Los carboneros del río Elba

Aire comprimido y nitrógeno en DLR, Stade
Los carboneros
del río Elba
La autoclave para fines de investigación más grande del mundo entró en funcionamiento desde el
verano pasado en las afueras de la ciudad de Stade, al norte de Alemania. El suministro de aire
comprimido y de nitrógeno que requiere esta autoclave está a cargo de una estación de compresores Kaeser de dos etapas.
Ya sea que se trate de aviones, automóviles o bicicletas, para avanzar en
materia de eficiencia energética es necesario aliarse a la construcción liviana
en todos los sectores. El plástico reforzado con fibra de carbono (PRFC) es
un material, destinado a jugar un papel
fundamental en el futuro. El PRFC es liviano, altamente resistente y fácilmente
moldeable. La unidad tecnológica para
producción de construcciones livianas
(Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie = ZLP) del Centro Alemán
de Aeronáutica (Deutsches Zentrum
für Luft- und Raumfahrt = DLR), con
sede en Stade, busca métodos prácticos para hacer más rentable la producción de componentes PRFC y, de este
modo, facilitar su fabricación a gran
escala. Los retos más importantes son
la producción económica de un gran
número de unidades, el control de procesos en línea y el aseguramiento de
la calidad exigida, así como el desarrollo de modos de fabricación que se
adapten a materiales con fibra de carbono. La investigación en el ZLP está
orientada a la cadena de procesos para
las piezas PRFC. El objetivo es trasladar los conocimientos obtenidos en los
departamentos de otros institutos del
laboratorio a la industria, sin estudiar
los efectos escalables o en bancos de
pruebas con piezas de tamaño original.
Las tareas de investigación se dividen
en tres grandes ramas.
1 – Robots para aplicación de
fibra
Al desarrollar la tecnología para producir piezas PRFC de gran superficie,
utilizando procedimientos automatiza-
dos para aplicación de fibra, se creó
una instalación sumamente flexible en
la que con ayuda de robots coordinados se puede aplicar simultáneamente
la fibra (fiber placement). La instalación
cuenta con las plataformas para los
robots y con una nueva generación de
cabezales para la aplicación de fibra y
la colocación de bandas. Así, la cuota
de aplicación aumenta y responde a las
exigencias de futuros contextos de producción industrial.
2 – Tecnología de autoclave de
calidad asegurada
Las autoclaves son también, en un sentido más amplio, partes integrales de la
cadena de producción de piezas PRFC.
Los procesos que se realizan en las autoclaves influyen notablemente en las
características de los materiales y en la
geometría de las piezas. Por esa razón,
la autoclave de pruebas del DLR de
Stade está equipada con un completo
sistema de sensores que miden, entre
otras cosas, la forma como se reparte
La autoclave para fines de investigación más grande del mundo tiene capacidad para piezas de hasta 20 m de longitud
Los científicos del DLR “cablean” una pieza en la autoclave para realizar
mediciones
Una imagen de la zona de alta presión de
la estación de aire comprimido
La instalación automática que coloca la fibra se realiza con robots
el calor sobre toda la pieza y la reacción
del polímero. Su pieza fundamental es
la “Masterbox”, con control de autoclave
dinámico y adaptado a la pieza en particular. Un módulo de simulación, “autoclave virtual”, reproduce la evolución
del proceso en un modelo realista. De
esta manera se puede calcular, paralelo al proceso real, los efectos de posibles divergencias, contrarrestando así
la lentitud de la autoclave y reduciendo
la duración de los ciclos y el consumo
energético.
3 – Piezas voluminosas con contornos casi terminados
La fabricación de grandes volúmenes
de piezas PRFC, hasta 100.000 al año,
exigirá contar con tiempos de proceso
cortos, manipulación automatizada,
desarrollo de materiales y técnica de
instalaciones. Para conseguirlo, se simulan de principio a fin casos de aplicación práctica sobre una plataforma
de tecnología multifuncional para estudiar los aspectos de automatización y
escala de las piezas. El fin es obtener
cadenas de producción totalmente automatizadas para piezas PRFC complejas y reducir los costos de producción
automatizando y simplificando los procesos. La flexible plataforma de producción permite estudiar las distintas
clases de piezas, como por ejemplo,
las piezas planas tridimensionales con
partes complejas o soportes de varillas
curvados y perfilados, como aquellos
que se utilizan en la fabricación de automóviles.
Aire comprimido y nitrógeno
para la “olla express”
Con una longitud de carga de 20 m y
un ancho de carga de 5.80 m (longitud
exterior 27 m, diámetro exterior 6.50 m),
la nueva autoclave de investigación es
una instalación imponente. El tubo pesa
165 toneladas y la “tapa” resistente a la
presión otras 16. Una autoclave es un
horno en el que se unen materiales a
alta temperatura y presión, es decir, que
funciona realmente como una olla de
presión. En ella se fabrican y analizan
componentes del fuselaje de aviones,
Después de un largo viaje por transporte fluvial y por carretera, la autoclave llegó
por fin a su destino en Stade
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alas o timones de dirección completos.
La autoclave de investigación funciona
a 420 °C y la presión máxima de trabajo
para el gas protector que contiene es de
10 bar. Como gas protector se usa nitrógeno para evitar que los objetos que se
introducen en la autoclave se incendien
debido a las altas temperaturas que se
alcanzan en su interior. La producción
de nitrógeno es una de las principales
funciones de los compresores Kaeser
instalados en la estación de dos etapas.
Dos compresores de tornillo CSD 125
SFC (75 kW, de frecuencia variable)
alimentan de forma alternante una red
de aire comprimido de 9.5 bar o bien
tres elevadores de presión (booster de
pistón) N 502-G/35 bar. El aire comprimido a 9.5 bar se seca en un secador
de bajo consumo (TF 251) y luego se
purifica gracias a una combinación de
microfiltro y torre adsorbente de carbón
activo antes de servir para accionar el
transporte por plataformas neumáticas,
con las que se carga el “horno” con los
materiales necesarios. Controladas por
radio, son capaces de mover cargas de
hasta 70 toneladas con una precisión
milimétrica.
El aire comprimido se seca primero en
un secador desecante (DC 169 E) antes
de que el booster lo vuelva a comprimir hasta 35 bar. Otros dos secadores
refrigerativos (THP 142-45) y otras dos
combinaciones de microfiltro con torre
adsorbente de carbón activo se encargan de que el aire comprimido esté totalmente seco y limpio cuando llegue al
generador de nitrógeno, que separa el
nitrógeno del oxígeno. Finalmente, el
nitrógeno (a 30 bar aprox.) se deposita
en dos imponentes tanques de almacenamiento de 200 metros cúbicos de
capacidad que están instalados en el
exterior.
Por barco y por medio de
transporte especial
el transporte atravesó la autopista A26,
que se cerró un domingo de verano solo
para que la autoclave pudiera pasar.
Autor: Klaus Dieter Bätz
Contacto: [email protected]
Antes de su instalación en Stade, la
autoclave tuvo que realizar un largo
viaje desde la sede de su fabricante en
Coesfeld (cerca de Münster). Fue trasladada primero por vía fluvial y de noche hasta el puerto de esa misma localidad, donde se cargó junto con su tapa
en un barco. Luego, por el canal Dortmund-Ems y el Rin llegó hasta Ijsselmeer, en los Países Bajos, y después,
pasando por el Ems, el Weser, el canal
Mittellandkanal y el río Elba, hasta Stade. Pero allí todavía se tuvo que cargar
en un vehículo especial por carretera,
y por el camino se debieron girar unos
cuantos semáforos y desmontar varias
señales de tráfico para que pudiera pasar. Como último escollo en el camino,
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