Escenario Situacional Respiradores

ESCENARIO SITUACIONAL

Arturo Leonel Ramírez Villa - A00572874

EVALUACIÓN ETAPA INICIAL - 25-10-24

ESCENARIO SITUACIONAL

RESUMEN

Plantea la urgencia de producir ventiladores mecánicos en México durante la pandemia debido a la escasez de estos dispositivos en hospitales, especialmente en áreas rurales. La empresa HealthCare busca fabricar un ventilador mecánico portátil, asequible y con un sistema de respaldo energético para uso doméstico o en zonas alejadas con problemas de acceso a energía. El proyecto incluye varios retos de diseño, principalmente la elección de una batería adecuada que permita una autonomía mínima de 8 horas, además de ser comercialmente accesible y de fácil adquisición.Hasta ahora, la empresa ha completado los diseños mecánicos y de interfaz de usuario, pero requiere apoyo especializado en energía para seleccionar la batería óptima, que deberá cumplir con requisitos de tamaño, peso, capacidad y costo-beneficio. El equipo de ingenieros en energía debe realizar una investigación de mercado para evaluar opciones de baterías, mientras analiza la viabilidad económica y operativa para respaldar el sistema.

ARTURO LEONEL RAMÍREZ VILLA

ÍNDICE

Análisis de Requerimientos y Carga Energética

Investigación y Selección de Baterías

Cálculos y Validación Matemática de la Capacidad de Batería

Diseño del Sistema de Respaldo Energético

Pruebas de Funcionamiento y Validación

Aplicación de Ingeniería Civil

Esquemas Visuales

Fórmulas Clave

EVALUACIÓN ETAPA INICIAL IIT

1. Análisis de Requerimientos y Carga Energética

Determinar la potencia y energía necesarias para asegurar el funcionamiento continuo del ventilador por 8 horas en caso de fallo eléctrico.

ARTURO LEONEL RAMÍREZ VILLA

Evaluar el costo por Wh y la durabilidad de las baterías, considerando que el proyecto necesita una solución económica y viable.

2. Investigación y Selección de Baterías

Identificar baterías disponibles comercialmente que cumplan con los requisitos de capacidad, portabilidad, y costo.

EVALUACIÓN INICIAL IIT

1. Baterías de Ion-Litio

Con una capacidad de 100 Ah y un peso moderado, esta batería de ion-litio es muy popular por su durabilidad, alto ciclo de vida (hasta 4000 ciclos) y portabilidad. La batería Renogy proporciona más que suficiente capacidad para el ventilador, con un total de 1200 Wh de energía, superando la autonomía requerida.

2. Baterías de Fosfato de Hierro y Litio

Esta batería de LiFePO4, con capacidad de 100 Ah y densidad energética de 1200 Wh, proporciona una excelente relación entre peso, rendimiento y duración de ciclo, siendo una opción confiable para sistemas de respaldo portátil.

3. Baterías Selladas de Plomo-Ácido

Aunque menos portátil que las de ion-litio, la VMax AGM puede ser una opción si se busca una solución económica. Proporciona alrededor de 1500 Wh, lo cual cumple con el requisito de autonomía.

ESCENARIO SITUACIONAL

3. Cálculos y Validación Matemática de la Capacidad de Batería

Ecuación: Para una batería de 12 V y 746 Wh, la capacidad en amperios-hora (Ah) se calcula como Capacidad (Ah) =Energía (Wh) / Voltaje (V)​Lo que da 62.17 Ah como capacidad mínima requerida.

4. Diseño del Sistema de Respaldo Energético

Configurar y conectar la batería al ventilador mecánico.

EVALUACIÓN INICIAL IIT

5. Pruebas de Funcionamiento y Validación

Evaluar el sistema en funcionamiento, observando el rendimiento del motor y de la batería bajo condiciones simuladas de operación y carga.

ARTURO LEONEL RAMÍREZ VILLA

01

Aplicación en la Ingeniería Civil

02

Infraestructura de Instalación: Diseño de puntos de montaje y soporte estructural para el dispositivo en diferentes ubicaciones (hospitales o domicilios).

Logística para Áreas Rurales: Evaluación de la viabilidad de llevar el equipo a comunidades alejadas, considerando el acceso y las necesidades de transporte e instalación segura.

ARTURO LEONEL RAMÍREZ VILLA

Esquemas Visuales

P otencia = V * I𝐸nergía = 𝑃 × ty Capacidad (Ah) = Energía (Wh) / Voltaje (V) Para calcular potencia, energía, y capacidad de batería.

Fórmulas Clave

ARTURO LEONEL RAMÍREZ VILLAo

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Cálculo de Potencia: Utilizando el motor de 1/8 de HP (caballo de fuerza) y la alimentación de 12 V, podemos calcular la potencia en watts.1 HP = 746 W, entonces 1/8 HP = 93.25 WCálculo de Energía Requerida: La energía (en watt-horas, Wh) se obtiene multiplicando la potencia por el tiempo E = P * tEs decir, para 8 horas, se necesita al menos 746 Wh de energía.

Priorizar baterías de litio por su densidad energética (W/kg), lo cual favorece la portabilidad. La batería debe cumplir o superar los 746 Wh y tener un voltaje cercano a los 12 V para una conexión eficiente.

Carga y Autonomía: Validar la autonomía esperada con un diagrama de cuerpo libre, donde se identifiquen las cargas que debe soportar la batería y se determine su eficiencia en condiciones de uso prolongado.

Diagrama de Flujo de Energía: Crear un diagrama de flujo para la conexión del sistema de energía, incluyendo interruptores automáticos que activen el respaldo cuando detecten una interrupción en la energía de la red.

Pruebas de Carga y Descarga de la Batería: Asegurar que la batería soporte ciclos de carga y descarga de forma segura y eficiente.