- ¿Cuáles son los principales principios de diseño en el estado del arte del diseño de sistemas de pilas de combustible?
- ¿Qué medidas se pueden tomar para aumentar la fiabilidad de los sistemas de pilas de combustible?
- ¿Qué requisitos deben cumplirse para integrar adecuadamente sistemas de pilas de combustible/motores de pilas de combustible en casos de uso del cliente?
- ¿Cuáles son los factores críticos para entregar productos viables comercialmente de alta calidad a gran escala?
- ¿Por qué los sistemas de pilas de combustible desempeñan un papel importante en la transición energética?
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¿Cuáles son los principales principios de diseño en el estado del arte del diseño de sistemas de pilas de combustible?
En el desarrollo de vehículos y maquinaria electrificados, los fabricantes de equipos originales y los integradores del tren de potencia deben tener en cuenta muchos factores críticos, entre los que se incluyen los siguientes:
- Seguridad y cumplimiento de las normas aplicables
- Confiabilidad y mantenimiento del funcionamiento del equipo día tras día
- Durabilidad y coste de propiedad durante la vida útil del equipo
- Eficiencia y necesidad de una operación a menor coste
- Integración del sistema de propulsión y capacidad de trasladar rápidamente los vehículos desde el concepto a la producción
- Necesidad de una capacidad de fabricación de bajo coste y gran volumen
- Garantía de calidad
- Impacto medioambiental
¿Qué medidas se pueden tomar para aumentar la fiabilidad de los sistemas de pilas de combustible?
El tiempo de funcionamiento y la disponibilidad de los vehículos y las maquinarias son una consecuencia directa de la fiabilidad de los sistemas y componentes críticos, incluido el sistema de energía. Cada fallo puede afectar a la capacidad de los operadores para realizar un trabajo productivo y, potencialmente, también implica costes de resolución de problemas y reparación. Por tanto, la fiabilidad es un factor crítico en el coste total de propiedad y es un objetivo principal de Nuvera.
Los motores de pila de combustible deben ofrecer un rendimiento, una productividad y una amortización similares a los de los motores de combustión interna. Los vehículos y equipos de carretera y todoterreno deben cumplir con una amplia variedad de estándares de diseño y rendimiento, equilibrando la fiabilidad, la durabilidad y el coste de propiedad. Los principales fabricantes de motores de pila de combustible diseñan sistemas teniendo en cuenta estas consideraciones.
Para maximizar la fiabilidad, las pruebas de verificación de los sistemas y componentes de los motores de pila de combustible se prueban continuamente para ciclos de trabajo y condiciones ambientales específicos en instalaciones de prueba específicas. Por ejemplo, Nuvera opera un módulo de prueba de motores de pila de combustible (ETM) dedicado en Osio, Italia. Esta instalación de prueba permite la identificación y resolución remota de fallos de las unidades de prueba y la implementación de soluciones a través de actualizaciones de software y otros medios.
Nuvera ETM
El ETM de Nuvera proporciona la capacidad de probar simultáneamente hasta ocho motores de pila de combustible en diferentes ciclos de carga específicos del cliente y ha sido una herramienta importante en el desarrollo de sus productos actuales. Como resultado, los motores de pila de combustible Nuvera han demostrado un tiempo medio entre fallos (MTBF) de 2.000 horas, lo que equivale a un incidente al año que requiera intervención en una operación de un solo turno.
¿Qué requisitos hay que cumplir para integrar correctamente los sistemas de pilas de combustible/motores de pilas de combustible en los casos de uso de los clientes?
Encontrar la solución adecuada para casos de uso específicos de pilas de combustible a modo de orientación requiere:
- Evaluación de nuevas tecnologías de propulsión o auxiliares que se ajusten a los requisitos operativos del equipo
- Identificación de las opciones más prometedoras para aplicaciones específicas
- Cumplimiento de los requisitos del código
- Realización de pruebas piloto
Comenzando desde cero, este proceso generalmente implica años de planificación y desarrollo por parte de los fabricantes de vehículos y equipos. Por este motivo, es importante no solo elegir una solución energética en función de sus especificaciones de producto, sino también de su facilidad de integración. Si bien los parámetros de rendimiento son sencillos, la facilidad de integración es más difícil de caracterizar y puede pasarse por alto al comparar diferentes sistemas y proveedores de celdas de combustible. Por lo tanto, es necesario que los fabricantes de celdas de combustible transmitan claramente sus capacidades para el análisis de aplicaciones y para la integración de sus equipos.
Los principales fabricantes de sistemas de celdas de combustible buscan el éxito del cliente proporcionando un sistema confiable y que pueda integrarse fácilmente en aplicaciones específicas de hidrógeno.
Hay cuatro aspectos clave que los proveedores de sistemas de celdas de combustible deben proporcionar para una integración exitosa en las aplicaciones de sus clientes:
- Acceso e influencia del cliente: los equipos de desarrollo y fabricación interactúan estrechamente con los clientes, lo que les permite un acceso directo a los detalles de diseño, interfaz, ensamblaje y empaquetado del producto. Esto agiliza el proceso de integración del motor de celda de combustible al incorporar las perspectivas del cliente y del usuario final en la planificación y el desarrollo del diseño del producto, y los clientes actúan como partes interesadas clave.
- Documentación y capacitación: la documentación y el material de capacitación detallados y completos conducen a resultados exitosos y eficientes de integración de vehículos y equipos.
- Evaluaciones de aplicaciones: se realizan simulaciones y análisis, experimentos de compatibilidad de módulos del sistema y experimentos de interfaz de controles durante todo el proceso de integración para determinar si los productos sugeridos son una buena opción para la aplicación que se está considerando.
- Puesta en servicio y soporte: incluso después de la prueba de aceptación de fábrica de los productos en las instalaciones de un cliente, el soporte al cliente es vital. Los fabricantes líderes trabajan en estrecha colaboración con sus socios clientes, brindando soporte continuo para cada proyecto de desarrollo único.
Los motores de celdas de combustible preconfigurados pueden acortar significativamente el tiempo de diseño e integración que necesitan los fabricantes de equipos originales (OEM) para desarrollar y validar la tecnología de celdas de combustible en vehículos y equipos dentro y fuera de la carretera.
¿Cuáles son los factores críticos para entregar productos comercialmente viables de alta calidad a gran escala?
Una sólida capacidad de fabricación es un factor crítico para el éxito comercial de los vehículos y equipos impulsados por pilas de combustible. Los procesos automatizados de producción de pilas de combustible y sistemas de pilas de combustible ofrecen tanto una gran capacidad de volumen como una alta garantía de calidad, con una ejecución coherente de los pasos críticos en el proceso de fabricación, lo que resulta en altos rendimientos de primera pasada.
La fabricación automatizada es crucial para reducir los costes, tanto gracias a un mayor rendimiento y menos residuos, como a la capacidad de fabricar a escala, lo que disminuye aún más el coste total del equipo. La imagen de abajo muestra el corazón de la línea de fabricación automatizada de Nuvera, capaz de producir hasta 4.000 pilas de combustible por turno al año con un rendimiento de primera pasada del 97%, lo que aumenta drásticamente la capacidad de producción y la calidad del producto. Además, Nuvera puede duplicar estas líneas automatizadas y desplegarlas donde haya demanda.
Línea de fabricación automatizada de pilas de combustible de Nuvera
Los fabricantes líderes han logrado reconocidas certificaciones de la industria. Nuvera cuenta con las certificaciones ISO 9001-2015, ISO 14001-2015 y OHSAS 18001, todas ellas normas importantes en gestión de calidad.
¿Por qué los sistemas de pilas de combustible juegan un papel importante en la transición energética?
Una transición hacia sistemas de energía limpia que satisfagan las necesidades de valor, innovación y rendimiento de cada aplicación, y que se adapten a los requisitos de rendimiento de vehículos y equipos específicos, es clave para la adopción exitosa de tecnologías disruptivas. Debido a su capacidad para impulsar vehículos comerciales pesados y equipos industriales, su confiabilidad general y su éxito demostrado en implementaciones de vehículos tanto dentro como fuera de la carretera, las celdas de combustible de hidrógeno son una parte central de las conversaciones y las iniciativas políticas sobre energía limpia de la actualidad.
Si bien las celdas de combustible de hidrógeno se destacan por satisfacer los requisitos de rendimiento de aplicaciones de servicio pesado, como el transporte por carretera de larga distancia, el transporte público y los usos fuera de la carretera, como la minería, la agricultura y la construcción, se entiende menos que las celdas de combustible pueden proporcionar la única solución práctica de cero emisiones para muchos usos de servicio mediano que tienen altos requisitos de energía a bordo (por ejemplo, refrigeración de transporte, mezcla de cemento y camiones utilitarios con equipo auxiliar), o cuando los tiempos de recarga prolongados no son aceptables (como los vehículos de emergencia).
Los motores de celdas de combustible ofrecen a los productos de energía motriz la misma funcionalidad e interfaces de vehículo que los fabricantes esperan de los motores diésel, excepto que en este caso el tren motriz es eléctrico, no mecánico.
Contenido aportado por Nuvera Fuel Cells
Nuvera Fuel Cells, pionera en el sector con más de 25 años de experiencia en el desarrollo de tecnologías avanzadas de hidrógeno y su transformación en robustos productos de energía limpia, está permitiendo la adopción generalizada de vehículos eléctricos de pila de combustible. Nuvera fabrica módulos de alimentación de pila de combustible para uso industrial y comercial, con productos diseñados para satisfacer las rigurosas necesidades de los vehículos y equipos de carretera y todoterreno
Última actualización: 15.01.2023