Antecedentes del proyecto

A medida que se desarrolla el sector de la energía del hidrógeno, los equipos de electrólisis exigen estándares cada vez más elevados en cuanto a precisión de montaje, rendimiento de sellado y fiabilidad operativa.

En la fabricación de electrolizadores alcalinos y de membrana de polímero de electrolita (PEM), la pila se ensambla apilando múltiples celdas electrolíticas, placas bipolares y componentes de membrana. Durante el montaje, se requiere un pretensado de los pernos de alta precisión para proporcionar una fuerza de sujeción uniforme y estable. Esta fuerza de sujeción garantiza un sellado adecuado entre los componentes, evitando fugas de hidrógeno y oxígeno, así como la filtración de electrolito.

Los tensores hidráulicos de pernos utilizan energía hidráulica para alargar los pernos de forma elástica. Mientras los pernos se alargan, se aprietan las tuercas. Tras liberar la presión, los pernos rebotan, generando una fuerza de pretensado estable. Esta fuerza actúa sobre las placas finales, completando el bloqueo de la pila. De este modo, el montaje en pila de los electrolizadores cumple los requisitos de alta capacidad de carga, alta precisión y distribución uniforme de la tensión.

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Necesidades de los clientes y retos técnicos

1. Requisitos de pretensado de pernos sometidos a cargas elevadas

La estructura de la pila de electrolizadores requiere una fuerza de compresión global considerable para garantizar un contacto adecuado entre las placas bipolares y los componentes de sellado.

En este proyecto, el cliente solicitó que se abordaran los siguientes aspectos:

  • Especificaciones del perno: M68×6
  • Tamaño de la llave de tuercas: 100 mm
  • Espesor de la tuerca: 120 mm

Aplicación:

  • Fuerza máxima de tracción: 1500 kN
  • Carrera de estiramiento del perno: 225 mm

2. Requisito de tensado sincronizado en varios puntos

Dado que el electrolizador está formado por varios componentes apilados, es necesario garantizar una distribución uniforme de la fuerza entre los pernos.

Los métodos tradicionales de fijación manual son propensos a:

  • Carga desigual en los pernos
  • Inclinación de la placa final
  • Presión de sellado local insuficiente
  • Mayor riesgo de fugas

Por lo tanto, el cliente necesita que el sistema de tensado hidráulico permita el funcionamiento sincronizado de varios tensores y ofrezca un control por zonas en función de las necesidades reales.

3. Requisitos de control de la automatización

Con el fin de mejorar la eficiencia en la instalación de los tensores hidráulicos, potenciar las capacidades de control de procesos y reducir los riesgos de seguridad asociados a las operaciones manuales, este proyecto exige que el sistema cuente con:

  • Función de bloqueo automático
  • Control de la fuerza de tensión ajustable
  • Ajuste de la relación tensión-desplazamiento
  • Supervisión de datos en tiempo real
  • Aviso de presión anómala
  • Función de almacenamiento y exportación de datos

Soluciones hidráulicas para el tensado de pernos de EKXIA

Para cumplir con los requisitos de montaje de los electrolizadores de hidrógeno, EKXIA ha diseñado y suministrado una solución integrada y automatizada de pretensado hidráulico que incluye:

  • Tensores hidráulicos de pernos
  • Estación de bombeo hidráulica de tipo dividido
  • Sistema de control inteligente con PLC
  • Sistema HMI (interfaz hombre-máquina)
  • Sistema de detección de desplazamiento

Este sistema aprieta 18 pernos de cabeza hexagonal simultáneamente. Automatiza el apriete de las tuercas, lo que permite ajustarlo, visualizarlo, controlarlo y registrar datos.

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Configuración de la solución

1. Sistema hidráulico de tensado de pernos

El tensor hidráulico de pernos utiliza un sistema de accionamiento hidráulico de alta presión. La presión hidráulica controla la elongación precisa del perno. Una vez que el perno alcanza la elongación establecida, se aprieta la tuerca y el tensor completa el proceso de bloqueo al liberarse la presión.

Parámetros técnicos clave:

Parámetro Valor
Presión máxima de trabajo 70 MPa
Fuerza máxima de tracción 1 800 kN
Área efectiva del pistón 25 728 mm²
Accidente cerebrovascular 35 mm
Tamaño del perno M68×6
Vida útil por fatiga del extractor ≥10 000 ciclos
Vida útil del cilindro ≥30 000 ciclos

Características del equipo:

  • Estructura de acero aleado de resistencia ultraalta
  • Acoplamientos rápidos con autobloqueo
  • Diseño de acoplamiento desmontable
  • Mecanismo de limitación de sobrecarrera
  • Mecanismo de retracción hidráulico

Diseñado para satisfacer las exigencias de las aplicaciones industriales de uso intensivo y a largo plazo.

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2. Sistema de bloqueo automático

El sistema está equipado con un motor hidráulico que acciona la rotación de la tuerca. La rotación de la tuerca permite el bloqueo automático mientras se alarga el perno.

Características principales:

  • Elimina la necesidad de ayudar manualmente a apretar las tuercas
  • Rotación automática de alto par
  • Aumenta la eficiencia de la instalación
  • Garantiza una precarga constante

Tuerca accionada por motor hidráulico:

  • Par motor: 120 Nm
  • Par de apriete de la tuerca: aprox. 150 Nm

3. Sistema independiente de estación de bombeo hidráulico

La estación de bombeo hidráulico cuenta con un diseño independiente para el módulo de control y el módulo de suministro de aceite, lo que mejora la flexibilidad de la instalación in situ.

Características técnicas principales:

Parámetro Valor
Presión máxima de trabajo 70 MPa
Fuente de alimentación 380 V / 50 Hz
Potencia del motor 5,5 kW
Capacidad de caudal 3 l/min
Capacidad del yacimiento petrolífero 60 L

El sistema utiliza:

  • Control mediante PLC Siemens S7-1200
  • MCGS HMI (Interfaz hombre-máquina)
  • Pantalla LCD táctil de 10 pulgadas

La interfaz hombre-máquina (HMI) permite:

  • Configuración de parámetros
  • Supervisión en tiempo real
  • Almacenamiento de datos
  • Exportación de datos
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4. Sistema de control síncrono inteligente

El sistema admite varios modos de control de tensión:

  • Tensado síncrono de 18 grupos
  • Control por zonas de 9×2
  • Control por zonas 6×3
  • Control independiente para cada grupo

Configuración del sistema:

  • Sistema de control de válvulas de 18 canales
  • Monitorización de la tensión en 18 canales
  • 6 sensores de desplazamiento

Se incluye un sensor de desplazamiento por cada tres tensores. Los sensores controlan en tiempo real los cambios de desplazamiento en cada tensor. A partir de estos datos, el sistema garantiza un tensado síncrono de alta precisión.

Características funcionales del sistema

Control preciso de la tensión

El sistema permite establecer valores objetivo de fuerza de tensado o de desplazamiento. Puede alternar entre el modo de presión y el modo de posición para adaptarse a las necesidades de los distintos procesos de montaje.

Supervisión de parámetros en tiempo real

El sistema muestra en tiempo real parámetros clave, como la fuerza de tensado, la presión hidráulica, el desplazamiento de tensado y la temperatura ambiente. Presenta gráficamente los cambios que se producen a lo largo del proceso de tensado mediante curvas.

Registro de datos y trazabilidad

El sistema permite guardar parámetros, exportar datos por USB y cargarlos en un ordenador. Los formatos de datos compatibles son XLSX, CSV y TXT.

 

Procedimientos de instalación y funcionamiento de los equipos

Paso 1: Instala la base del tensor.

De acuerdo con los requisitos estructurales del equipo, los instaladores montaron las 18 bases de los tensores en los lugares previstos.

instalar_la_base_del_tensor

Paso 2: Instala manualmente las varillas guía.

instalar_manualmente_las_barras_guía

Paso 3: Instala el tensor hidráulico.

Los trabajadores izaron 18 cilindros hidráulicos de tensado y los fijaron a las bases de montaje.

instalar_el_tensor_hidráulico

Paso 4: Retira la varilla guía e instala el extractor de núcleo.

retirar la varilla guía e instalar el extractor de núcleo

Paso 5: Conecta los sistemas de control hidráulico y electrónico.

Conecta primero el conducto de aceite del motor hidráulico y, a continuación, el grupo de válvulas del motor hidráulico. Conecta los conductos de aceite del sistema hidráulico y los cables eléctricos a los puertos correspondientes del equipo de tensado, siguiendo la numeración indicada.

conectar los sistemas de control hidráulico y electrónico

Paso 6: Instala el sensor de desplazamiento.

Instala seis sensores de desplazamiento y colócalos de manera uniforme según sea necesario.

instalar_el_sensor_de_desplazamiento

Valor del proyecto

Con esta solución de tensado hidráulico de pernos, el cliente obtiene:

  • Mayor eficiencia en el montaje

El funcionamiento sincronizado de 18 tensores hidráulicos reduce las tareas manuales repetitivas, lo que aumenta considerablemente la eficiencia en el montaje de las celdas electrolíticas.

  • Mayor uniformidad en la precarga

El control doble de la presión y el desplazamiento garantiza una distribución uniforme de la carga entre todos los pernos, lo que maximiza la fiabilidad del sellado de las celdas electrolíticas.

  • Reducción del riesgo operativo

El control automatizado reduce al mínimo la intervención manual en entornos con gran volumen de trabajo, lo que mejora la seguridad general en las instalaciones.

  • Gestión digital

El registro exhaustivo de los parámetros de tensado permite una trazabilidad completa del proceso de montaje y una gestión de la calidad.

Capacidades de EKXIA en soluciones hidráulicas

EKXIA no solo suministra herramientas hidráulicas, sino que también ofrece soluciones de sistemas hidráulicos a medida, adaptadas a los requisitos específicos de las aplicaciones de los clientes.

Nuestras soluciones abarcan:

  • Sistemas hidráulicos de tensado de pernos
  • Sistemas hidráulicos de apriete por par
  • Sistemas hidráulicos de elevación
  • Sistemas de cilindros hidráulicos
  • Sistemas de control hidráulico automatizados

Gracias a la combinación de tecnología hidráulica, diseño de sistemas y experiencia en ingeniería, EKXIA ofrece soluciones hidráulicas fiables y eficientes para sectores como la energía del hidrógeno, la generación de energía, la construcción de puentes y la maquinaria pesada.