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Parque de tanques

Manejo seguro de sustancias peligrosas: requisitos para las instalaciones de tanques para materias primas líquidas como electrolitos y NMP

En el proceso de fabricación de baterías de iones de litio se necesitan grandes cantidades de líquidos peligrosos. Por lo tanto, se imponen requisitos especiales al almacenamiento y la distribución. Esto afecta, por un lado, a las condiciones marco reglamentarias y, por otro, a la manipulación de la ingeniería de procesos. La tecnología de seguridad juega un papel esencial.

La fabricación de acumuladores de batería, desde la celda hasta el módulo terminado, pasa por numerosos pasos de producción. Los medios líquidos desempeñan un papel importante sobre todo en los siguientes pasos del proceso:

Durante la fabricación de los materiales de recubrimiento para los electrodos, se añaden disolventes a los materiales activos en instalaciones especiales de mezcla y dispersión. Por lo general, se utiliza NMP (1-metil-2-pirrolidona de calidad para baterías). Se trata de un líquido nocivo para la reproducción, perjudicial para la salud e irritante. Debido a sus propiedades peligrosas, su uso ha sido restringido por la Comisión Europea y se ha impuesto la obligación de sustituirlo. Sin embargo, hasta ahora no se han impuesto alternativas adecuadas en el mercado. Por lo tanto, al utilizarlo, deben tenerse en cuenta medidas especiales y procedimientos probados para limitar y controlar los peligros durante la aplicación. Las directrices de la ECHA (Agencia Europea de Sustancias Químicas) para el cumplimiento de la restricción 71 del Reglamento REACH lo explican con más detalle.

Precisamente este NMP se recupera como vapor de disolvente durante el proceso de secado de los electrodos y se devuelve al proceso de mezcla en instalaciones especiales de condensación y destilación con una cuota superior al 95 %. Las aguas residuales y los residuos líquidos resultantes deben almacenarse de forma adecuada y prepararse para su eliminación o reutilización. Al final de la fase de montaje, las celdas se llenan con electrolitos para garantizar el intercambio de carga en la batería. Los electrolitos suelen ser formulaciones específicas del cliente en las que se disuelven sales conductoras en disolventes como EMC (etilmetilcarbonato) o DMC (dimetilcarbonato). Los electrolitos también son líquidos inflamables y peligrosos para el agua. Para garantizar la estabilidad del almacenamiento, los electrolitos deben utilizarse en determinados rangos de temperatura y cubrirse con gas inerte. Los propios disolventes deben prepararse en forma pura mediante procesos de lavado y las cantidades de lavado deben recogerse en recipientes adecuados.

Fabricación de packs de las celdas

En la fabricación de packs, las carcasas se rellenan o incrustan parcial o totalmente con una masa para hacerlas resistentes a los golpes y las vibraciones, así como para crear un sellado contra la humedad, los disolventes y las sustancias corrosivas. Este proceso se denomina “Potting”. Las masas de colada también se utilizan para el aislamiento eléctrico, la protección contra incendios y la disipación del calor. Los tipos más comunes de masas de colada son el poliuretano, el acrílico, la resina epoxi y la silicona. Sin embargo, cada uno de estos compuestos químicos tiene sus propias propiedades físicas y peligrosas. Precisamente al manipular y almacenar poliuretano, deben tenerse en cuenta medidas especiales. Göhler Anlagentechnik, de Hösbach (Baviera del Norte), se dedica desde hace más de 70 años a la planificación, la construcción, el mantenimiento y el servicio de instalaciones de ingeniería de procesos, especialmente instalaciones de tanques para medios peligrosos. Con más de 300 empleados en varias sedes en Alemania. Göhler también cuenta con muy buenas referencias en el mercado relativamente joven de la fabricación de baterías a gran escala. Gracias a su conocimiento del mercado tanto en el sector del automóvil como en el comercio de productos químicos y la industria química, los fabricantes de automóviles que ahora quieren fabricar baterías pueden beneficiarse de la experiencia del constructor de instalaciones en ambos sectores.

Planificación del almacén

Extracto de la TRGS 509 (definición de términos)

Para que los medios necesarios puedan estar disponibles para el funcionamiento ininterrumpido de la producción, el operador depende de un almacenamiento suficiente. Para ello, se imponen numerosos requisitos y condiciones marco al almacenamiento. El marco legal lo constituyen esencialmente la TRGS 509 (Almacenamiento de sustancias peligrosas líquidas y sólidas en recipientes fijos, así como puntos de llenado y vaciado para recipientes móviles) y la TRGS 510 (Almacenamiento de sustancias peligrosas en recipientes móviles). Además, deben cumplirse otras normas.

Algunos ejemplos de ello son:

Para tener en cuenta esta gran cantidad de normativas, así como los requisitos de los productos y los clientes, es necesaria una planificación detallada. La aplicación de los requisitos específicos del pedido desempeña un papel importante, lo que requiere un análisis exhaustivo de las necesidades. El beneficio para el cliente es lo primero. Además de los volúmenes de almacenamiento, los rendimientos de entrega y las especificaciones de presión y temperatura, también deben aclararse las interfaces de las instalaciones de tanques:

Los expertos de Göhler elaboran los parámetros necesarios. Con estas especificaciones, la instalación puede planificarse y construirse en detalle. Además de la especificación de los tanques y las bombas, también es decisivo el diseño de las válvulas de seguridad, como los pararrayos de llama, para una instalación de tanques segura. La clasificación de las categorías PL/SIL, que resultan de un análisis de riesgos y un HAZOP conjunto con el usuario, son fundamentales para la planificación detallada de la ejecución. El diseño de los sensores y los sistemas de vigilancia, como los medidores de oxígeno y los sistemas de detección de gas, completan el tema, y todo ello en la categoría ATEX exigida. Por parte del operador de la instalación, deben abordarse otros puntos como la protección contra incendios y rayos. Por último, se espera una aceptación sin defectos por parte de la Z.S (organismo de control autorizado). El sistema de inertización también requiere un diseño cuidadoso para cumplir con la calidad del producto exigida o el nivel de inertización según la TRGS. Esto también incluye el cálculo de la inertización inicial como purga de dilución para garantizar el contenido máximo permitido de oxígeno residual. Los medios de almacenamiento suelen ser sustancias peligrosas para el agua. Por lo tanto, es inevitable una superficie de carga y descarga conforme a la WHG con un sistema de emergencia adecuado y el cálculo correspondiente según la TRWS 779. Dependiendo del tipo de construcción del recipiente (de pared simple o doble), se requieren cubetos de recogida con una composición adecuada en construcción maciza.

Realización mecánica y eléctrica de la instalación

HDR

Ejemplo de una estación de filtro premontada

Una vez finalizada la planificación, se inicia la siguiente fase del proyecto: la realización mecánica y eléctrica de la instalación. Con una gran proporción de premontaje en la fábrica del fabricante, se puede reducir el esfuerzo en la obra. Todos los oficios necesarios para la construcción de la instalación deben encajar a la perfección: desde la instalación del tanque hasta la construcción de acero y tuberías, el control de la temperatura y el aislamiento, pasando por el cableado eléctrico. Hoy en día, los altos requisitos de seguridad en la ejecución de los trabajos son algo natural. La salud de los empleados y la protección del medio ambiente son indispensables. También se da por sentado un procesamiento cuidadoso de los materiales. Por último, no debe haber partículas metálicas en el medio para que no se produzca un cortocircuito dentro de la celda de la batería. Por lo tanto, también se tienen en cuenta filtros especiales en el diseño de la ingeniería de procesos. La puesta en marcha con el lavado repetido de la instalación y el muestreo es, por lo tanto, de gran importancia y esencial para el cliente y el usuario. Los requisitos de calidad para los especialistas y la instalación son altos. Antes de la aceptación, se ponen a disposición del usuario y de las autoridades de aceptación los documentos de documentación necesarios. Estos suelen incluir algunos metros de carpetas de papel. Entre ellos, un documento es especialmente importante: El certificado de conformidad CE según la Directiva de Máquinas y las normas aplicadas. Sin este certificado, la instalación no puede ponerse en marcha. Actualmente, se están planificando algunas fábricas de celdas en Alemania y Europa y la velocidad en la introducción en el mercado de la batería terminada es un factor extremadamente importante. La realización de un proyecto de parque de tanques requiere la participación temprana de los planificadores y constructores de instalaciones con suficiente capacidad y personal especializado.

Mantenimiento y servicio

Tras la aceptación y la entrega, el trabajo no ha terminado para la empresa especializada. La nueva instalación de tanques debe someterse a un mantenimiento periódico según la WHG, la TRGS y la Ordenanza de Seguridad Operacional y las especificaciones del fabricante, especialmente los componentes de seguridad. Solo un mantenimiento e inspección cuidadosos pueden garantizar una larga vida útil de la instalación, así como un funcionamiento sin problemas de la misma.

Buen asesoramiento y planificación tempranos

La fabricación de instalaciones de tanques para el suministro de la producción de baterías impone grandes exigencias a la planificación, la construcción y el mantenimiento. Por lo tanto, es aconsejable que el operador de las instalaciones se ponga en contacto con empresas especializadas con la experiencia correspondiente lo antes posible. Debido a los medios peligrosos, deben tenerse en cuenta muchas normas en la aplicación. Solo una larga experiencia y un alto nivel de conocimientos pueden garantizar un alto nivel de seguridad y calidad y ofrecer al productor una planificación, realización y un funcionamiento seguros y conformes a la ley.

Autor:

Martin Zang,

Director técnico