Estudio de efectos de hidrogenación cíclica en aleaciones metálicas con vistas a aplicaciones tecnológicas

Abstract

En la actualidad grandes compañías de fabricación de automóviles, se encuentran realizando diversas investigaciones sobre la utilización de mezclas de H2 y gas natural comprimido (GNC) como combustibles en motores de combustión interna (CI). Esta innovación no requiere grandes modificaciones en los motores, sino solamente una evolución basada sobre la tecnología del GNC ya existente. A fin de lograr a largo plazo una tecnología adecuada para el uso masivo de hidrógeno en vehículos de transporte público se plantea, en la transición, el uso del combustible gaseoso híbrido mencionado. Esta implementación requiere el estudio de varios aspectos, a saber la concentración óptima de la mezcla, naturaleza de los productos de combustión en relación a la contaminación ambiental, la respuesta del motor a posible inestabilidad en la explosión, etc. Otro aspecto importante considerado fue que el agregado de hidrógeno al GNC podría producir un incremento en el deterioro de los materiales que constituyen un motor. Así, con el objetivo de estudiar el posible daño por hidrógeno de las aleaciones que conforman las distintas piezas de un motor CI, se ha modificado uno de un único cilindro, a fin de poder introducir y retirar muestras de dichas aleaciones del seno de la cámara de combustión. Este sistema podría, a su vez, ser utilizado para investigar nuevos materiales en condiciones de trabajo del motor para futuras aplicaciones. Los estudios del comportamiento de los materiales fueron realizados mediante dos procedimientos diferentes, bajo atmósfera de metano (CH4) e H2 en el motor CI en funcionamiento normal y tratamientos térmicos contralados bajo atmósfera de hidrógeno en un sistema de laboratorio. Para evaluar la posibilidad de que el hidrógeno tuviera chance de interactuar con las muestras investigadas antes de su combustión, se utilizaron, en el seno del motor, muestras de paladio como sensores durante la combustión de la mezcla dado que es bien sabido que el paladio puede absorber rápidamente grandes cantidades de hidrógeno. A la vez, en el sistema de hidrogenación de laboratorio se inició un estudio de ciclos de absorción y desorción de H sobre láminas de Pd, los que dan lugar a una serie de cambios en las propiedades físicas del Pd. Como estudio complementario se realizó el modelado del comportamiento de los procesos cíclicos de absorción-desorción, proponiendo una explicación de los fenómenos observados. Este estudio de ciclos continuos de absorción-desorción en el sistema Pd-H bajo distintas condiciones termodinámicas conforma también una parte importante de este Trabajo de Tesis.