Sellado hermético del módulo de energía del AUV Ai Apaec

Un pack de celdas 18650, por muy bien ensamblado que esté, no aguanta ni diez segundos de inmersión real si el módulo que lo aloja no está correctamente sellado. La transición del banco de trabajo al agua es donde los proyectos de robótica submarina se ganan o se pierden: una fuga en el módulo de energía no solo destruye las celdas, sino que puede generar un cortocircuito que inutilice el AUV por completo. Tras haber completado la fabricación a medida de nuestro pack de litio 6S8P (proceso que detallamos en nuestro artículo sobre baterías 18650), este artículo documenta el siguiente paso: convertir ese pack en un módulo energético que opera bajo presión.

Este artículo es parte del proyecto AUV Ai Apaec – [ver el proyecto completo].

El módulo de energía del Ai Apaec está compuesto por tres elementos que trabajan en conjunto: el cilindro de aluminio anodizado (el cuerpo estructural), las bridas con O-rings (el sistema de sellado en los extremos) y el conector bulkhead (la interfaz de salida de potencia). Entender la función de cada uno antes del ensamblaje hace el proceso más predecible y los errores menos costosos.

El objetivo de esta fase es garantizar que la energía llegue a los propulsores submarinos y a la electrónica de control sin que una sola gota de agua comprometa la integridad de nuestras celdas.

El contenedor de aluminio: blindaje y gestión térmica

Para el módulo de energía, la elección del material del cilindro tiene implicaciones directas en dos variables críticas: la gestión térmica del pack durante la descarga y la resistencia a la presión hidrostática durante la inmersión.

• Disipación de calor: El aluminio 6061-T6 tiene una conductividad térmica de aproximadamente 167 W/(m·K), frente a los 15 W/(m·K) del acero inoxidable o los 0,2 W/(m·K) del PLA. Cuando los propulsores demandan picos de corriente elevados al pack, la energía térmica generada por las celdas y el BMS se transfiere a través de las paredes del cilindro hacia el agua circundante, que actúa como sumidero térmico pasivo. Es refrigeración líquida gratuita, sin ningún componente activo.
• Resistencia estructural: Cada 10 metros de profundidad equivalen a aproximadamente 1 bar adicional de presión hidrostática. El cilindro de aluminio anodizado que usamos está especificado para 300 metros (30 bar adicionales), lo que proporciona un margen de seguridad amplio respecto a las profundidades de prueba del Ai Apaec. El anodizado, además, genera una capa de óxido de aluminio (Al₂O₃) sobre la superficie que protege contra la corrosión galvánica, un factor relevante si el AUV operará en agua salada.

Sellado hermético del módulo de energía

En robótica submarina, el punto de fallo más frecuente no está en el hardware electrónico sino en las interfases físicas: los puntos donde los cables atraviesan el cilindro, donde las tapas contactan con el cuerpo, donde la presión exterior busca cualquier camino hacia el interior. El sistema de sellado del módulo de energía del Ai Apaec ataca esas tres interfases de forma específica.

Los componentes que resuelven estas interfases son dos: un conector bulkhead para el paso estanco de cables y un sistema de verificación por vacío para certificar la integridad de todos los sellos antes de la primera inmersión.

Conector bulkhead

El punto más vulnerable de cualquier cilindro estanco es la interfaz de salida de cables: el lugar donde la energía eléctrica tiene que cruzar la barrera hermética sin que el agua la siga. Para este módulo, integramos un conector de grado submarino en la tapa de interfaz mediante una rosca con O-ring de cara plana. A diferencia del sellado radial de los O-rings del cilindro, aquí el sello se forma por compresión axial cuando el conector se aprieta contra la tapa. La superficie de contacto tiene que estar perfectamente limpia y sin marcas.

La conexión interna usa una interfaz XT90: soporta hasta 90 amperios de corriente continua, está polarizada para eliminar el riesgo de inversión de polos, y permite desconectar el pack de la tapa en segundos durante el mantenimiento en campo sin necesidad de desoldar nada. En operación, el tiempo que pasas con el módulo abierto es tiempo de exposición al ambiente; una desconexión rápida reduce ese riesgo. Los cables de salida del BMS se conectan a los pines del conector usando esta interfaz, de modo que el pack de baterías puede retirarse del cilindro sin tocar ninguna soldadura.

El segundo componente de la interfaz es un penetrador de pruebas: un fitting roscado que atraviesa la tapa y permite conectar una bomba de vacío al interior del cilindro ya cerrado. No es un elemento permanente en operación — se retira y se sella con un tapón después del test — pero es indispensable para certificar la integridad del sellado antes de cada inmersión.

La prueba consiste en conectar la bomba manual al penetrador y extraer aire hasta alcanzar una presión manométrica negativa de entre −60 y −85 kPa (equivalente a 18–25 inHg en la escala del manómetro). Una vez alcanzado ese nivel, se cierra la válvula de la bomba y se mantiene en observación durante un mínimo de 15 minutos. Una caída de más de 2–3 kPa en ese intervalo indica una fuga activa que debe localizarse y corregirse antes de continuar.

Usar vacío en lugar de presión positiva para la prueba no es arbitrario: ante un fallo de sello, el sistema falla de forma segura — el aire entra al interior en lugar de que haya contenido saliendo a presión. Es el protocolo estándar que usan fabricantes de referencia como Blue Robotics en sus cápsulas para ROV y AUV. En una instalación DIY sin equipamiento especializado, es mucho más prudente que cualquier test de presión positiva: el modo de fallo te da información útil en lugar de un accidente.

Procedimiento de armado

El ensamblaje del módulo de energía no es solo un ejercicio de montaje: cada paso está pensado para garantizar que ningún camino de fuga quede abierto cuando el cilindro entre al agua. El orden importa. A continuación, el paso a paso:

Integración del pack en el tubo de aluminio

El primer paso es alojar el pack de baterías dentro del cilindro de aluminio anodizado. El pack fue diseñado con tolerancias mínimas para lograr un ajuste deslizante: entra con resistencia controlada pero sin necesidad de fuerza, lo que garantiza que no se desplace durante las maniobras del AUV y optimiza la transferencia térmica hacia las paredes del cilindro. Los cables del BMS deben quedar orientados hacia el extremo donde irá la tapa de interfaz — verificar esa orientación antes de insertar el pack, porque corregirla con el pack ya dentro es incómodo.

Preparación de bridas y sellos (O-rings)

En cada extremo del cilindro instalamos las bridas de sellado. La clave está en el tratamiento de los O-rings antes de montarlos:

• Limpieza e inspección: Antes de lubricar, revisar que el O-ring no tenga grietas, deformaciones ni partículas adheridas. Un O-ring dañado no es recuperable con lubricación. Los O-rings de este kit son de nitrilo (NBR) con dureza Shore A 70, el elastómero estándar para sellados estáticos en agua dulce. Si el AUV operará en agua salada, los O-rings de EPDM ofrecen mejor resistencia a los cloruros.
• Lubricación con grasa de silicona: Aplicar una capa fina y uniforme — el acabado correcto es brillante sin exceso de material. La grasa de silicona es el único lubricante compatible con NBR: los aceites minerales y las grasas a base de petróleo hacen que el elastómero se hinche, degradan el sello y provocan microfracturas a medio plazo. Usar solo la cantidad justa; el exceso no mejora el sellado y puede contaminar las superficies de apoyo.

Una vez lubricados, instalamos cada O-ring en su ranura de la brida sin retorcerlo: si se tuerce durante la inserción, hay que extraerlo y volver a colocarlo desde cero. La brida tiene tres ranuras diseñadas para alojar los O-rings y la instalación es directa.

Con los O-rings instalados en las bridas podemos colocar las bridas sobre el cilindro. ¿Necesitas un truco para ponerlas sin que el O-ring se salte de su ranura? Míralo en detalle en el video de nuestro canal de YouTube — nos ayuda muchísimo a seguir adelante con este y otros proyectos.

Sellado hermético: Tapa ciega y tapa de interfaz

Con las bridas en posición, 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. Sin perforaciones, sin puntos de fuga posibles.
• Lado B (Tapa de interfaz): La pieza más compleja del módulo. Cuenta con dos orificios pasantes:
  1. Orificio para conector bulkhead: La salida de potencia hacia el resto del AUV.
  2. Orificio para penetrador de pruebas: Donde conectamos la bomba de vacío durante el test de estanqueidad.

Con las tapas correctamente posicionadas, conectamos los cables del BMS al conector bulkhead a través de la interfaz XT90 y cerramos ambas tapas con los pernos M3 del kit, apretando en patrón de cruz para distribuir la carga de forma uniforme sobre los O-rings. El apriete debe ser firme pero no excesivo: el O-ring no necesita ser aplastado para sellar, y un apriete exagerado puede deformar el elastómero permanentemente.

La prueba de fuego: test de vacío

Con el módulo completamente cerrado, ejecutamos la prueba de vacío. Conectamos la bomba manual al penetrador de la tapa de interfaz y extraemos el aire del interior.

El objetivo es alcanzar entre −60 y −85 kPa de presión manométrica negativa (18–25 inHg en el manómetro). Una vez alcanzado ese nivel, se cierra la válvula de la bomba y se observa durante al menos 15 minutos. Criterio de aprobación: caída de presión menor a 2–3 kPa en ese intervalo. Si la aguja del manómetro baja más rápido, hay una fuga — el primer lugar donde mirar es el O-ring del conector bulkhead, seguido de los O-rings de las bridas y finalmente el propio penetrador de pruebas.

Criterios de aceptación cumplidos

Tras este 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 de NBR lubricados e instalados sin deformaciones en ambas bridas.
• Éxito en prueba de vacío: El módulo mantuvo la presión negativa por encima del umbral de aceptación durante 15 minutos sin fugas detectables.
• Evidencia gráfica: Registro completo del estado sellado y la integración del conector de paso.

Conclusiones y próximos pasos

Cerrar este módulo con éxito es la condición habilitante para todo lo que viene después. Con el pack de baterías blindado dentro de su cilindro sellado, el Ai Apaec tiene su fuente de energía lista para entrar al agua. Los conectores XT90 internos garantizan modularidad para el mantenimiento en campo; la prueba de vacío certifica que los O-rings están correctamente asentados. El siguiente componente que recibe esa energía es el cilindro de electrónica de control, donde la Raspberry Pi y el Pixhawk convierten esa potencia en movimiento coordinado de los propulsores.

El próximo artículo aborda la Historia de Usuario #10: sellado del cilindro de control, donde replicaremos este mismo protocolo de O-rings, bridas y prueba de vacío en el módulo que aloja toda la electrónica de navegación. El nivel de exigencia es idéntico; el margen de error, menor. [ver el proyecto completo]