En 2014, El campo petrolero más nuevo y más grande de Kazajstán estaba programado para convertirse en un importante contribuyente al suministro mundial. Pero dentro de un mes de operación, se produjo un apagado total. Sin previo aviso, aparecieron grandes grietas en sus tuberías. Durante los próximos dos años, el campo permaneció inactivo debido a costosas reparaciones. La causa:fragilización de las tuberías.

Como huesos Los oleoductos y gasoductos sufren de fragilidad y agrietamiento. Ahora, un grupo de investigadores de la Universidad de Texas en San Antonio (UTSA) y el Southwest Research Institute (SwRI) proponen examinar cómo se desarrollan las condiciones de fragilización por hidrógeno. Su investigación se centra en una aleación utilizada en la industria del petróleo y el gas, pero fabricado mediante fabricación aditiva (AM).

"Las condiciones operativas en la industria del petróleo y el gas pueden conducir a la fragilización del hidrógeno. Este fenómeno provoca la falla prematura de las estructuras como resultado de la entrada de hidrógeno en el material. El hidrógeno, una vez dentro del material, interactúa con la microestructura de la aleación, degradando su desempeño mecánico y dando como resultado fractura frágil sin ningún signo de advertencia, ", dijo el profesor asistente Brendy Rincon Troconis en el Departamento de Ingeniería Mecánica de UTSA.

AM ha sido adoptado por muchas razones en la fábrica. Con el uso de AM, Se pueden crear diseños y materiales más complejos, una capa a la vez. AM también reduce los costos generales ya que las piezas se pueden ensamblar rápidamente en el sitio, en lugar de mantener un inventario grande y costoso.

Aunque muchas industrias están adoptando rápidamente AM, a los investigadores les preocupa que no se hayan realizado suficientes pruebas de cómo la fragilización por hidrógeno afecta el rendimiento del material de este metal en particular. Los investigadores de San Antonio se centrarán en la aleación de níquel-718 porque puede usarse en condiciones críticas donde se desean altas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión.

La investigación del profesor Rincon Troconis no solo impacta en la industria del petróleo y el gas. Cada vez se introducen más metales AM en la industria aeroespacial. Airbus Defense ha probado materiales AM en sus sistemas de propulsión. Space X ya usa materiales AM para fabricar algunas partes del Falcon Rocket 9 y la cámara del motor Super Draco. DNV-GL, un proveedor internacional de servicios de gestión de riesgos y garantía de calidad, ya está promoviendo una iniciativa para establecer pautas y certificaciones sobre cómo se utilizarán las piezas de AM en aplicaciones en alta mar.

Aunque las medidas de seguridad son fundamentales, sin suficientes datos de prueba para comprender el efecto de la fragilización por hidrógeno en el rendimiento de las aleaciones AM, la seguridad de los sistemas fabricados por AM sigue siendo desconocida.

El profesor Rincon Troconis y W. Fassett Hickey, de la División de Ingeniería Mecánica de SwRI, trabajarán para comprender cómo la fragilidad del hidrógeno afecta la integridad de AM níquel-718. Troconis y Hickey estudiarán la fragilización por hidrógeno a nivel molecular para ver cómo la ubicación de los átomos de hidrógeno afecta la integridad del material metálico bajo las altas presiones y temperaturas elevadas típicas de los entornos de perforación. Esto se logrará en las instalaciones de prueba únicas de SwRI, que permiten ensayos mecánicos en hidrógeno gaseoso hasta 3, 000 PSI y 500 grados Fahrenheit. UTSA utilizará su espectrómetro de desorción térmica (TDS) y su microscopio de fuerza de sonda Kelvin de barrido (SKPFM), uno de los pocos laboratorios universitarios del país con la combinación de estas tecnologías avanzadas.

El estudio de la fragilización por hidrógeno es posible gracias al Programa Connect, una iniciativa de colaboración financiada conjuntamente entre UTSA y SwRI. Los investigadores esperan tener datos disponibles para el verano de 2020 para proporcionar una mejor orientación a las industrias sobre cómo diseñar piezas AM que sean menos susceptibles a la fragilización por hidrógeno. En la actualidad, pocos laboratorios nacionales están trabajando en este tipo de investigación.

"Al comprender más sobre la fragilización por hidrógeno de los materiales AM, podemos proporcionar información crucial, con mas confianza, para optimizar los procesos de fabricación y posfabricación y prevenir la fractura por fragilidad de los sistemas actuales y futuros, mientras avanza la tecnología AM, todo lo cual conducirá a una mejor protección de la comunidad, sus activos, y el medio ambiente, "dijo Rincón Troconis.