As células de combustível são a grande esperança da geração de energia sustentável. Elas têm várias aplicações. No novo sistema para a garantia de qualidade das placas bipolares, os cilindros elétricos EPCO ajudam a evitar vibrações, possibilitando a verificação contínua com tempos de ciclo curtos.
Alta eficiência, baixas emissões e nenhum desgaste mecânico – as células de combustível oferecem várias vantagens enquanto fornecedoras sustentáveis de energia. São adequadas à propulsão de veículos para o fornecimento de energia a dispositivos móveis, como atuadores eficientes em instalações energéticas fixas e muito mais. Entre os componentes principais incluem-se as placas bipolares. As placas de eletrodo feitas de nanotubos de metal, plástico ou carvão e revestidas com um catalisador como a platina ou o paládio. Eles separam gases reagentes e meios de refrigeração uns dos outros, e distribuem-nos para as respetivas áreas de reação das células de combustível. Para garantir a boa condutividade elétrica e térmica, e a boa resistência a químicos e a alta pressão de contacto mecânico, as placas bipolares devem ser de alta qualidade. As novas instalações de verificação de P+K Maschinen e Anlagenbau GmbH verificam o acabamento da superfície das placas bipolares e medem a sua espessura. Os cilindros elétricos EPCO com motor de passo EMMS-ST e o controlador de motor CMMO-ST da Festo garantem o transporte sem vibrações das placas bipolares nas instalações de verificação. O sistema foi desenvolvido como parte de um projeto colaborativo da ZIM pelo Centro de Células de Hidrogénio e de Combustível ZBT GmbH, Duisburg, a Sociedade para o Avanço das Ciências da Computação Aplicadas em Berlim, e a divis intelligent solutions GmbH em Dortmund, na Alemanha.
Descobertas há mais de 170 anos, o desenvolvimento de células de combustível foi ofuscado durante muitos anos por motores de combustão. Embora elas tenham possibilitado o pouso na Lua enquanto fonte de energia sem emissões nos anos 60, o seu potencial só foi conhecido do grande público através do debate sobre as alterações climáticas. Ao contrário dos motores térmicos, as células de combustível geram diretamente energia elétrica a partir de energia química. Elas não precisam de processos térmicos e de trabalhos mecânicos. Livres da conversão complexa em calor e energia, as células de combustível atingem um alto nível de eficiência. As células individuais consistem em dois eletrodos e uma membrana semi-permeável, também chamada placa bipolar. A energia elétrica é gerada pela troca de eletrões e protões de hidrogénio e oxigénio entre dois eletrodos.
O especialista da Festo Michael Karcher em conversa com a revista "trends in automation".
trends in automation: Como está a Festo a apoiar o desenvolvimento de fontes de energia renovável?
Michael Karcher, chefe do setor ELA e Solar, Festo: Na Festo, pesquisamos sobre o campo de técnicas de produção para a geração de energia renovável desde 2006. Identificamos processos de novas tecnologias e desenvolvemos soluções práticas. Estas incluem a conceção de garras novas e de sistemas de manuseio que não afetem o acabamento da superfície de produtos sensíveis.
trends in automation: Quais são as vantagens disto na área das células de combustível?
Michael Karcher: Na produção de células de combustível, o sistema de manuseio de baixa vibração aumenta os tempos do ciclo e contribui para a produção eficiente. Se conseguirmos reduzir os custos de produção, há uma maior probabilidade de que as fontes de energia renovável, como as células de combustível, se estabeleçam no mercado.
As instalações de verificação inovadoras da P+K são utilizadas para pesquisa e para o desenvolvimento de novas tecnologias de produção de células de combustível para fornecedores de primeira linha. O processo de verificação ocorre no total de 12 estações individuais. Os cilindros elétricos EPCO garantem o transporte com baixa vibração em e entre estas estações. Na primeira estação, a garra Bernoulli pega nas placas bipolares de um tapete rolante e coloca-as no transportador de peças. Para colocar as placas de eletrodo neste transportador, é aberto um canto de forma pneumática, a placa bipolar é colocada no transportador e este é fechado pneumaticamente através do mecanismo de mola.
Em seguida, ocorre a inspeção visual do lado de refrigeração da placa bipolar com uma câmara industrial de alto desempenho. É suportada pela iluminação de campo clara e escura. Todos os tipos de defeitos na superfície são identificados com a ajuda da variação de condições de iluminação. Na estação de viragem seguinte rodada em 180 graus, é realizada a inspeção da superfície do lado inferior, também conhecida como lado do campo de fluxo. A estação de verificação determina a espessura das placas bipolares no total de nove pontos. O monitor posicionado acima da estação mostra a imagem atual da placa bipolar e permite o acesso fácil e visualizado aos dados de medição. A comparação com os dados da imagem mostra se as placas bipolares estão em condição qualitativa suficientemente boa. As peças defeituosas são ejetadas do processo, enquanto o sistema transporta as peças boas para a estação de transferência. Aqui, a unidade de manuseio elétrico do eixo Z coloca-as no depósito. Os cilindros elétricos EPCO garantem o transporte suave para a posição de armazenamento. Graças ao amortecimento da posição final tecnologicamente sofisticado, ao fuso de esferas e à biela não rotativa de mancal liso, evita-se até o menor dano possível às placas bipolares do depósito.
O movimento fluido auxiliado pelo cilindro elétrico EPCO facilita a circulação contínua de 16 transportadores de peças no sistema. Esta é a única maneira de obter tempos de ciclo curtos de cerca de quatro segundos. Não há tempo de parar o sistema para a aquisição de imagem nas estações de medição. As tarefas de posicionamento são realizadas paralelamente às medições, o que pode levar a choques e vibrações ao usar cilindros tradicionais, influenciando negativamente os resultados de medição das câmaras. Este problema não ocorre com cilindros elétricos EPCO de funcionamento suave. Os cilindros também oferecem a vantagem de Teach-in extremamente fácil e a redução dos custos associados ao comissionamento e à troca de produtos.
O IO-Link é utilizado como sistema de barramento abrangente da instalação, do mestre a todos os sensores e atuadores. Desta forma, todos os periféricos do sistema são conectados de forma rápida e fácil, reduzindo significativamente o tempo gasto na programação. As novas instalações de verificação da P+K mostram como o desenvolvimento contínuo dos componentes de automatização do processo em etapas pequenas pode contribuir para tecnologias inovadoras.
Viragem das placas em 90 ou 180 graus: pelo atuador semi-rotativo pneumático DRQD montado no eixo Z no pórtico tridimensional na estação 1.
Terminal de válvulas VTUG: controla todos os atuadores pneumáticos do sistema, conectados ao controlador mestre através do IO-Link.
Schlagbaumer Straße 92a
42653 Solingen
Alemanha
Área de atividade: construção, desenvolvimento e produção de sistemas mecânicos e elétricos, máquinas especiais, produção de equipamento, construção de equipamentos, sistemas de montagem, estações de verificação e verificadores de fuga