Análisis de la fragilización por hidrógeno en el uso de aceros de bajo carbono, para el diseño de reactores de gasificación de biomasa operados a presión atmosférica

El presente trabajo muestra una evaluación teórica de la operación de aceros de bajo carbono (Acero SAE 1020) como material para el diseño de gasificadores que modelan relaciones de permeación difusiva a altas temperaturas, empleando la ley de Fick de segundo orden y teniendo en cuenta los efectos del daño por hidrógeno en las propiedades de varios materiales. También se evaluarán diversos criterios de falla asociados a los esfuerzos térmicos y se harán inferencias en el efecto del hidrógeno sobre las propiedades del material mediante análisis teórico. Esto con el fin de predecir la vida útil y la factibilidad económica en el uso de aceros de bajo carbono para aplicaciones de baja escala en reactores expuestos al daño por hidrógeno y alta temperatura. En los perfiles de permeación de hidrógeno evaluados, después de 100 horas de operación de la planta, la permeación alcanza la totalidad del espesor de la placa (4 mm). Debido a que ambos lados de la placa están en contacto con el gas, la permeación se da en ambas direcciones, por lo que 2 mm es un valor medio aproximado de penetración con una concentración de 2.7 ppm, lo cual lleva a más del 95 % del material a concentraciones de hidrógeno superiores a 6 ppm. Según los datos obtenidos en la literatura y en estudios realizados por diversos autores muestran un comportamiento similar para varios tipos de acero en presencia de hidrógeno. En el caso del acero AISI/SAE 1020 el esfuerzo último registra una reducción del 28 %, la tenacidad registra una reducción del 44 %. En el análisis por fatiga, por el método de bajo ciclaje, no se observa una diferencia notable en el ciclo de vida útil. Por lo tanto, los componentes del reactor con acero AISI/SAE 1020 no deberían fallar por fatiga.