la fatiga entre un 30 % y un 50 % tras 100 000 ciclos de presión, desde presión ambiente hasta 700 bar. Una concentricidad de 0,076 mm (0.003 pulgadas) eliminará la carga excéntrica y la tensión desequilibrada por encima de 1000 MPa en la raíz de la rosca. Las superficies de sellado lisas, con una rugosidad superficial (Ra) inferior a 0.4 micras, proporcionarán un sellado fiable o un sellado con elastómero. Una concentración de tensiones bien definida limitará la propagación de grietas por fatiga. Una resistencia adecuada y aleaciones apropiadas evitarán la fragilización. Tras una exposición prolongada a 700 bar, las aleaciones susceptibles reducirán su ductilidad en un 50 %, mientras que las demás aleaciones la conservarán. Una pasivación adecuada permitirá la formación de una capa pasiva de cromo que evitará la corrosión bajo tensión inducida por hidrógeno.
Los sistemas diseñados adecuadamente pueden almacenar suficiente hidrógeno para alimentar un sistema de pila de combustible. Este sistema cuenta con un tanque de combustible con una presión de entre 350 y 700 bares y puede almacenar entre 4 y 7 kilogramos de hidrógeno. Proporciona una autonomía de entre 400 y 650 kilómetros. Se puede recargar en 3 a 5 minutos y llena cápsulas de hidrógeno a un ritmo de 60 gramos por segundo. Tiene una vida útil de 15 años y soporta más de 100 000 ciclos de presión. Los sistemas de almacenamiento de hidrógeno se utilizan en vehículos eléctricos de pila de combustible, remolques cisterna de hidrógeno con capacidad de 200 a 1000 kg, sistemas de energía de respaldo estacionarios y almacenamiento de gas industrial. Estos sistemas almacenan gas convencional y dan servicio a las industrias automotriz, energética, aeroespacial y de manipulación de materiales.