Una nueva idea: cónico en lugar de cilíndrico
Los ingenieros de la TU investigan nuevas geometrías para los cojinetes de láminas de gas, necesarios en los compresores de aire para el funcionamiento de las pilas de combustible
La pila de combustible es una pieza clave en la transformación del sector energético, que se aleja de los combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural y el carbón y se acerca a las energías renovables. En ella, la reacción química del hidrógeno con el oxígeno produce energía eléctrica y calor. Los sistemas de almacenamiento en láminas de gas son esenciales para que esto funcione. Como su nombre indica, el lubricante de los cojinetes de láminas de gas no es aceite, sino aire. ¿Por qué? Para la reacción química en la pila de combustible, el oxígeno del aire ambiente se bombea a la pila de combustible a alta presión mediante un compresor. Y donde hay componentes giratorios, se necesitan cojinetes. Si se utilizara aceite como lubricante, sería imposible evitar que partículas muy finas de aceite contaminaran el oxígeno cuando se introduce a presión en la pila de combustible. Estas impurezas pueden provocar una pérdida de eficacia y un fallo funcional de la pila de combustible. Por tanto, la contaminación del oxígeno debe evitarse a toda costa.
Componentes del cojinete cónico de lámina de gas: anillo de aluminio con agujero cónico (izquierda), lámina amortiguadora ondulada que amortigua el sistema (centro), lámina de cubierta (centro) y eje cónico (derecha).
Kevin Fuchs
Objetivo: una producción más rentable y sostenible
El eje cilíndrico del compresor se apoya radial y axialmente en ambos lados para contrarrestar las fuerzas que hacen vibrar el sistema. Esto requiere un total de cuatro rodamientos. "Sin embargo, este cuádruple apoyo del eje supone un esfuerzo considerable durante la producción y el montaje y hace que el sistema de cojinetes sea muy complejo", afirma el Prof. Dr. Robert Liebich, Jefe del departamento de Diseño y Fiabilidad del Producto. Por ello, Marian Sarrazin, ayudante de investigación del departamento, estudió la posibilidad de "adelgazar" este complejo cojinete con el fin de hacer más eficientes la producción y el montaje, es decir, ahorrar material y minimizar el trabajo. En resumen, fabricar los cojinetes de láminas de gas de forma más rentable y sostenible. Su idea: cambiar la geometría del eje, no cilíndrica, sino cónica. La geometría cónica del eje y del cojinete de láminas de gas sólo requeriría dos cojinetes.
Las láminas amortiguan las vibraciones
La idea de Marian Sarrazin de los cojinetes cónicos de láminas de gas es una novedad. Por ello, los cojinetes cónicos de láminas de gas no están disponibles en el mercado. Para saber si realmente funcionan, Marian Sarrazin los construye él mismo en el taller del departamento y los prueba en diversos bancos de ensayo. Sólo unos pocos departamentos en el mundo disponen de las instalaciones de producción necesarias. Su cojinete cónico de láminas de gas consiste en un anillo de aluminio con un orificio cónico. Está revestido de una lámina de amortiguación. Está ondulada y se encarga de amortiguar el sistema. Encima hay una lámina superior o de recubrimiento. Las láminas, muy finas, están fabricadas con una aleación de níquel resistente a la corrosión y son aptas para aplicaciones a altas temperaturas. Marian Sarrazin compra las láminas. Él mismo las moldea en forma cónica.
Buscando la velocidad óptima para formar la película de aire
"Los cojinetes de láminas de gas suelen alcanzar velocidades de más de 150.000 revoluciones por minuto. Estas enormes velocidades son difíciles de alcanzar con rodamientos de aceite o rodamientos convencionales. Los rodamientos que utilizan aire como lubricante tienden a vibrar fuertemente a altas velocidades. Las láminas metálicas de un cojinete de láminas de gas proporcionan una amortiguación adicional para controlar estas vibraciones", explica el Prof. Dr. Robert Liebich.
Marian Sarrazin investiga ahora el comportamiento vibratorio del eje en un cojinete cónico de láminas de gas de este tipo en los bancos de pruebas del departamento. "Entre otras cosas, tengo que averiguar cuál es la velocidad óptima del eje para que se forme la película de aire de apoyo en el cojinete cónico, que se supone que sustituye a los aceites fósiles como lubricante. Si la velocidad es demasiado baja, no se formará película de aire. Si es demasiado alta, se producen vibraciones que dañan o destruyen el sistema", explica Marian Sarrazin.
Mantener talleres y bancos de pruebas es esencial para la investigación
Utiliza tanto métodos de simulación numérica como experimentos para verificar las simulaciones. "Uno de los objetivos de este proyecto de investigación es crear simulaciones y permitir así predicciones fiables que sustituyan cada vez más la costosa construcción de prototipos en nuestro caso de cojinetes cónicos de láminas de gas. La industria rehúye estos costes. Pero una simulación sólo puede ser tan buena como los valores validados por experimentos prácticos. En mi departamento, no nos limitamos a simular, también comprobamos el modelo numérico con los datos que hemos obtenido en investigaciones experimentales. Por eso es esencial mantener los talleres y bancos de pruebas de la TU Berlín. Son una base importante para nuestra solicitada experiencia en investigación e industria", afirma el Prof. Dr. Robert Liebich.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Alemán se puede encontrar aquí.
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