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Sistema mecatrónico automático para intercambio de baterías en una plataforma de aterrizaje para drones de tipo multirotorValdivia Tuesta, Janier Albert 20 July 2021 (has links)
La presente tesis aborda el problema del abastecimiento de batería de los drones siendo su periodo de duración insuficiente para cubrir operaciones de mayor durabilidad. En la actualidad, la utilidad de los drones ha ido en aumento en los diversos campos en los que se desenvuelve, así como también su automatización. Con respecto a ello, con la constante evolución de la tecnología y la creciente demanda de automatizar los procesos en los que son requeridos estos dispositivos, se ha logrado que los UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) sean autónomos en las operaciones que se requieren. De esta forma, ya no es necesario que sea controlado por algún operario en tiempo real, sino que puede funcionar de forma autónoma.
Sin embargo, como se mencionó brevemente, las operaciones realizadas por estos dispositivos pueden tomar un tiempo mayor al de la duración de su batería, por lo que más tiempo implica menos operaciones por día y esto afecta a la productividad. De aumentar esta característica en los drones, se podrían usar, por ejemplo, como sistemas de vigilancia, ya que estos sistemas requieren una continuidad en su operación. Como segundo ejemplo podrían usarse para el envío de objetos a largas distancias de forma autónoma.
Se propuso realizar el diseño preliminar de un sistema mecatrónico automático que realizará el abastecimiento de batería de los drones con baterías LiPo 6S (6 celdas). Para lograr este diseño son necesarios los siguientes subsistemas: subsistema de transporte de batería, subsistema de sujeción de dron y el subsistema de adaptación de batería. El subsistema de transporte de batería estará conformado por un robot cartesiano ensamblado con un gripper magnético y un anaquel para guardar las baterías. Este arreglo permitirá la sujeción, extracción y colocación de la batería. El segundo subsistema está conformado por dos actuadores lineales, los cuales se encargarán mantener el dron fijo para poder realizarse el proceso de abastecimiento de la batería. Por último, el subsistema de adaptación de batería, que es el diseño de un sistema mecánico que se ubicará en la parte media del dron para facilitar la extracción y colocación de la batería.
Las baterías a emplear en este diseño son Baterías LiPo de 6S y estas tienen unas dimensiones aproximadas de 59 mm x 64 mm x 158 mm. Además, su peso es aproximadamente de 1.5 kg. Esto permitirá realizar un mejor diseño para las consideraciones mostradas. Eventualmente, se delimitó a este tipo de batería ya que son las que más se usan en promedio para drones de dimensiones mayores a un metro de diámetro.
El sistema procesará la información en un controlador y estará constantemente validando, enviando y recibiendo data de internet, es decir, monitoreando en la nube. Se realizará un monitoreo de la información en la nube ya que estos sistemas operan de forma automática y además porque es necesario alertar sobre los posibles fallos para que el sistema sea reparado lo antes posible.
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Chemomechanical study of silicon composite anodes for lithium-ion batteriesRojas Dávalos, Christopher Alcides 15 December 2021 (has links)
El sillico (Si) es considerado uno de los candidatos que puede reemplazar al grafito
en ánodos de baterías de ion litio debido a su capacidad para almacenar mayor
energía y, por ende, de mejorar sus rendimientos. No obstante, el alto estrés
mecánico causado por su alta variación volumétrica durante los ciclos de carga y
descarga sumado a su baja conductividad eléctrica viene siendo un impedimento
para su amplio uso. Por tal motivo, los composites a base de silicio son estudiados
en esta tesis con el fin de mejorar su viabilidad comercial.
Este trabajo de investigación se enfoca en la síntesis de composites MXeno Ti3C2 -
silicio como ánodos para baterías de iones de litio así como su caracterización
electroquímica. El MXeno Ti3C2 es un material dos dimensional cuya buena
resistencia mecánica y conductividad pueden aportar a solucionar los problemas de
los ánodos de Si. La caracterización de los materiales de partida (partículas de Si y
MXeno Ti3C2) consistió en el estudio de su morfología por microscopía electrónica
de barrido (SEM), distribución de tamaños por dispersión dinámica de luz (DLS),
composición química por espectroscopia de energía dispersiva (EDS) y
microestructura por difracción de rayos X (XRD). Distintas composiciones de
materiales de electrodo fueron preparados mediante una suspensión aplicada sobre
una lámina de cobre por la técnica del recubrimiento con cuchilla y caracterizados
mediante microscopia óptica y SEM. Asimismo, se prepararon semiceldas con
dichos electrodos para ser sometidos a ciclos de carga y descarga a distintas
corrientes. Los procesos electroquímicos fueron estudiados mediante
espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS).
Los resultados revelaron que la adición de partículas de Ti3C2 promueve que los
electrodos puedan alcanzar el 80% y 89% de su capacidad teórica cuando el Ti3C2
representa el 20% y 40% de la masa del material activo del electrodo,
respectivamente, en comparación al 56% alcanzado por el electrodo de Si puro.
Esta mejora es explicada por una reducción de la resistencia a la transferencia de
carga observada en los resultados de EIS. Finalmente, el electrodo con 20 % en
peso de Ti3C2 (640 mAh/g) obtuvo la mejor capacidad específica tras 100 ciclos de
carga y descarga, por encima de lo obtenido por el electrodo de Si puro (572 mAh/g). / Silicon (Si) is considered one of the candidates to replace graphite in lithium-ion
battery anodes due to its ability to store more energy and thus improve their
performance. However, the high mechanical stress of pure silicon, caused by its high
volumetric change during charge and discharge cycles, together with its low
electrical conductivity have been an impediment to its wide use. Silicon-based
composites are, therefore, studied in this thesis to improve their commercial viability.
This research work focuses on the synthesis of Ti3C2 MXene-silicon composites as
anodes for lithium-ion batteries and their electrochemical characterization. Ti3C2
MXene is a two-dimensional material whose good mechanical strength and
conductivity can contribute to solving the problems of Si anodes. The
characterization of the starting materials (Si and Ti3C2 MXene particles) consisted of
the study of their morphology by scanning electron microscopy (SEM), size
distribution by dynamic light scattering (DLS), chemical composition by energy
dispersive spectroscopy (EDS) and microstructure by X-ray diffraction (XRD).
Electrodes of different compositions were prepared using a slurry mixture deposited
by blade coating technique onto a copper foil and characterized by optical
microscopy and SEM. Also, half cells were prepared with these electrodes and
subjected to charge-discharge cycles at different currents. Additionally, the
electrochemical processes were studied by electrochemical impedance
spectroscopy (EIS).
The results revealed that the addition of Ti3C2 promotes that the electrodes can
reach 80% and 89% of their theoretical capacity when Ti3C2 represents 20% and
40% of active material mass, respectively, compared to 56% achieved by the pure
Si electrode. This improvement is explained by a reduction of the charge transfer
resistance observed in the EIS results. Finally, the electrode with 80 wt.% Si and 20
wt.% Ti3C2 (640 mAh/g) obtained the best specific capacity after 100
charge/discharge cycles, above that obtained by the pure Si electrode (572 mAh/g).
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