Los sensores de presión son equipos esenciales de seguridad y logística en una serie de aplicaciones submarinas. Para el buceo, un profundímetro confiable o un reloj de buceo es crucial para estimar la profundidad de buceo y garantizar un ascenso y descenso seguros.

Históricamente, muchos relojes de buceo y profundímetros han sido diseños analógicos. Los sensores de presión digitales tienen varias ventajas sobre los sensores analógicos y se pueden interconectar fácilmente con computadoras de buceo que combinan información de múltiples sensores.

Un sensor de presión digital constará del elemento sensor; para los sensores de presión, suele ser un elemento piezorresistivo y un transductor para convertir la respuesta del sensor en una señal digital para su procesamiento. Los sensores digitales pueden ser muy compactos, sin partes móviles y se pueden usar en entornos hostiles y corrosivos, incluso en aguas saladas. Los sensores piezorresistivos son particularmente adecuados para mediciones acuáticas ya que tienen pocas restricciones en sus profundidades operativas.¹

Las aplicaciones comunes de tales sensores de presión incluyen boyas de sonar, a veces conocidas como sonoboyas, mediciones de profundidad de tanques y océanos, relojes de buceo y pesca.

Sistemas de sensores de mérito

Merit Sensor Systems es un experto líder en sensores de presión para una serie de aplicaciones, incluido el buceo y el trabajo en agua dulce. Merit Sensor Systems ofrece varios dispositivos de detección diferentes con un tamaño increíblemente pequeño y un consumo de energía ultrabajo. El bajo consumo de energía es esencial para muchas aplicaciones acuáticas remotas, ya que los dispositivos deben funcionar con baterías y requieren una vida útil de muchas horas.

Para boyas de sonar, dispositivos desplegables que usan señales de sonar para ubicar submarinos que pasan y tráfico marítimo o monitorear las condiciones de las mareas, Merit Sensor Systems ha desarrollado sensores de presión que pueden reemplazar la tecnología tradicional de cable/línea. Normalmente, una boya se despliega con un carrete de cable que conecta el dispositivo a un flotador en la superficie y la longitud del cable se usa para estimar la profundidad del dispositivo. Sin embargo, como el océano está en constante movimiento, el desplazamiento del cable suele ser una mala medida de la profundidad debido a las desviaciones laterales del dispositivo mientras está en el agua. En cambio, un sensor de presión puede proporcionar mediciones de profundidad más precisas al medir la presión del agua local.

Para las boyas de sonar, Merit Sensor Systems ofrece una gama de sensores adecuados, incluido el Serie HTS 1510, la Serie TR y, para profundidades operativas más limitadas, la potencia ultrabaja Serie MS. Todos estos son sensores livianos y altamente compactos que se pueden incorporar fácilmente en una variedad de dispositivos y brindan muchas horas de operación continua. La serie HTS pronto también contará con un modo de suspensión para que la vida útil de la batería se pueda preservar aún más.

Todas las series de Merit Sensor Systems son extremadamente compatibles con los medios con una variedad de entornos y condiciones de agua. El Serie MS está relleno de gel para una protección adicional y su diseño compacto significa que se ha utilizado con éxito en relojes de buceo. El Serie MS es una opción asequible con excelente estabilidad en un amplio rango de temperatura y también cumple con RoHS.

Cálculo de profundidad

¿Por qué los sensores de presión funcionan tan bien para recuperar información de profundidad? Como la densidad del agua es constante en la mayoría de los entornos, al igual que la gravedad, la presión bajo el agua es directamente proporcional a la profundidad de inmersión. Con la electrónica integrada para el procesamiento, un sensor de presión puede convertir rápidamente estas lecturas de presión en una medida de la profundidad de inmersión o incluso del nivel local del agua.

Las computadoras de buceo pueden mostrar y procesar una variedad de información de presión, desde los niveles de gas restantes en los tanques de respiración hasta la profundidad de buceo. Algunas computadoras de buceo usarán esto para calcular el tiempo de seguridad restante para una inmersión.

Todas las series de sensores de presión de Merit Sensor Systems pueden integrarse como parte de sistemas digitales, pero la Serie HTS 1510 tiene la opción de proporcionar salidas digitales o analógicas.

Importante para los cálculos de profundidad en vivo, todos los sensores de presión tienen tiempos de inicio de 10 ms en caso de que los dispositivos deban reiniciarse rápidamente. Cada sensor de presión tiene una masa inferior a 2 g, incluida la carcasa protectora y los soportes necesarios, especialmente para aplicaciones de agua salada.

Estos sensores de presión se caracterizan por su potencial para realizar mediciones de alta precisión con derivas de vida útil de solo 0.5 % FS, presión increíblemente baja e histéresis de temperatura. Ya sea que necesite un sensor de presión que pueda mantener los más altos estándares de seguridad para el buceo manual, o un sensor de lectura rápida para monitorear el tanque de agua en línea las 24 horas del día, los 7 días de la semana, Merit Sensor Systems tiene algo que ofrecer.

El Serie HTS 1510, la Serie TR y del Serie MS cada uno tiene diferentes diseños y carcasas para optimizarlos para tareas particulares. La serie MS es un dispositivo cerámico de montaje en superficie. La serie TR totalmente compensada es un monitor de presión de medios directos, diseñado para conectarse y funcionar con dispositivos existentes. La serie HTS1510 es un monitor de presión trasera que se puede montar en superficie e integrar en los tableros de control existentes.

Comuníquese con Merit Sensor Systems hoy mismo para averiguar cómo se pueden integrar sus sensores de presión de última generación en sus dispositivos submarinos.

Referencias:

1. Büttgenbach, S., Constantinou, I., Dietzel, A. y Leester-Schädel, M. (2020). Casos de Estudio en Micromecatrónica. En Casos de Estudio en Micromecatrónica. https://doi.org/10.1007/978-3-662-61320-7

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El aumento de la popularidad y la aceptación de los vehículos eléctricos no se puede expresar simplemente con palabras; uno tiene que mirar los datos. La investigación realizada por el Consejo Internacional de Transporte Limpio (ICCT) en 2017 determinó que las ventas anuales mundiales de vehículos eléctricos estaban aumentando casi a un ritmo exponencial.¹

A finales de 2020, más de 10 millones de coches eléctricos circulaban por las carreteras de todo el mundo.²

Los vehículos eléctricos son atractivos para los compradores por muchas razones: producen menos emisiones, se pueden operar a costos significativamente más bajos y ofrecen mejores perspectivas a largo plazo en comparación con los automóviles que funcionan con gasolina.^3-5

Sin embargo, uno de los mayores desafíos para lograr que más personas se conviertan a los vehículos eléctricos ha sido durante mucho tiempo el alcance limitado que pueden recorrer con una sola carga.⁶ Sin embargo, este obstáculo se está superando poco a poco.

Las mejoras incrementales en la tecnología de baterías van en aumento, y la autonomía máxima de los vehículos eléctricos se amplía con cada avance, lo que hace que la propiedad de vehículos eléctricos sea una opción más viable para una futura generación de conductores.

La importancia de los sistemas de refrigeración en los vehículos eléctricos

Sin embargo, los intentos de mejorar la capacidad de la batería pueden presentar ciertos desafíos. La pregunta principal está relacionada con el enfriamiento. Las baterías generan calor cuando se cargan y descargan. Por lo tanto, cuanta más energía almacene una batería y más rápido se cargue o descargue, más calor tenderá a generar.

Los vehículos que son completamente eléctricos están equipados con un sistema de enfriamiento que mantiene límites de temperatura particulares en la electrónica de potencia y en los paquetes de baterías del vehículo. La función principal del sistema de refrigeración es garantizar que la temperatura de la batería se mantenga dentro de los límites de funcionamiento seguros.

Si la temperatura del paquete de baterías de iones de litio en cualquier celda dada se calienta demasiado, puede provocar una reacción en cadena conocida como fuga térmica, en la que el paquete completo de baterías experimenta una descomposición exotérmica catastrófica.⁷

La prevención del sobrecalentamiento y la fuga térmica es, por supuesto, fundamental. La mayoría de los sistemas de refrigeración de vehículos eléctricos tienen como objetivo mantener los paquetes de baterías a su temperatura de funcionamiento óptima la mayor parte del tiempo.

Por lo general, esto significa una distribución de temperatura casi uniforme en el rango de 15 a 35 °C.⁸ Si se permite que las temperaturas varíen significativamente en todo el paquete o caigan fuera de este rango particular, entonces los tiempos de carga y la eficiencia pueden verse afectados negativamente, lo que resulta en una reducción de la vida útil de la batería.

Tecnologías de refrigeración para vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos emplean varias tecnologías de refrigeración para gestionar la temperatura de los sistemas de energía: aire, aletas y refrigeración líquida.

El enfriamiento por aletas es un mecanismo de enfriamiento pasivo simple y económico que ha demostrado tener éxito en el mundo de la electrónica.

Efectivamente, la construcción de componentes que consumen mucha energía para presentar aletas y crestas en lugar de caras planas aumenta su área de superficie, lo que mejora la velocidad a la que pueden disipar el calor a su entorno.

Sin embargo, las aletas tienen una aplicación limitada en los vehículos eléctricos, ya que pueden aumentar significativamente el peso de los sistemas de potencia.

El enfriamiento por aire, la circulación de aire relativamente frío a través de la superficie de un objeto caliente, es otra tecnología comparativamente simple, ya que lo enfriará más rápidamente.

La refrigeración por aire suele ser rentable y se ha empleado en algunos modelos de automóviles eléctricos (incluidos los primeros modelos del Nissan Leaf). Sin embargo, este sistema puede consumir relativamente mucha energía, y los automóviles que dependen de la refrigeración por aire pueden tener problemas cuando hace calor.⁸

La refrigeración líquida es la forma más eficiente de controlar la temperatura de las baterías y los sistemas de alimentación de los vehículos eléctricos.

La tubería de refrigerante líquido a través de los sistemas de energía facilita la eliminación efectiva del calor y, si bien es comparativamente costosa y compleja, ofrece un control de temperatura más preciso de los sistemas electrónicos y las baterías en los vehículos eléctricos.

A medida que los fabricantes avanzan hacia la instalación de paquetes de baterías de mayor capacidad en los vehículos eléctricos, también aumentan las demandas que estos sistemas de refrigeración deben poder afrontar.

Los sistemas de refrigeración líquida se están volviendo más cruciales y complejos a medida que aumentan las tasas de carga y la capacidad de la batería.^9,10 Los sistemas de refrigeración líquida de los vehículos eléctricos actuales pueden necesitar la subdivisión del sistema de refrigeración en varios circuitos y el intercambio de calor entre el refrigerante de la batería y el refrigerante del sistema de aire acondicionado.

El papel de los sensores de presión en los sistemas de refrigeración EV

La presión es un parámetro clave en el sistema de refrigeración líquida de un vehículo eléctrico. Los sensores de presión son componentes vitales tanto para la retroalimentación para la regulación y optimización del sistema de enfriamiento como para poder detectar la pérdida de presión que podría sugerir una fuga.

A medida que los sistemas de refrigeración líquida crecen en complejidad, la demanda de sensores de presión precisos y robustos para los sistemas de refrigeración EV es ahora mayor que nunca.

Merit Sensor Systems diseña y fabrica una amplia gama de sensores de presión de alto rendimiento apropiados para aplicaciones EV exigentes. Los sensores de la serie TR se han desarrollado para ofrecer mediciones de presión precisas en medios agresivos como gases, aceites y refrigerantes.

Los sensores de presión de la serie TR incorporan una matriz sellada herméticamente que puede tomar medidas de presión desde la parte posterior, donde el medio solo entra en contacto con el sustrato cerámico, el vidrio y la soldadura eutéctica de oro y estaño.

Los sensores de la serie TR también ofrecen detección de presión precisa, confiable y robusta en aplicaciones complejas de sistemas de fluidos EV mientras están clasificados para temperaturas de -40 °C a 150 °C.

Sensores de la serie TVC han sido optimizados para medir presiones medias a altas en gases refrigerantes hasta 2,000 kPa.

Montar el elemento sensor de troquel de silicio en la parte superior de un puerto de presión de cerámica significa que los sensores TVC tienen la capacidad de medir la presión trasera mientras separan los medios de la electrónica interna, ofreciendo mediciones de presión confiables y sólidas (presión de explosión 5x) durante una vida útil prolongada, incluso en medios duros.

Con un sellado simple y conexiones eléctricas, los sensores de presión de las series TR y TVC han sido diseñados para una integración perfecta en tuberías de sistemas de fluidos complejos y conectores rápidos debido al sellado frontal y radial confiable.

Para descubrir más, comuníquese con Merit Sensor Systems y descubra cómo sus sensores de presión ofrecen una serie de ventajas incomparables en los sistemas EV.

Referencias

1. Lutsey, N. y Nicolás, M. Actualización sobre costos de vehículos eléctricos en los Estados Unidos hasta 2030. (2019).
2. Global EV Outlook 2021 – Análisis. IEA https://www.iea.org/reports/global-ev-outlook-2021.
3. ¿Qué tan ecológicos son los autos eléctricos? | Medio ambiente | El guardián.
4. Costos de funcionamiento de los vehículos eléctricos: cuánto cuesta comprar y operar un automóvil eléctrico | Energía OVO. https://www.ovoenergy.com/guides/energy-guides/how-much-does-it-cost-to-charge-and-run-an-electric-car.html, https://www.ovoenergy.com/guides/energy-guides/how-much-does-it-cost-to-charge-and-run-an-electric-car.html.
5. ¿Cuánto tiempo antes de que nos quedemos sin combustibles fósiles? Nuestro mundo en datos https://ourworldindata.org/how-long-before-we-run-out-of-fossil-fuels.
6. Las barreras reales para la adopción de vehículos eléctricos. MIT Sloan https://mitsloan.mit.edu/ideas-made-to-matter/real-barriers-to-electric-vehicle-adoption.
7. Feng, X., Ren, D., He, X. y Ouyang, M. Mitigación de la fuga térmica de las baterías de iones de litio. Joule 4, 743 – 770 (2020).
8. Chen, D., Jiang, J., Kim, G.-H., Yang, C. y Pesaran, A. Comparación de diferentes métodos de enfriamiento para celdas de baterías de iones de litio. Ingeniería Térmica Aplicada 94, 846 – 854 (2016).

10. Diseño de sistemas de refrigeración líquida directa e indirecta para paquetes de baterías de iones de litio de alta capacidad y alta potencia en JSTOR. https://www.jstor.org/stable/26169002.

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