La autonomía de un vehículo submarino depende directamente de la fiabilidad de su almacenamiento energético. Tras haber completado la fabricación a medida de nuestro pack de litio 6S8P (proceso que detallamos en nuestro artículo sobre baterías 18650), el siguiente reto es el sellado hermético del módulo de energía.
En esta etapa, abordamos la Historia de Usuario #09, transformando un componente crítico en un módulo de energía robusto y listo para operar bajo presión.
El objetivo de esta fase es garantizar que la energía llegue a los propulsores y a la electrónica de control sin que una sola gota de agua comprometa la integridad de nuestras celdas recicladas.
Historia de Usuario #9: Sellado hermético del módulo de energía
Como Ingeniero de Diseño, quiero que el cilindro de baterías esté sellado herméticamente y provisto de un conector de paso estanco, para garantizar la máxima seguridad contra el agua y permitir la carga o conexión sin comprometer el sello.
Criterios de aceptación
- El ensamblaje final de la batería dentro del cilindro debe quedar documentado y visible (mostrado en el blog).
- Se debe mostrar evidencia gráfica del cilindro sellado y la integración del conector.
- El conector de paso estanco debe garantizar cero fugas y permitir el paso de energía/señales críticas.
Métricas de gestión
- Valor funcional: 5 (Crítico – Habilita la inmersión).
- Prioridad: 1 (Máxima – Habilita pruebas seguras).
- Estimación: 1 día de montaje y sellado.
- Subsistema Afectado: Cilindro de Baterías.
- Riesgo: Alto (Falla = inundación del módulo).
El contenedor de aluminio: Blindaje y gestión térmica
Para el módulo de energía, la elección del material es vital para garantizar la longevidad de las celdas. Hemos optado por un cilindro de aluminio anodizado, una decisión fundamentada en dos pilares de la ingeniería submarina:
- Disipación de Calor: Las celdas 18650, especialmente al ser sometidas a picos de descarga por los propulsores, generan calor que debe ser evacuado. El aluminio permite que esta energía térmica se transfiera eficientemente desde el pack hacia el agua circundante, actuando como un radiador pasivo.
- Resistencia Estructural: A medida que el AUV desciende, la presión hidrostática aumenta. El aluminio ofrece una excelente relación resistencia-peso, protegiendo el ensamblaje de celdas y el BMS de cualquier deformación mecánica que pudiera comprometer la seguridad.
Tubo de aluminio para AUV
Resiste hasta 300m de profundidad. Componente para vehículos autónomos submarinos.
Sellado hermético del módulo de energía
En el escenario de la robótica submarina, como podría esperarse, uno de los puntos más críticos y que podrían generar fallos catastróficos es impedir el ingreso de agua hacia las baterías o a la electrónica de control.
Por eso es importante que veamos los componentes que nos van a permitir dos cosas:
- Atravesar los límites físicos de los cilindros sin filtraciones y
- probar que hemos realizado un correcto sellado hermético.
Conector bulkhead
El punto más vulnerable de cualquier cilindro estanco es la interfaz de salida de cables. Para este módulo, hemos integrado un conector de grado submarino en la tapa del cilindro, asegurando una transición hermética entre la energía interna y el umbilical externo.
El conector se asegura a la tapa mediante una rosca y un O-ring de nitrilo. La clave aquí es la conexión interna: conectamos los cables de salida del BMS (Battery Management System) a los pines del conector utilizando una interfaz XT90. Esta arquitectura nos permite desacoplar el pack de baterías de la tapa del cilindro de forma rápida, facilitando inspecciones técnicas sin necesidad de desoldar componentes críticos.
Conector submarino
Resiste hasta 1000m de profundidad. Conector impermeable para vehículos autónomos submarinos.
Otro punto importante es probar o demostrar la impermeabilidad del cilindro. En este caso, hemos colocado un penetrador que permite realizar la prueba de vacío. Esta prueba, como su nombre lo indica, consiste en generar un vacío en el interior del cilindro mediante una bomba manual o eléctrica conectada al penetrador de pruebas.
Al extraer el aire, creamos una presión negativa interna que obliga a los O-rings a asentarse con mayor fuerza contra las paredes del cilindro y las tapas. Si el sistema es capaz de mantener este vacío de manera estable durante un periodo determinado (generalmente entre 15 a 30 minutos), podemos certificar que no existen microfiltraciones en las juntas, en el conector de paso o en el penetrador.
Este procedimiento es un estándar de seguridad en la robótica submarina, ya que permite detectar fallos de estanqueidad de forma no destructiva. Es mucho más seguro identificar una fuga mediante una caída presión en el manómetro de la bomba de vacío que descubrirla por una inundación catastrófica del pack de baterías durante la primera inmersión.
Procedimiento de armado
El ensamblaje del módulo de energía no es solo una cuestión de encajar piezas; es un procedimiento diseñado para proteger nuestro pack de celdas 18650 de la presión del océano. A continuación, te muestro el paso a paso:
Integración del pack en el tubo de aluminio
El primer paso consiste en alojar el pack de baterías dentro del cilindro de aluminio anodizado. Este pack fue diseñado con tolerancias mínimas para lograr un ajuste deslizante, lo que facilita el ingreso de la batería, pero también evita que se desplace internamente durante las maniobras del AUV. Este ajuste no solo optimiza el espacio, sino que mejora la transferencia térmica hacia las paredes del cilindro.
Preparación de bridas y sellos (O-rings)
En cada extremo del cilindro instalamos las bridas de sellado. La clave aquí es el tratamiento de los O-rings:
- Limpieza: Inspeccionamos y limpiamos el O-ring para asegurar que no existan partículas o suciedad.
- Lubricación: Aplicamos una capa uniforme de grasa de silicona. La grasa no solo ayuda al sellado, sino que permite que el O-ring se deslice sin torcerse ni pellizcarse durante la inserción, algo crítico para evitar filtraciones de agua.
Bridas de sellado
Brida tórica para sellado de cilindro de aluminio. Pieza para soportar o-rings de sellado hermético.
Luego de que hemos limpiado y lubricado los O-rings (cuidado con ponerle demasiado lubricante, en realidad no hace falta tanto) debemos instalarlos en la brida. La brida tiene tres ranuras diseñadas para alojar los O-rings y la instalación es muy sencilla de realizar.
Una vez que tenemos los o-rings instalados en la brida ya podemos colocar la brida en el cilindro de aluminio. Te muestro la instalación en la siguiente imagen, ¿necesitas un truco para poner las bridas o simplemente ver el proceso en detalle? Mira el video en nuestro canal de YouTube, nos ayuda muchísimo a seguir adelante con este y otros proyectos.
Sellado hermético: Tapa ciega y tapa de interfaz
Para realizar un correcto sellado hermético del módulo de energía, el cilindro se cierra mediante un sistema de doble tapa:
- Lado A (Tapa Ciega): Un sello permanente que cierra uno de los extremos, asegurado mecánicamente a la brida.
- Lado B (Tapa de Conectividad): Esta es la pieza más compleja del módulo. Cuenta con dos orificios pasantes:
- Orificio para conector: Donde instalamos el conector submarino para la salida de potencia.
- Orificio para penetrador de pruebas: Un penetrador por donde conectaremos nuestra bomba de vacío.
Tapa de cilindro hermético del AUV
Tapa de aluminio para cilindro hermético de AUV o vehículo robótico submarino.
El último paso antes de realizar una prueba de sellado (prueba de vacío) es, lógicamente, conectar el XT90 y cerrar el cilindro con las tapas de aluminio usando los pernos M3 que vienen por default en el kit.
La prueba de fuego: test de vacío
Antes de que el AUV toque el agua, realizamos una prueba de vacío. Utilizamos una bomba de vacío conectada al penetrador de la tapa de interfaz para extraer el aire del interior del cilindro.
¿Por qué vacío y no solo presión externa? Si el cilindro mantiene el vacío durante un tiempo prolongado, confirmamos que los sellos y el conector están perfectamente asentados. Es un método de diagnóstico no destructivo fundamental en la robótica submarina.
Criterios de aceptación cumplidos
Tras este riguroso proceso, validamos los hitos de la Historia de Usuario #09:
- Ajuste Mecánico: El pack de baterías se mantiene estable y sin holguras dentro del chasis.
- Integridad de Sellos: O-rings lubricados e instalados sin deformaciones en ambas bridas.
- Éxito en Prueba de Vacío: El módulo mantuvo la presión negativa sin fugas detectables.
- Evidencia Gráfica: Registro del estado sellado y la integración del conector de paso.
Conclusiones y próximos pasos
Cerrar este módulo con éxito significa que el Ai-Apaec ya tiene su «tanque de combustible» blindado y listo. La combinación de conectores XT90 internos para modularidad y un sistema de sellado comprobado por vacío nos da la confianza necesaria para el siguiente paso.
Con el módulo de energía listo y sellado, el escenario está preparado para el cierre del siguiente componente. En nuestro próximo artículo, abordaremos la Historia de Usuario #10: El sellado del cilindro de control, el último paso antes de realizar una prueba de estanqueidad final y la integración en el chasis del Ai-Apaec. ¡Estamos a un paso de la primera prueba en el agua!