Fraunhofer IPA muestra exposiciones sobre energía y sostenibilidad

La cubierta protectora 2ndSCIN® hace que los robots y otros componentes de automatización dinámica estén listos para la producción ultralimpia. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

En este demostrador, el Fraunhofer IPA, la Universidad de Stuttgart y el fabricante de sensores Sick están entrenando un algoritmo inteligente que detecta fugas en sistemas de aire comprimido. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Esta celda robotizada puede realizar todos los pasos necesarios para la desmantelación de sistemas de baterías obsoletos. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

Fraunhofer IPA y Campus Schwarzwald han desarrollado una celda robótica en la que dos robots Delta apilan en segundos placas bipolares y unidades de electrodos de membrana alternando con pilas de combustible. © Fraunhofer IPA/Foto: Rainer Bez

El caparazón de esta tortuga muestra diferentes maneras de mejorar las superficies ásperas y porosas de componentes fabricados por adición. © Fraunhofer IFF

«Energizar una Industria Sostenible» es el lema de la Hannover Messe de este año. Los temas de energía y sostenibilidad también son un enfoque de investigación integral del Fraunhofer IPA. El instituto presenta ideas, avances y resultados de proyectos de investigación en curso y ya finalizados del 22 al 26 de abril de 2024 en dos stands de feria.

Entre los temas principales de la feria, el Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA lleva a cabo numerosos proyectos de investigación y transferencia. Varios departamentos trabajan en eficiencia energética, tecnología de hidrógeno o producción de celdas de batería. Todos comparten la pregunta de cómo hacer más eficiente el uso de recursos en la producción y evitar desperdicios. Esto incluye, por ejemplo, el departamento de Sistemas Energéticos Industriales, que ofrece soluciones para sistemas energéticos a medida. El enfoque principal es la optimización de la eficiencia energética, la reducción de emisiones de CO2 y la maximización de la seguridad del suministro.

Del 22 al 26 de abril de 2024, en dos stands diferentes, los científicos y científicas presentarán sus resultados y ofrecerán insights sobre proyectos de investigación en curso:

– Baden-Württemberg International en el Hall 12, Stand D15
– Fraunhofer-Gesellschaft en el Hall 2, Stand B24

Corriente continua para la industria

Las células solares en el techo y el sistema de baterías en el patio tienen algo en común: ambos suministran corriente continua. ¿Por qué no operar toda la fábrica con corriente continua? Esto ahorra energía y recursos. Los ahorros en infraestructura, sistemas logísticos y robots de fabricación oscilan entre el 8 y el 20 por ciento. Se eliminan los rectificadores sobredimensionados en las máquinas individuales y la energía de frenado puede ser alimentada en la red de corriente continua. Un equipo de investigación liderado por Isabella Bianchini del departamento de Sistemas Energéticos Industriales del Fraunhofer IPA ha desarrollado, junto con socios de la ciencia y la industria, un concepto de sistema que permite la introducción de redes de corriente continua en fábricas. Pueden ver ejemplos prácticos en el stand de Baden-Württemberg International: Hall 12, Stand D15.

Transparencia en el consumo de CO2 de las empresas

Una protección climática coherente requiere un enfoque integral a lo largo de toda la cadena de valor. En el proyecto de investigación ya finalizado «Climate Solutions for Industries» (CS4I), un equipo liderado por Christian Schneider del departamento de Sistemas Energéticos Industriales del Fraunhofer IPA, en colaboración con socios industriales, desarrolló una app que permite calcular la huella de carbono real («True Carbon Footprint») de un producto, incluso a través de los límites de la empresa. Los procesos previos y posteriores a la producción, en algunos casos, generan hasta el 70 por ciento de las emisiones totales de CO2. Por ello, CS4I abordó aspectos desde la adquisición de materias primas, decisiones de inversión, hasta la entrega, para que las empresas puedan considerar sostenibilidad y rentabilidad simultáneamente. La base para la toma de decisiones es una réplica digital de las máquinas y plantas. Los científicos y científicas mostrarán un prototipo de la plataforma abierta que ha surgido de CS4I en el Hall 12, Stand D15.

Inteligencia artificial detecta fugas en sistemas de aire comprimido

La energía más costosa es la que se desperdicia: según estimaciones, aproximadamente un tercio del aire comprimido producido por una empresa se escapa sin aprovecharse a través de pequeños agujeros y conexiones con fugas. El coste de este desperdicio puede ascender rápidamente a decenas de miles de euros anuales. La búsqueda de fugas era laboriosa, pero ahora el Fraunhofer IPA, la Universidad de Stuttgart y el fabricante de sensores Sick han desarrollado un sistema de detección automatizado. La pieza central es un sensor de flujo que mide en tiempo real el caudal, la presión y la temperatura. Un algoritmo inteligente analiza estos datos en tiempo real y detecta firmas características que indican fugas. El estado actual del desarrollo conjunto se muestra en un demostrador en el stand de Baden-Württemberg International: Hall 12, Stand D15.

Productivo, limpio y sostenible: innovaciones en celdas de batería

Más importante que el aire comprimido para la producción es la celda de batería para el coche eléctrico. Debe ser compacta, potente y, sobre todo, segura. Esto plantea grandes desafíos para su fabricación. Los investigadores del Centro de Producción Digitalizada de Celdas de Batería del Fraunhofer IPA muestran cómo podría ser la producción en el futuro. Su objetivo es construir y digitalizar toda la cadena de fabricación de baterías de iones de litio en laboratorio. La prioridad es estabilizar y aumentar la productividad, considerando estrictos requisitos económicos y ecológicos.

Para la producción de celdas de batería en condiciones de pureza absoluta y humedad muy baja, un equipo de investigación liderado por Udo Gommel y Frank Bürgen ha desarrollado una cabina de secado móvil llamada DryCleanCAPE®. Permite montar un entorno de producción limpio y seco de forma rápida, económica y flexible, alcanzando niveles de pureza del aire similares a los de salas limpias convencionales de alta calidad. DryCleanCAPE® consta de dos carcasas diferentes, que generan humedad, partículas y sustancias químicas libres de forma independiente mediante unidades de tratamiento de aire separadas. Los visitantes podrán ver cómo funciona en el Hall 12, Stand D15.

Pero no solo la fabricación eficiente de celdas en condiciones de pureza es cada vez más importante, sino también el reciclaje de sistemas de baterías usados. Si se cumplen todas las promesas, en 2030 casi 50 millones de coches eléctricos podrían circular por todo el mundo. Sus baterías contienen minerales valiosos como níquel, cobalto, manganeso y litio, que pueden reutilizarse. En el proyecto de investigación «Desmontaje industrial de módulos de baterías y motores eléctricos» (DeMoBat), se ha desarrollado una célula robotizada con diversas herramientas capaz de realizar todos los pasos necesarios para desmontar, y que puede adaptarse a muchos tipos de baterías. Los visitantes de la feria podrán aprender más en el Hall 12, Stand D15.

Producción industrial en masa de electrolizadores y pilas de combustible

Además de las baterías, el hidrógeno también es un portador de energía prometedor, limpio y versátil. Es especialmente interesante para la industria y el transporte pesado. Para reemplazar procesos actualmente emisivos con tecnologías de hidrógeno, aún hace falta investigar mucho a lo largo de toda la cadena de valor, comenzando por la producción de electrolizadores y pilas de combustible.

Actualmente, tanto electrolizadores como pilas de combustible se fabrican aún en lotes pequeños, con mucho trabajo manual. «Para que las pilas de combustible sustituyan a los motores de combustión en el transporte pesado, deben producirse en masa, de forma automatizada y a bajo coste», explica Erwin Groß del departamento de Estrategia y Desarrollo Empresarial del Fraunhofer IPA. Un equipo de investigación del Fraunhofer IPA y del Centro para la Digitalización, Liderazgo y Sostenibilidad de la Selva Negra (Campus Schwarzwald) ha logrado precisamente eso. En el proyecto «H2FastCell», se ha creado una célula robotizada en la que dos robots apilan en segundos las bipolar plates y las unidades de membrana electrodo para los stacks de pilas de combustible.

En una célula robotizada similar, en el futuro también podrían fabricarse en masa electrolizadores, ya que también están formados por varias capas: dos electrodos y una membrana de intercambio de protones (PEM) en medio, que se apilan. En el proyecto de investigación «Industrialización de la producción de electrolizadores PEM» (PEP.IN), se pretende automatizar no solo el proceso de apilado, sino toda la línea de producción, incluyendo todos los procesos posteriores y las pruebas finales. Los interesados pueden conocer más sobre los proyectos PEP.IN y H2FastCell en el stand de Baden-Württemberg International: Hall 12, Stand D15.

La cadena completa de valor del hidrógeno en el foco

El proyecto de investigación «Plataforma de investigación industrial flexible, energéticamente adaptable y conectada de H2» (WAVE-H2) de la Universidad de Stuttgart va un paso más allá. Aquí se contempla un sistema energético industrial integral, con énfasis en el uso del hidrógeno. En los próximos años, se construirá en el campus de la Universidad de Stuttgart y cerca del campus de la Selva Negra en Freudenstadt una plataforma de investigación industrial, con una inversión de aproximadamente 36 millones de euros. La plataforma integrará diferentes tecnologías para la producción, distribución, almacenamiento y consumo de hidrógeno en un sistema energético industrial conectado, permitiendo el desarrollo y prueba sistemáticos de tecnologías innovadoras de producción y energía. La plataforma se construirá y operará a escala industrial, permitiendo a las empresas adaptar y probar sus procesos. Más información sobre WAVE-H2 en el Hall 12, Stand D15.

Recubrimiento sin pérdidas para la mejora superficial de componentes fabricados aditivamente

Los procesos de fabricación aditiva ya forman parte de la realidad industrial. Ofrecen gran flexibilidad y permiten nuevas soluciones en diversos sectores. Sin embargo, la superficie de componentes fabricados aditivamente suele presentar porosidad o rugosidad, por lo que requiere un tratamiento posterior. Un expositor del Grupo de Producción del Fraunhofer muestra diferentes opciones para mejorar las propiedades superficiales de estos componentes. El Fraunhofer IPA presenta la tecnología de recubrimiento sin pérdidas como una opción para la decoración y recubrimiento automatizado de componentes plásticos fabricados aditivamente. Aquí se combina la experiencia en producción aditiva, de Oliver Refle, con la tecnología de recubrimiento, de Oliver Tiedje. La optimización del proceso en la fabricación aditiva, junto con un tratamiento posterior para alisar la superficie, permite realizar recubrimientos de alta calidad sin generar niebla de pintura, usando sistemas de recubrimiento específicamente ajustados a las propiedades de los componentes plásticos fabricados aditivamente. Esto hace posible obtener superficies de alta calidad en componentes personalizados de forma rentable. La muestra puede verse en el stand conjunto de la Sociedad Fraunhofer: Hall 2, Stand B24.

2ndSCIN® – un traje a medida para robots

«Las tecnologías clave del mañana solo avanzan con tecnología de pureza. Es decisiva: desde la producción de baterías hasta la biotecnología», afirma Udo Gommel, jefe del departamento de Micro y Reinstalación en el Fraunhofer IPA. Para cumplir estos requisitos, Gommel y su equipo han desarrollado la protección 2ndSCIN®. Hace que componentes de automatización dinámica, como un robot, estén listos para la producción ultralimpia. 2ndSCIN® consiste en un textil transpirable y móvil. Según la aplicación, pueden superponerse dos o más capas, separadas por espaciadores. En cada espacio, se puede aspirar o expulsar aire. Esto permite eliminar partículas provenientes del entorno o de la propia automatización. La introducción de gases especiales en los espacios intermedios permite, por ejemplo, la esterilización en aplicaciones de ciencias de la vida, tanto del robot como del traje. Las capas textiles también llevan sensores que miden continuamente parámetros como concentración de partículas, contaminación química, presión o humedad. Algoritmos basados en IA analizan estos datos y posibilitan el mantenimiento predictivo y la evaluación del estado de limpieza. La protección puede cambiarse en aproximadamente una hora y reutilizarse tras una descontaminación. La protección 2ndSCIN® se puede ver en el stand conjunto de la Sociedad Fraunhofer: Hall 2, Stand B24.

Conferencias y mesas redondas: el programa marco de Hannover Messe

Incluso fuera de los dos stands, los visitantes podrán encontrarse con el Fraunhofer IPA en el marco del programa de la feria. El martes 23 de abril, en el escenario de Transformación Industrial en el Hall 3, tendrá lugar el evento de todo el día «Industrial AI». Allí, los interesados podrán conocer proyectos conjuntos de investigación relacionados con la inteligencia artificial, presentados por el Fraunhofer IPA en casos prácticos junto a destacados socios industriales.

Al día siguiente, miércoles 24 de abril, el profesor Thomas Bauernhansl, director del instituto, participará en la mesa redonda «Valoración biointeligente en la ingeniería de máquinas y plantas» en el escenario de TechTransfer en el Hall 2, Stand B02, a partir de las 10:50 horas. Presentará, junto con representantes de la Universidad de Hohenheim, del Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) y de Festo, los resultados de un nuevo estudio internacional comparativo sobre biointeligencia.