Diafragmas con recubrimiento de oro como barrera a la permeación del hidrógeno
Los sensores de presión entran en contacto con el hidrógeno en una amplia gama de aplicaciones, ya sea en la monitorización de depósitos de almacenamiento o transporte, submarinos o en el sector de la automoción, entre muchos otros. Especialmente en este último, el hidrógeno se utiliza cada vez más en el desarrollo de sistemas de propulsión alternativos. Muchos fabricantes llevan algunos años trabajando en modelos que utilizan pilas de combustible y algunas ciudades ya han optado por los autobuses de hidrógeno en el transporte público. EL PROBLEMA El hidrógeno (H) es el elemento atómico más simple y pequeño de la naturaleza y, si bien no se considera corrosivo, puede causar problemas en los transmisores de presión si la aplicación no se evalúa adecuadamente. Los átomos de hidrógeno son extremadamente pequeños y, debido a esta propiedad, también pueden penetrar materiales sólidos. Este proceso se conoce como permeación. Un diafragma de transmisor de presión típico mide 25-50 µm de espesor. Si la permeación continúa el tiempo suficiente, se producirá una distorsión permanente del diafragma a medida que el diafragma continúa expandiéndose. Debido a su pequeño espesor, los átomos de hidrógeno pueden penetrar a través del diafragma y unirse para formar hidrógeno molecular. Debido a que el hidrógeno molecular es demasiado grande para retornar a través del diafragma, queda atrapado y forma burbujas de hidrógeno en el fluido de llenado (oil filling) que se encuentra en la cara interna del diafragma, aumentando su volumen y creando una fuerza hacia afuera que termina afectando gravemente al rendimiento del transmisor en un período de tiempo relativamente corto: - Cambios de cero y del span - Expansión del diafragma hacia afuera en forma de abultamientos - Rotura o explosión del diafragma - Fuga de hidrógeno LA SOLUCIÓN: DIAFRAGMAS RECUBIERTOS DE ORO La permeabilidad del oro es aproximadamente 10.000 veces menor que la del acero inoxidable. Con el revestimiento de oro (0,1 a 1 µm) de una membrana de acero de 50 µm, la permeación de hidrógeno se puede suprimir de forma significativamente más eficaz que duplicando el grosor de la membrana a 100 µm. En el primer caso, el tiempo para que se acumule un volumen crítico de gas hidrógeno en el interior del sensor de presión se puede incrementar en un factor de 10 a 100, mientras que en el segundo caso solo en un factor de dos. El requisito previo para ello es una soldadura optimizada y sin huecos, así como un recubrimiento prácticamente libre de defectos. ¿SABÍA QUE….? - El contenido de níquel (Ni) del metal afecta la tasa de permeación de hidrógeno, aumentándolo exponencialmente, por lo que deben evitarse los metales a base de níquel, como Hastelloy C-276 y Monel, así como el tantalio. - El flujo de gas a través de la membrana (permeación) del diafragma es proporcional a la raíz cuadrada de la presión del gas. Una presión diez veces menor aumenta la vida útil del sensor en aproximadamente 3 veces. - La vida útil de un diafragma aumenta de 33 a 40 veces por cada 100 ° C de reducción de temperatura. - La permeación es inversamente proporcional al espesor de la membrana. El uso de una membrana de 100 µm en lugar de una de 50 µm de espesor duplica la vida útil del sensor. - La penetración del hidrógeno es directamente proporcional al cuadrado del diámetro de la membrana. Utilizando una membrana de Ø 13 mm en lugar de una de Ø 18,5 mm, la vida útil del sensor se duplica. Si desea recibir información adicional o que nos pongamos en contacto para comentar más en detalle esta u otras soluciones, no tiene más que llamarnos al 91 805 19 10 o enviarnos un e-mail. ¡Estaremos encantados de ayudarle!
