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Efectos de la Geometría de Empaque y del Material Polimérico en el Sellado de una Válvula de Aguja de Servicio de Hidrógeno PN650: Detección de Fugas de Vacío/Helio y Ciclos de Hidrógeno a 650 Bar

Autores: Forte, Enric Palau; Cabello, Francesc Medina

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2026

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Acceso abierto

Artículo científico
2026

Efectos de la Geometría de Empaque y del Material Polimérico en el Sellado de una Válvula de Aguja de Servicio de Hidrógeno PN650: Detección de Fugas de Vacío/Helio y Ciclos de Hidrógeno a 650 Bar


Categoría

Energía

Subcategoría

Energías renovables

Palabras clave

Fugas externas
Empaques de vástago de válvula
Selección de polímeros
Válvula de aguja
Prueba de helio
Hidrógeno a alta presión

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La fuga externa de los empaques del vástago de la válvula es un problema crítico de seguridad y fiabilidad en sistemas de hidrógeno a alta presión. Este trabajo tiene como objetivo cuantificar cómo la geometría del empaque y la selección del polímero influyen en el sellado del vástago en una válvula de aguja PN650 (cuerpo y vástago de 316L). Se compararon dos geometrías: un conjunto de anillos en V cónicos (estilo chevron) y un conjunto plano de tres discos. Se evaluaron dos conjuntos de materiales poliméricos: Vespel(r) poliamida (SP-1/SP-21) y un elemento de sellado de PTFE relleno de vidrio combinado con un anillo de respaldo de PEEK virgen. Cuatro ensamblajes (uno por combinación de geometría/material) fueron primero evaluados mediante pruebas de retención de presión hidrostática de hasta 1500 bar y mediciones de fugas con espectrómetro de masas de helio bajo vacío. Todos los ensamblajes soportaron la retención de sobrepresión hidrostática con una disminución negligible. La evaluación de helio en vacío produjo tasas de fuga entre 3.7 x 10-10 y 9.5 x 10-10 mbar·l·s-1, siendo la geometría del anillo en V cónico la que consistentemente superó al conjunto de discos. Una prueba de helio más exigente a 700 bar con vacío externo arrojó tasas de fuga de 3.6-3.7 x 10-8 mbar·l·s-1 para los ensamblajes cónicos. Basado en los resultados de la evaluación y consideraciones industriales prácticas, se seleccionó la configuración cónica de PTFE/PEEK para pruebas de resistencia, completando 2500 ciclos de apertura/cierre en hidrógeno a 650 bar sin reajuste de la brida. Las verificaciones posteriores al ciclo confirmaron la continuidad de la estanqueidad, incluyendo un resultado cualitativo de retención de presión de helio cerca de 700 bar y 0 burbujas en 10 minutos en la prueba de estanqueidad del asiento. La microscopía/EDX reveló un desgaste limitado con una transferencia metálica menor. El flujo de trabajo propuesto en múltiples etapas proporciona una ruta pragmática para la calificación temprana de los empaques del vástago para válvulas de hidrógeno a alta presión.

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