Diseño de vehículo aéreo no tripulado para inspección y monitoreo en plantas nucleares.
Una de las motivaciones fundamentales de los desarrollos robóticos es su uso en ambientes peligrosos para los seres humanos. Un area de aplicación importante es la industria nuclear, en particular en la respuesta a accidentes. Luego de los incidentes de Chernobyl y Fukushima, una rama de la robót...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2014
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/477/1/1Bachfischer.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Una de las motivaciones fundamentales de los desarrollos robóticos es su uso en
ambientes peligrosos para los seres humanos. Un area de aplicación importante es la
industria nuclear, en particular en la respuesta a accidentes. Luego de los incidentes de
Chernobyl y Fukushima, una rama de la robótica que cobró signicativo impulso es el
diseño y construcción de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANTs) para la realización
de tareas de inspección y sensado de radiación en lugares accidentados. De esta forma,
se reduce la exposición humana en las tareas de neutralización.
A causa de la radiación, tanto los materiales estructurales como los de electrónica
y de propulsión, sufren un desgaste que puede generar la falla parcial o íntegra del
vehículo. Para subsanar esto, se debe realizar un ordenamiento espacial de los componentes
del VANT (electrónica, sensores, fuente de alimentación, propulsores) y la
protección de dichas partes mediante un blindaje adecuado a la radiación incidente.
Analizando un escenario semejante al del accidente de Fukushima Daichii en Japon,
se propuso el diseño del blindaje para proteger las zonas vitales del aparato para una
vida útil de 25 hs (300 vuelos de 5 minutos) absorbiendo una dosis de 10 Gy. Para
ello se investigaron las dosis aceptables para el funcionamiento de cada uno de los
componentes, y se calcularon los materiales y espesores de blindaje necesario.
Mediante un método iterativo, se encontro un diseño de hexacóptero que cumple
con los requisitos impuestos.
A causa del peso extra del blindaje, el VANT se diseñó para generar una fuerza
de empuje mayor a los 12000 g, para tener un vuelo controlado y estable durante un
recorrido alrededor del reactor accidentado.
Para verificar el diseño del VANT, se comenzó la construcción de un prototipo capaz
de levantar el blindaje calculado de 3,4 kg y una carga util adicional de 2 kg. Para ello,
se caracterizó uno de los motores, obteniendo un empuje máximo de hasta (2700±200)
g por propulsor.
Se encontró una relación entre el empuje aplicado al VANT y su duración aproximada
de vuelo; útil para estimar la distancia máxima al variar el peso del vehículo
(agregando blindaje u otra carga).
Haciendo una simulación de los empujes aplicados durante un vuelo promedio al
hexacóptero sin blindaje, se obtuvo que éste tendría un rango de 5,1 km.
Se construyó la estructura diseñada (mediante ecuaciones analíticas y por método
de elementos finitos) que soportara hasta 18 kg de empuje total.
Con modelos de VANTs posteriores al 2013 que satisfacen los requisitos anteriormente
dichos, se realizó una comparación de precios, siendo el construido hasta 8 veces
más económico y de origen nacional. |
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