Modelo fenomenológico de permeación para evaluar recubrimientos protectores frente a la entrada de hidrógeno

• J.M. Alegre ^[1] ; V. Arniella ^[1] ; R. Tamayo ^[1] ; Rubén Rodríguez-Aparicio ^[1] ; I.I. Cuesta ^[1] ; A. Díaz ^[1]
  1. [1] Universidad de Burgos

     Universidad de Burgos

     Burgos, España

     
• Localización: Revista española de mecánica de la fractura, ISSN-e 2792-4246, Nº. 11, 2026, págs. 189-194
• Idioma: español
• Enlaces
  • Texto Completo Ejemplar
• Resumen
  • español

    El uso de recubrimientos como barrera protectora en los aceros de gasoductos destinados al futuro transporte de hidrógeno está despertando un gran interés, tanto para la reconversión de tramos existentes de la red de gas como para el diseño y construcción de nuevas infraestructuras. Para evaluar la eficacia de un recubrimiento es imprescindible contar con modelos y métodos de carácter ingenieril que permitan un análisis rápido, fiable y comparativo, incorporando los parámetros más relevantes del proceso tales como el espesor del recubrimiento, su permeabilidad al hidrógeno, la calidad de la interface, la adherencia o el efecto de defectos como porosidades. En este trabajo se propone un modelo fenomenológico que considera el efecto global del recubrimiento y la interfase mediante una modificación de las condiciones de contorno en la entrada de hidrógeno al metal. Para ello, se introduce un parámetro fenomenológico A en la ley de Sieverts que permite definir una concentración superficial efectiva de hidrógeno inferior a la de equilibrio, representativa de la barrera impuesta por el recubrimiento. En consecuencia, la condición de contorno en la cara de entrada se formula de manera generalizada, sustituyendo la hipótesis ideal de equilibrio instantáneo establecida por Sieverts por una resistencia superficial equivalente, que incluye tanto al recubrimiento como a la interfase recubrimiento-metal. El modelo se fundamenta en un balance de flujos y en la formulación de resistencias en serie, lo que permite desagregar de forma explícita la contribución del recubrimiento, la intercara metal–recubrimiento y el efecto de posibles defectos superficiales a la entrada de hidrógeno.

  • English

    The use of coatings as protective barriers on pipeline steels intended for future hydrogen transport is attracting strong interest, both for repurposing existing sections of the natural gas network and for the design and construction of new infrastructures. To assess the effectiveness of a coating, it is essential to have engineering-oriented models and methods that enable fast, reliable, and comparative analyses, incorporating the most relevant process parameters such as coating thickness, hydrogen permeability, interfacial quality, adhesion, and the effect of defects such as porosity. In this work, a phenomenological model is proposed in which the global effect of the coating and the interface is represented through a modification of the boundary conditions governing hydrogen entry into the metal. To this end, a phenomenological parameter A is introduced into Sieverts’ law, defining an effective surface hydrogen concentration lower than the equilibrium value, and thus representative of the barrier imposed by the coating. Consequently, the boundary condition at the charging face is formulated in a generalized manner, replacing the ideal instantaneous equilibrium assumption of Sieverts with an equivalent surface resistance that accounts for both the coating and the coating–metal interface. The model is based on a flux balance and on the formulation of resistances in series, which allows the explicit separation of the contributions of the coating, the metal–coating interface, and potential surface defects to hydrogen entry.