La fabricación de modernas celdas de baterías de iones de litio impone las máximas exigencias a las condiciones del proceso. En particular, la humedad del aire debe reducirse al mínimo en los pasos de producción críticos, ya que incluso una mínima entrada de humedad puede comprometer la estabilidad electroquímica de las celdas. Los puntos de rocío inferiores a -60 °C se consideran ya el estándar en la producción dentro de zonas secas. La medición precisa y fiable de estas condiciones extremas constituye un reto técnico importante, pero resulta fundamental para garantizar la calidad.
Minientornos como alternativa energéticamente eficiente
En lugar de deshumidificar por completo grandes salas limpias, cada vez más fabricantes recurren a los llamados minientornos: áreas compactas, cerradas y localmente delimitadas de aire limpio y seco, en las que el aire con baja concentración de partículas se suministra directamente al punto de uso (Point of Use). El suministro de aire suele realizarse activamente desde la parte superior, mientras que el personal de operación permanece fuera de la zona crítica. De este modo se minimiza la entrada de humedad y partículas sin limitar la facilidad de uso.
El especialista en salas blancas Weiss Klimatechnik desarrolla zonas de proceso delimitadas localmente y cercanas a la producción, que garantizan una atmósfera constantemente seca y estable. Además, los usuarios se benefician de mayor rentabilidad, gracias a una reducción significativa del consumo energético en comparación con los métodos convencionales.
Sensores en condiciones extremas
Los sensores de punto de rocío son el elemento central para la monitorización de la humedad en los minientornos. Su función es medir de forma precisa y continua la humedad del aire incluso con valores mínimos de ppm. Sin embargo, en la práctica se ha demostrado que muchos sensores alcanzan sus límites en estas condiciones: pueden presentar deriva, tiempos de respuesta lentos o fallos fuera del rango especificado de medición.
Para evaluar el rendimiento de diferentes tipos de sensores en condiciones reales de salas secas, Weiss Klimatechnik llevó a cabo una prueba de larga duración de seis meses con nueve sensores de distintos fabricantes. El objetivo era determinar la idoneidad de los sensores para su uso en minientornos extremadamente secos. El resultado fue claro: la elección del sensor influye directamente en la seguridad del proceso.
Comportamiento de reacción y tiempos muertos
La velocidad de reacción de los sensores de punto de rocío es un factor decisivo para la seguridad del proceso. Especialmente ante una entrada repentina de humedad —por ejemplo, por fugas, errores de manipulación o cambios de material—, el sensor debe ser capaz de reaccionar en el menor tiempo posible y ofrecer valores fiables. La prueba a largo plazo de Weiss Klimatechnik muestra diferencias considerables entre los sensores ensayados: los tiempos T90 (tiempo hasta alcanzar el 90 % del cambio de valor) varían entre menos de un segundo y más de seis minutos.
Resulta interesante que no se haya podido establecer una correlación constante entre el principio de medición y la velocidad de reacción. En total se probaron nueve sensores con diferentes tecnologías: sensores de polímero, óxido de aluminio, pentóxido de fósforo y sensores electrolítico-resistivos. Mientras que algunos sensores basados en polímeros respondieron con gran rapidez, otros de la misma categoría tecnológica mostraron notables retardos. Tampoco los sensores de óxido de aluminio o pentóxido de fósforo ofrecieron resultados uniformes en cuanto a tiempos de respuesta.
El ensayo sugiere que los algoritmos empleados, por ejemplo para la autocalibración o el procesamiento de señales, tienen más influencia en el comportamiento del sensor que el propio principio físico de medición.
Consecuencias para la práctica
En la práctica, no basta con confiar en las especificaciones técnicas de un sensor. Es necesario considerar también su estabilidad a largo plazo, su comportamiento en aire extremadamente seco y su capacidad de reacción ante eventos de humedad bajo condiciones reales de operación.
La tecnología de sensores debe entenderse como parte integral del sistema completo. La selección de un tipo de sensor concreto debe basarse en datos de rendimiento validados y tener en cuenta la combinación entre hardware, software y estrategia de calibración. Los sensores con tiempos de reacción rápidos y baja deriva permiten detectar tempranamente la entrada de humedad, garantizando así la estabilidad de los procesos en la sala seca.
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