Un alto grado de eficacia, bajos niveles de emisiones y ausencia de piezas sujetas a desgaste mecánico: las pilas de combustible ofrecen numerosas ventajas como fuente de energía sostenible. Son apropiadas para el uso en automóviles y para alimentar corriente a aparatos móviles, sirven como fuentes de energía estacionaria y mucho más. Una de sus partes más importantes son las placas bipolares. Las placas de electrodos metálicas, de material sintético o de nanotubos de carbono están recubiertas de un catalizador como, por ejemplo, platino o paladio. Así se separan los gases reactivos de los agentes refrigerantes y se distribuyen en las zonas de reacción de las pilas de combustible. Las placas bipolares deben ser de gran calidad para que sea buena su conductibilidad eléctrica y térmica, para que sean resistentes a las substancias químicas y, además, para que soporten grandes esfuerzos mecánicos. En un nuevo equipo de pruebas de P+K Maschinen- und Anlagenbau GmbH se controla la calidad y el grosor de la superficie de placas bipolares. Los cilindros eléctricos EPCO con motor paso a paso EMMS-ST y controlador de motor CMMO-ST de Festo se encargan de transportar las placas bipolares en el equipo de pruebas, evitando que se produzcan vibraciones. El sistema fue desarrollado como parte de un proyecto de cooperación ZIM por el centro de tecnología de pilas de combustible ZBT GmbH, Duisburg, la sociedad para la promoción de la informática aplicada GFaI e.V., Berlín y divis intelligent solutions GmbH, Dortmund.
Energía sin rodeos
Aunque se inventaron hace más de 170 años, el desarrollo de las pilas de combustible se vio ensombrecido por el triunfo de los motores de combustión. Aunque estas fuentes de energía exentas de emisiones tóxicas hicieron posible el alunizaje en la década de los años sesenta, el público en general empezó a conocerlas debido al debate que se entabló en torno al problema del cambio climático. A diferencia de las máquinas de potencia térmica, las pilas de combustible convierten energía química directamente en energía eléctrica. Es decir, prescinden del rodeo a través de los procesos térmicos y trabajos mecánicos. No siendo necesaria la complicada conversión de calor en fuerza, las pilas de combustible tienen un rendimiento muy elevado. Las células individuales están compuestas de dos electrodos y una membrana semiconductora, que se llama placa bipolar. La energía eléctrica se obtiene debido al intercambio de electrones y protones de agua y oxígeno entre dos electrodos.
Demandadas: energías renovables
El experto de Festo, Michael Karcher, en conversación con la revista para clientes "trends in automation".
trends in automation: ¿Cómo apoya Festo el desarrollo de energías renovables?
Michael Karcher, director del segmento de la industria DE ELA y Solar, Festo: En Festo llevamos investigando tecnologías para la obtención de energía regenerativa desde el año 2006. Analizamos los procesos que recurren a tecnologías nuevas y desarrollamos las soluciones prácticas apropiadas. Entre ellas, por ejemplo, diseñamos nuevos tipos de pinzas y de unidades de manipulación que no dañan las superficies de productos sensibles.
trends in automation: ¿Qué ventajas tiene esa forma de proceder en el caso de las pilas de combustible?
Michael Karcher: En el caso de la fabricación de pilas de combustible, es posible trabajar con ciclos más cortos y, por ende, aumentar la eficiencia de la producción, si se dispone de sistemas de manipulación que no provocan vibraciones. En ese caso, se reducen los costes de fabricación y, por lo tanto, aumentan las posibilidades de que las energías renovables como las pilas de combustible se impongan en el mercado.
Manipulación sin contacto
El innovador equipo de pruebas de P+K se utiliza con fines de investigación y sirve para desarrollar nuevas técnicas de producción de pilas de combustible. Las pruebas se llevan a cabo en un total de 12 estaciones individuales. Los cilindros eléctricos EPCO logran que el transporte de las placas dentro de las estaciones y entre ellas se lleve a cabo sin vibraciones. En la primera estación, una pinza tipo Bernoulli recoge las placas bipolares que avanzan sobre una cinta transportadora, y las coloca en un portaobjetos. Para colocar las placas se eleva una esquina del portaobjetos, se coloca la placa y se vuelve a cerrar el portaobjetos mediante un muelle neumático.
Colocación cuidadosa
En un siguiente paso se controla ópticamente el lado de refrigeración de las placas bipolares, para lo que se utiliza una cámara industrial de alto rendimiento. Para obtener imágenes óptimas se trabaja con iluminación de campo claro e iluminación de campo oscuro. Al cambiar las condiciones lumínicas, es posible detectar diversos tipos de defectos en la superficie. En la siguiente estación, la unidad ejecuta un giro de 180° y se inspecciona la superficie inferior, el así llamado lado "flowfield". En la siguiente estación de prueba se determina el grosor de las placas bipolares, efectuando mediciones en nueve puntos. La pantalla que se encuentra encima de la estación muestra siempre una imagen actualizada de la placa bipolar, y permite apreciar con facilidad los resultados de la medición del grosor. Comparando los datos obtenidos mediante las imágenes es posible determinar si las placas bipolares tienen la calidad necesaria. Las placas defectuosas se retiran, y las que están en buen estado se transportan a una estación de desvío. A continuación, una unidad de manipulación eléctrica montada en el eje Z las coloca en un cargador. Los cilindros eléctricos EPCO se encargan de que los movimientos se ejecuten con suavidad. Gracias a la avanzada tecnología de su sistema de amortiguación en las posiciones finales, al accionamiento mediante husillo de bolas y al vástago antigiro, se evita que se produzcan hasta los más mínimos daños en las placas.
Transporte continuo
Gracias a los armoniosos movimientos a cargo de los cilindros eléctricos tipo EPCO, es posible que los 16 portaobjetos estén continuamente en movimiento. Únicamente así es posible alcanzar ciclos de alrededor de cuatro segundos. Esta velocidad es necesaria, pues el tiempo disponible no permite detener el sistema para obtener las imágenes en las estaciones de medición. A la vez que se llevan a cabo las mediciones, se ejecutan tareas de posicionamiento. Utilizando cilindros convencionales se producirían vibraciones, lo que mermaría la calidad de los resultados de medición a cargo de las cámaras. Este problema no surge con los cilindros eléctricos EPCO. Estos cilindros ofrecen la ventaja adicional de disponer de una sencilla función de memorización, por lo que los ajustes son más sencillos si cambia el producto a manipular.
El sistema de bus utilizado en todo el equipo, desde el master hasta los sensores y actuadores, es IO-Link. De este modo fue posible conectar toda la periferia de manera muy sencilla, y la programación pudo realizarse en poco tiempo. El nuevo equipo de pruebas de P+K demuestra cómo el continuo trabajo de desarrollo de componentes utilizados en sistemas de automatización de procesos continuos puede redundar en resultados importantes, aunque los avances se produzcan en pasos pequeños.
El giro de las placas 90° o 180° dentro del pórtico con tres ejes, instalado en la estación 1, está a cargo de un actuador giratorio neumático DRQD montado en el eje Z.
Un terminal de válvulas VTUG controla todos los actuadores neumáticos del sistema y está conectado al controlador maestro mediante IO-Link.
P+K Maschinen- und Anlagenbau GmbH
Schlagbaumer Straße 92a
D-42653 Solingen
Alemania
Especialidad: diseño, desarrollo y producción de productos mecánicos y eléctricos, máquinas especiales, utillaje, equipos, sistemas de montaje, estaciones de pruebas y aparatos de comprobación de estanqueidad
- Este artículo fue publicado en la revista para clientes de Festo trends in automation 1.2014