LABORATORIO DE TECNOLOGÍAS DEL HIDRÓGENO (H2Lab)

University of Burgos. Hydrogen Technologies Research Laboratory

Equipo de ensayo a alta presión y temperatura en ambiente de hidrógeno

El sistema de ensayo con autoclave integrado a alta presión y temperatura en ambiente de hidrógeno, HPHT-H2 (High Pressure, High Temprature, H2 ambient) es un equipamiento singular que posee las siguientes características básicas:

Máquina de ensayo uniaxial, encargada de transmitir la carga a la probeta con capacidad de carga de 50 kN y posibilidad de realizar cargas cíclicas a la probeta en control de carga o desplazamiento. No se requiere una capacidad de frecuencia excesivamente alta ya que se ha demostrado que la fragilización por hidrógeno es más crítica para frecuencias bajas de ensayo.
Autoclave (Celda HPHT) capaz de contener H2 gaseoso a alta presión (hasta 300 bar) y temperatura (hasta 300ºC), integrada en la máquina de ensayo para poder realizar en su interior los correspondientes ensayos mecánicos en las condiciones ambientales deseadas. Volumen de la autoclave aproximadamente 3 litros.
Sistema DCPD (Direct Current Potential Drop o medida de la caída de potencial) para medida de las deformaciones ubicado dentro del autoclave.
Software y controladores para llevar a cabo de manera automatizada los diferentes ensayos habituales en la caracterización mecánica de materiales en ambiente de hidrógeno (Slow Strain Rate Test, Constant Extension Rate Test, Constant Load Test, Fatigue Test) y para realizar la medición de propagación de grieta mediante el método DCPD. Además, el software monitoriza los parámetros de presión y temperatura, y permite controlar todos los sistemas de seguridad.

Campo de Aplicación

La singularidad de este equipamiento permite realizar una amplia variedad de ensayos normalizados para la evaluar las propiedades mecánicas de diferentes materiales en ambiente de hidrógeno gaseoso a alta presión y alta temperatura: ensayos a tracción, con probetas lisas o entalladas, ensayos de fractura y ensayos de fatiga. A continuación, se enumeran algunos de los ensayos más habituales que se realizarán con este equipamiento y su normativa correspondiente:

Ensayo de tracción lenta (Slow Strain Rate Test: SSRT) en ambiente de hidrógeno (ASTM G129 o ISO 16573-2).
Ensayo de tracción en hidrógeno a alta presión y/o temperatura (ASTM G142).
Ensayo a carga constante (Constant Load Test: CLT). Las probetas de tracción se someten a carga constante hasta que la difusión de hidrógeno produce una concentración suficiente para desencadenar la fractura (ISO 16573-1).
Ensayo lento a fractura (Slow Strain Rate testing) en ambiente de hidrógeno con probetas Compact tension o CT (ASTM G129 o ISO 11114:4-método C).
Ensayo para determinar el umbral de propagación de grietas asistida por ambiente agresivo (Environment-Assisted Cracking) mediante escalones de carga hasta hallar KIH, también denominado KIEAC, con probeta CT (ASTM E1681 o ISO 11114:4-método C).
Ensayo de obtención de tenacidad a fractura (ASTM E1820) adaptado a ambientes de hidrógeno con probetas CT.
Ensayo para medir velocidades de propagación de grieta por fatiga (ASTM E1647) adaptado a ambientes de hidrógeno con probetas CT.

Dada la singularidad de estos ensayos, deberán ir acompañados de los correspondientes análisis de composición y microestructura, tanto previa como posterior al ensayo.

Analizador elemental de hidrógeno (LECO H836EN)

El H2Lab dispone de un analizador elemental de hidrógeno modelo LECO H836EN que permite medir con gran precisión la concentración de hidrógeno en muestras metálicas previamente expuestas a ambientes de H2.

Este análisis es fundamental para el estudio de la fragilización bajo diferentes condiciones de ensayo y para cuantificar la entrada de hidrógeno en componentes industriales en servicio.

El equipo LECO H836EN funciona por el método de fusión inerte de gas y la detección por conductividad térmica, y permite analizar un gran rango de concentraciones en diferentes aleaciones como acero, aluminio o titanio.

Características técnicas y teoría de operación: Link a la página de LECO

Otros equipos singulares de ensayo para aleaciones metálicas en ambientes de H2

A finales de 2023 se instalará equipamiento avanzado para ensayo de aleaciones metálicas en ambientes de H2 hasta 1000 bar y 150ºC:

Autoclave para precarga de hidrógeno en las muestras hasta una presión de 1000 bares.
Equipo para ensayo de permeación gaseosa.
Equipo para ensayo de disco de ruptura (ISO 11114-4)