Se prevé que el hidrógeno desempeñe un papel fundamental en la transición hacia sistemas energéticos con bajas emisiones de carbono, lo que generará nuevas demandas de tecnologías de sellado utilizadas en la producción, el almacenamiento, el transporte y los equipos de uso final. Aunque los polímeros se utilizan desde hace tiempo para sellar gases y fluidos convencionales, el hidrógeno plantea retos únicos debido a su pequeño tamaño molecular, su alta difusividad, su amplio rango de presiones de funcionamiento y las exigentes condiciones de las infraestructuras de hidrógeno. Por lo tanto, la selección del material de sellado polimérico adecuado es fundamental para garantizar la seguridad, la fiabilidad y una larga vida útil.
Por qué el hidrógeno supone un reto para las juntas
El hidrógeno, al ser la molécula más pequeña que existe en la naturaleza, penetra con mayor facilidad a través de muchos materiales que otros gases industriales. Esto da lugar a fugas graduales, a un aumento de las tasas de permeación y a una degradación a largo plazo de la eficacia de los sellados.
La descompresión rápida de gas (RGD) es un problema importante en las aplicaciones de hidrógeno a alta presión. Cuando la presión se libera rápidamente, el hidrógeno disuelto en un elastómero puede expandirse con rapidez, provocando grietas internas, ampollas o un fallo total del sellado. Por lo tanto, los materiales seleccionados para su uso con hidrógeno deben combinar una baja permeabilidad al gas con una excelente resistencia a la descompresión explosiva.
Polímeros que mitigan estos problemas y sirven de soporte a los materiales de caucho
El politetrafluoroetileno (PTFE) se suele elegir cuando se requiere una fricción extremadamente baja, una excelente resistencia química y un amplio rango de temperaturas. Aunque el PTFE presenta una baja permeabilidad en comparación con muchos elastómeros, su falta de elasticidad suele exigir diseños de juntas accionadas o configuraciones asistidas por muelles.
El PTFE se utiliza habitualmente en las siguientes aplicaciones:
- Asientos de válvula: la superficie de sellado situada en el interior de las válvulas que impide el paso del hidrógeno cuando la válvula está cerrada.
- Anillos de refuerzo: anillos de apoyo situados junto a juntas de elastómero más blandas para evitar que, bajo alta presión, estas se vean empujadas hacia los huecos (un problema conocido como «extrusión»).
- Juntas accionadas por resorte: juntas de alto rendimiento que se utilizan en aplicaciones en las que se requieren niveles de fugas extremadamente bajos y una fricción reducida.
- Sistemas criogénicos de hidrógeno: equipos que manipulan hidrógeno líquido a temperaturas en torno a los −253 °C, en las que muchos materiales de caucho se vuelven frágiles, pero el PTFE se mantiene estable.
La polieteretercetona (PEEK) se utiliza generalmente como termoplástico técnico de alto rendimiento, más que como junta elastomérica. Su extraordinaria resistencia mecánica, su resistencia química y su estabilidad dimensional la convierten en el material ideal para anillos antiextrusión, soportes de juntas y componentes de sellado estructurales que funcionan a alta presión.
El PEEK se utiliza habitualmente en las siguientes aplicaciones:
- Anillos de apoyo – Se colocan junto a juntas de goma más blandas (como las juntas tóricas) y evitan que estas se compriman en huecos pequeños bajo alta presión, lo que previene daños y fugas.
- Componentes de rodamientos – Los rodamientos de PEEK facilitan el deslizamiento suave de las piezas móviles y resisten el desgaste, a menudo sin necesidad de lubricación.
- Anillos de desgaste para compresores – Protegen a los compresores del contacto entre metales, lo que reduce el desgaste y prolonga la vida útil del equipo
- Elementos de soporte para alta presión – El PEEK proporciona soporte estructural a las juntas y otros componentes de equipos que funcionan a presiones muy elevadas.
Reflexiones finales
A medida que la infraestructura del hidrógeno se expande a nivel mundial, crece la demanda de materiales poliméricos que combinen una menor permeabilidad con una mayor durabilidad en condiciones de funcionamiento cada vez más exigentes. Los termoplásticos de ingeniería, como el PEEK y el PTFE, siguen mejorando el rendimiento de los anillos de apoyo y los sistemas de sellado de alta presión.
Las soluciones de sellado con polímeros son esenciales para el funcionamiento seguro y eficiente de la infraestructura del hidrógeno. Desde electrolizadores y compresores hasta depósitos de almacenamiento, tuberías y sistemas de pilas de combustible, los sellos deben funcionar de forma fiable en entornos caracterizados por altas presiones, ciclos rápidos y el comportamiento de permeación único del hidrógeno. Al seleccionar materiales con propiedades mecánicas adecuadas, baja permeabilidad y resistencia probada a la descompresión rápida de gases, los ingenieros pueden mejorar la fiabilidad del sistema, reducir los costes de mantenimiento y contribuir al crecimiento continuo de la economía mundial del hidrógeno.