Prodotti per sistemi a celle, a combustibile a idrogeno, di Parker Hannifin.
Da oltre un secolo, Parker Hannifin contribuisce alle innovazioni tecnologiche per un domani migliore, tra cui componenti per sistemi a idrogeno sicuri.
di Fabian Brücker e Graham Jhonson (*)
Il 16 luglio 1969, la navicella spaziale Apollo 11 della NASA fu lanciata dal Kennedy Space Center di Cape Canaveral, con l’obiettivo di portare i primi uomini sulla Luna. A bordo erano presenti Neil Armstrong, Buzz Aldrin, Michael Collins e un’ampia gamma di prodotti forniti da Parker, compresi quelli per i sistemi a celle, a combustibile a idrogeno (H2) e ossigeno (O2). Nel corso degli anni, le soluzioni di Parker hanno contribuito a facilitare molte missioni spaziali sicure e di successo. Valvole a sfera, valvole di arresto, valvole di ritegno, valvole di sezionamento, guarnizioni e tenute elastomeriche, O-ring, tubi rigidi e raccordi Parker contribuiscono al funzionamento dei moduli di alimentazione dei reagenti delle celle a combustibile e dei moduli di ossigeno e idrogeno. Oggi, dopo oltre cinquant'anni di esperienza nelle soluzioni a idrogeno, Parker Hannifin è all’avanguardia in questa entusiasmante tecnologia, poiché l’industria odierna ne sfrutta i numerosi vantaggi.
Per alcune aziende, l’idrogeno è un concetto nuovo, ma per Parker è una tecnologia consolidata. Di conseguenza, ci saranno soluzioni Parker sulla nuova navicella spaziale della missione Artemis che vedrà il ritorno degli umani sulla Luna, attualmente previsto per il 2026. L’azienda vanta inoltre una vasta esperienza nel settore dei trasporti su strada. Circa 15 anni fa, un produttore belga ha realizzato il primo autobus al mondo con alimentazione a idrogeno con innesti Parker, che si sono rivelati fondamentali per la sicurezza e il successo del veicolo.
La navicella spaziale Apollo 11 della NASA ha utilizzato un’ampia gamma di prodotti forniti da Parker, compresi quelli per i sistemi a celle, a combustibile a idrogeno (H2) e ossigeno (O2).
LA SICUREZZA PRIMA DI TUTTO
Oggi molte industrie, tra cui quelle del petrolio e del gas e la produzione di fertilizzanti, acciaio e cemento, stanno sfruttando l’idrogeno. In cima alla lista delle priorità in tutti questi settori c’è la sicurezza. L’idrogeno presenta molti vantaggi per gli utenti, ma anche molte sfide per gli ingegneri, che devono garantire una sicurezza ottimale in tutte le applicazioni, indipendentemente dal fatto che si tratti di produzione, condizionamento, stoccaggio, distribuzione o utilizzo dell’idrogeno.
I componenti tipici di un sistema a idrogeno includono quelli per le linee di erogazione dei fluidi. Essendo la molecola più piccola esistente, l’idrogeno ha un’elevata tendenza alla diffusione e alla permeazione. Dispone, inoltre, di un’elevata portata in caso di perdite nell’impianto. Le tubazioni, le guarnizioni e le tenute elastomeriche devono essere adatte all’uso con l’idrogeno per l’intera vita operativa del sistema.
Altri componenti chiave sono quelli per il controllo del flusso, tra cui valvole, valvole di ritegno e regolatori. Questi componenti consentono il funzionamento manuale o il controllo remoto mediante attuatori elettrici o pneumatici. Gli attuatori richiedono un’attenta progettazione per evitare di presentare inavvertitamente una fonte di accensione, in particolare se sono di natura elettrica.
Prodotti della vasta gamma di strumentazione offerta da Parker Hannifin.
A COSA PRESTARE ATTENZIONE
Tra i potenziali rischi e problemi associati ai sistemi a idrogeno vi sono l’infiammabilità, l’esplosività, le piccole dimensioni della molecola, l’assenza di colore e odore (nel gas idrogeno), l’interazione con i materiali (l’infragilimento di alcuni metalli può causare guasti catastrofici), pressioni di stoccaggio elevate e rischi per la salute quali ustioni e asfissia. Questo elenco aiuta a identificare il focus delle preoccupazioni nella progettazione e nel funzionamento dei sistemi a idrogeno. Le opzioni disponibili per i progettisti che desiderano affrontare i rischi sono (in ordine di preferenza): eliminare, prevenire, evitare, mitigare o accettare. Il raggiungimento di molte di queste opzioni richiederà la specifica di prodotti adeguati e compatibili con l’idrogeno.
Naturalmente, qualsiasi sistema a idrogeno dovrebbe avere un design fail-safe che includa funzioni di sicurezza ridondanti come dispositivi di scarico della pressione, componenti e sistemi critici di backup e posizioni fail-safe per le valvole. Ad esempio, le valvole devono tornare automaticamente alla posizione di sicurezza in caso di un’interruzione di corrente.
L’introduzione dell’automazione nei concetti di progettazione di sicurezza implica il monitoraggio remoto di informazioni critiche, il funzionamento a distanza e la limitazione automatica di condizioni operative quali pressione o portata, nonché il funzionamento automatico di strumenti adeguati in caso di rilevamento di idrogeno. Le azioni in questo caso possono includere la chiusura delle valvole di sezionamento, l’attivazione o disattivazione della ventilazione secondo necessità e l’avvio di operazioni di spegnimento appropriate.
Fabian Brücker, Market Development Manager di Parker Hannifin, Pressure Connectors Europe.
QUESTIONE DI MATERIALI
L’idrogeno è una sostanza che provoca facilmente perdite in materiali con difetti o inclusioni. Pertanto, questo argomento richiede molta attenzione durante lo sviluppo del sistema. I progettisti devono chiedersi: quali sono le caratteristiche di un materiale per componenti di alta qualità in grado di resistere alla frattura di superfici fragili e alla propagazione di spaccature? Sebbene molti fornitori di componenti per i sistemi a idrogeno si concentrino quasi esclusivamente sulla composizione chimica di un materiale, in realtà esistono molti altri fattori determinanti, tra cui l’ambiente d’esercizio, la meccanica (fattori interni ed esterni) e le caratteristiche specifiche della microstruttura.
La composizione chimica e le proprietà meccaniche sono ovviamente fondamentali quando si tratta di microstruttura, ma lo stesso vale anche per la qualità del processo di produzione del materiale e il successivo trattamento termico. Un trattamento termico non corretto o non controllato può comportare densità elevate di fasi indesiderate e inclusioni nella materia prima. A loro volta, questi difetti possono compromettere la durata dei componenti del sistema a idrogeno, provocando a volte guasti catastrofici improvvisi.
Gli sviluppatori di sistemi a idrogeno possono proteggersi collaborando con fornitori che offrono certificati di materiali validi, con informazioni sulla tracciabilità che dimostrino la qualità dei metalli. Questi certificati attestano parametri tecnici, percorsi di produzione, dettagli sul trattamento termico, risultati di test, analisi chimiche, caratteristiche meccaniche e conformità agli standard nazionali e internazionali. I certificati dei materiali forniti da Parker includono la provenienza completa. L’azienda è in grado di tracciare, risalendo fino allo stabilimento, il materiale utilizzato per realizzare ciascun componente del sistema a idrogeno. Inoltre, i rigorosi processi di produzione evitano la precarica dell’idrogeno nel materiale.
Il materiale non è l’unico problema che influenza la sicurezza di progettazione nei sistemi a idrogeno. Lo stoccaggio dell’idrogeno avviene in genere a basse temperature e ad alte pressioni. La bassa temperatura migliora la capacità dell’idrogeno di attaccare il materiale del contenitore, mentre l’alta pressione rende più probabili le perdite. È fondamentale scegliere i componenti appropriati.
Alcuni OEM del settore dell’idrogeno acquistano componenti a basso costo perché sentono di essere sottoposti a una pressione schiacciante per essere competitivi. La certificazione non è obbligatoria e nulla impedisce ai fornitori di offrire componenti di scarsa qualità a un prezzo allettante. La questione nel settore dell’idrogeno diventa quindi una questione di consapevolezza e comprensione, in particolare tra gli acquirenti, che devono essere sicuri dell’ampiezza e della profondità della gamma di prodotti del fornitore, della sua esperienza nella gestione dell’idrogeno e dei suoi servizi di formazione e supporto.
Graham Johnson, Division Product Marketing Manager di Parker Hannifin, Instrumentation Products Division Europe.
ANDARE SUL SICURO
Parker offre tutto il necessario per garantire installazioni di sistemi a idrogeno sicure e affidabili. L’azienda vanta una lunga esperienza nella gestione dell’idrogeno e dispone di informazioni approfondite relative a questo settore in fatto di sicurezza. Tali informazioni sono essenziali per i clienti che devono argomentare su questo punto quando propongono soluzioni a idrogeno.
Oltre ad aver ottenuto una solida certificazione dei materiali, Parker ha investito nel raggiungimento di qualifiche specifiche per l’idrogeno, quali EC-79 per i trasporti, ISO 15848 per le emissioni fuggitive e ISO 19880-3 per quanto riguarda i requisiti e i metodi di prova per le prestazioni di sicurezza di valvole a gas ad alta pressione nelle stazioni di rifornimento di idrogeno. Inoltre, i componenti sono conformi allo standard di accreditamento HGV in vigore negli Stati Uniti, che è un’alternativa a EC-79 e sarà armonizzato con i rispettivi standard ISO.
Per le applicazioni a idrogeno, l’azienda offre un elenco completo di componenti compatibili con questa sostanza, in modo da consentire operazioni sicure ed efficienti nell’intera gamma di pressioni e temperature estreme del sistema a idrogeno. Tali componenti includono tubi assemblati che funzionano in applicazioni di erogazione e trasferimento di idrogeno ad alta pressione, raccordi per tubi a doppia ferula, nonché raccordi con design a compressione a doppia ferula invertita per strumentazione di processi, raccordi conici e filettati per media pressione e valvole a spillo per applicazioni in autoclave, e adattatori e raccordi per tubi con guarnizione frontale O-ring per connettori ad alta pressione sul veicolo.
Stazione di rifornimento a idrogeno: Parker è all’avanguardia in questa tecnologia, poiché l’industria odierna ne sfrutta i numerosi vantaggi.
LA TECNOLOGIA DEL FUTURO
Se lavorare sui sistemi a idrogeno è un concetto relativamente nuovo per un’organizzazione o per i suoi dipendenti, potrebbe non essere immediatamente chiaro perché la scelta dei componenti giusti e il loro corretto assemblaggio siano così importanti per un funzionamento sicuro e affidabile. Un sistema con componenti scadenti può funzionare bene dopo la messa in servizio iniziale, ma presto si verificheranno problemi, ad esempio perché l’idrogeno degrada i raccordi.
Gli ingegneri possono evitare questi problemi discutendo le proprie esigenze con Parker, che offre prodotti, corsi di formazione sui componenti e assistenza in tutto il mondo, il tutto da un’unica fonte. ©TECNELAB
(*) Fabian Brücker, Market Development Manager di Parker Hannifin, Pressure Connectors Europe, e Graham Johnson, Division Product Marketing Manager di Parker Hannifin, Instrumentation Products Division Europe.
