Packaging eficiente para el sector de las energías renovables

Explicaremos en este artículo cómo el Centro Técnologico ITENE ha trabajado en proyectos de diseño y desarrollo de sistemas de embalaje de protección para productos como placas solares, aerogeneradores (molinos eólicos) y baterías de ion litio, aplicando metodologías de diseño que se fundamente en la caracterización y cuantificación de los riesgos de las rutas de distribución, para poder incorporar esta variable como un requerimientos clave en la etapa de briefing y utilizar los datos que definen las rutas caracterizadas para la elaboración de protocolos de ensayo que simulen la realidad de la distribución de la empresa.

Las piezas y productos destinados a estas actividades son particularmente vulnerables a los daños durante el ciclo de distribución, debido a su tamaño, peso y fragilidad. Esto es especialmente reseñable cuando se trata de un transporte intermodal con un tránsito marítimo, puesto que la diversidad e intensidad de los riesgos asociados son importantes y afectan considerablemente a estos productos, especialmente las vibraciones, shocks y altas temperaturas. Las baterías de ion litio, por ejemplo, son especialmente sensibles a las altas temperaturas y los golpes, lo que puede provocar incendios o explosiones. Las placas solares también son frágiles y pueden dañarse fácilmente si no se embalan correctamente.

Es importante destacar que la norma UNE EN 38.3 establece ensayos complejos y específicos para validar las baterías en el ciclo de distribución. Estos ensayos requieren equipamientos y niveles de severidad muy específicos para este tipo de producto y su funcionamiento.

ITENE ha aplicado en estos procesos su metodología de diseño, en la que tiene muy en cuenta la variable asociada a la severidad del transporte. Además, en el proceso de diseño busca materiales con mejores posibilidades de reciclaje y que incorporen en la medida de lo posible porcentaje de reciclado, con el fin de mejorar el alineamiento de las empresas con los requerimientos medioambientales. Esto garantiza la seguridad del producto durante todo el ciclo de distribución, reduciendo al mismo tiempo los impactos ambientales en la etapa de fin de vida y en la extracción de materias primas.

En cuanto a la estiba, se prueban diferentes tipologías de eslingas, amarres y sistemas existentes en el mercado para la fijación y protección de la carga, incluyendo airbags o sistemas que aumentan la fricción entre la carga y el suelo del transporte como, por ejemplo, las alfombrillas antideslizantes.

En el caso de las empresas del sector de aerogeneradores o molinos eólicos, se enfrentan a un desafío adicional debido a las dimensiones y los riesgos asociados a la manipulación. Esto requiere sistemas de embalaje más complejos con mayor cantidad de material, lo que dificulta la optimización.  Sin embargo, una posible solución sería diseñar sistemas de embalaje y protección reutilizables para clientes y distancias específicas, permitiendo una logística de retorno viable económicamente, como hacen en la industria de la automoción.

El valor añadido que ofrece la caracterización de las rutas de distribución en las empresas del sector energético es significativo, ya que permite desarrollar y validar prototipos de embalaje mediante ensayos de simulación. En este sentido, ITENE ha elaborado recientemente protocolos de ensayo para rutas intermodales en tres áreas geográficas distintas: Sudamérica, Sudáfrica y Asia. Estos protocolos se basan en la identificación y cuantificación de los riesgos del ciclo de distribución en las diferentes rutas monitorizadas, utilizando un dispositivo de medición data recorder desarrollado por ITENE, capaz de grabar en continuo las aceleraciones lineales (vibración vertical) y las velocidades angulares (movimiento de balanceo y cabeceo; pitch and roll).

La caracterización de las rutas de distribución en las empresas del sector energético es significativo, ya que permite desarrollar y validar prototipos de embalaje mediante ensayos de simulación.

En el sector de las baterías eléctricas se han reportado numerosos incidentes durante la distribución debido a su sensibilidad a riesgos como vibraciones y shocks. En el caso de las baterías, el litio es un metal alcalino y, por lo tanto, en cuanto toca el agua tiene una reacción altamente exotérmica (libera energía) que eventualmente puede generar un proceso de combustión en el que están implicados gases como el hidrógeno inflamable. Además, el agua salada tiene un poder de corrosión muy grande sobre muchas partes de la batería y si entra en contacto directamente con el litio, quizá porque se ha roto alguno de los materiales plásticos o porque se han visto afectados otros elementos que rodean la pila, puede ocasionarse una combustión. Los cortocircuitos también han sido identificados como otro desafío, ya que se produce una fuga térmica como consecuencia de la degradación del cátodo, el ánodo y el electrolito.

Un incendio en una de las mayores instalaciones de baterías de Tesla del mundo ha vuelto a llamar la atención sobre los riesgos de las baterías utilizadas para almacenar energía renovable para las redes eléctricas. El incendio tardó tres días en extinguirse después de que se iniciara durante las pruebas en un contenedor de transporte que contenía una batería de iones de litio de 13 toneladas, en Moorabool, cerca de Geelong (Australia), y se extendiera a un segundo paquete de baterías.

Y es que el creciente uso de baterías de iones de litio conlleva un mayor riesgo de incendio. Estos incidentes son particularmente peligrosos y difíciles de controlar y extinguir, lo que ha llevado a la Unión Europea a advertir que los sistemas tradicionales de supresión de incendios no son eficaces en estos casos. A pesar de estos riesgos, el uso de baterías de iones de litio en el sector energético sigue en aumento, ya que son ampliamente utilizadas en coches eléctricos y en el almacenamiento de energía renovable (solar y eólica) para redes eléctricas.

El planteamiento de seguridad de las baterías en el mar es diferente al de tierra. El casco de un barco es golpeado por las olas, a veces con una frecuencia muy alta cuando el tiempo es duro. Los efectos de los golpes y las vibraciones pueden acabar provocando daños estructurales en la carcasa de la batería, lo que puede provocar un cortocircuito.

En el sector de las baterías eléctricas se han reportado numerosos incidentes durante la distribución debido a su sensibilidad a riesgos como vibraciones y shocks.

Por lo tanto, es fundamental mejorar la eficiencia del transporte, especialmente en destinos de larga duración con tránsito marítimo. Identificar y cuantificar los riesgos asociados a la distribución marítima permitirá optimizar los sistemas de embalaje y los procedimientos de estiba en las empresas exportadoras del sector energético. La información de la ruta es clave para el diseño y validación de embalajes eficientes y estibas seguras. Sin embargo, el verdadero reto es la reproducción eficiente de los riesgos asociados al transporte marítimo mediante ensayos de simulación, considerando que esta etapa suele tener una duración de semanas.

Actualmente esta etapa suele tener una duración de entre 2-5 semanas, y por tanto es difícil de reproducir en el laboratorio de simulación, puesto que no existen ensayos eficientes que sean capaces de generar el efecto de forma acelerada que, durante el tiempo de duración del tránsito marítimo, tienen determinados riesgos mecánicos y climáticos sobre el producto y sus cargas.

Con la optimización de los sistemas de envase y embalaje, las empresas de sectores estratégicos, como el energético, reducirán tanto los costes asociados al sistema de embalaje, como las incidencias en el transporte de larga duración: posibles accidentes, pérdida de producto, deterioro de la imagen de marca, disminución de la satisfacción del cliente etc. A ello hay que añadir el impacto medioambiental asociado, tanto al transporte como al embalaje propiamente dicho.

La ventaja clave de la modelización de rutas, frente a la información disponible en normas y protocolos de validación existentes en la actualidad, reside principalmente en que estas normas aportan la información de caracterización para establecer la severidad de los ensayos de forma muy generalista. El transporte marítimo se contempla de forma poco representativa en los protocolos de ensayo y normas existentes.

CONSULTAS:

• El confidencial: https://www.elconfidencial.com/tecnologia/ciencia/2022-10-17/arden-coches-electricos-florida-huracan_3506865/
• The big battery: https://www.ft.com/content/8c9c3d50-98a3-4cdf-907f-901f8c328b90