Estudios experimentales y teóricos de materiales y su optimización para uso como electrodos de baterías de ión-litio.

El presente proyecto se enmarca en el contexto del desarrollo de vectores de energía, particularmente aquellos destinados a almacenar la energía captada desde fuentes alternativas y sustentables, como son las energías eólica y solar, entre otras. Uno de los vectores de energía actualmente más importante lo constituyen las baterías de ión-Litio, las que por sus características de pequeño tamaño, alta densidad de energía y potencia, y larga ciclabilidad, son ampliamente utilizadas para alimentar todos los dispositivos electrónicos de pequeño tamaño (teléfonos móviles, notebooks, etc.). Este tipo de batería es, hasta el momento, la única que puede satisfacer la demanda de voltaje e intensidad de corriente, junto con bajo peso y volumen, del motor de un vehículo eléctrico, por lo que se espera un gran crecimiento de su demanda cuando comience la consolidación del mercado de este tipo de vehículos. Sin embargo, esto sólo será posible con importantes mejoras en los materiales activos que componen ambos electrodos, ánodo y cátodo, y/o con el desarrollo de nuevos materiales activos, que incrementen aun más la densidad de energía almacenada en dichas batería. En la Universidad Nacional de Córdoba hemos constituido un grupo de trabajo abocado a la investigación y desarrollo de materiales activos para ser utilizados como electrodos en este tipo de baterías, un área de investigación que concentra cada vez más la atención de científicos y tecnólogos en todo el mundo, particularmente, de países líderes del sector de electrónica y automotriz. Entre los objetivos del proyecto se pueden mencionar la intención de desarrollar capacidades científicas y técnicas en aspectos de investigación básica y tecnológica de sistemas electroquímicos de almacenamiento de energía, mediante la instalación de un laboratorio de síntesis, caracterización, investigación y ensayo de materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio. Específicamente, se llevará adelante la preparación y estudio electroquímico de materiales de ánodo en base a diferentes tipos de carbonos, de diferentes compuestos de titanatos de metales alcalinos, y de materiales de cátodo en base a diferentes tipos de compuestos de espinelas de fosfato de M-Litio, donde M puede ser Fe, Mn, Ni, Co o mezclas, y el ensayo posterior de celdas prototipo. La metodología de trabajo a aplicar es la del estado-del-arte a nivel mundial, que consiste en las etapas de síntesis, caracterización y estudio de funcionamiento de diferentes tipos de materiales activos para electrodos (ánodo o cátodo) de baterías de ión-Litio. Los procesos de síntesis comprenderán métodos por vía seca desde precursores adecuados (tratamientos térmicos) o por vía húmeda (hidrotermal, sol-gel). La caracterización física, química, estructural y morfológica abarcará la aplicación de técnicas de análisis de área específica y porosidad por método BET, microscopías SEM y TEM, análisis químico EDX, difracción de rayos X, espectroscopías XPS y Raman, y RMN, entre otras. Los estudios electroquímicos se llevarán a cabo utilizando técnicas potenciodinámicas, de multipulsos de potencial, galvanostáticas a diferentes densidades de corriente, espectroscopía de impedancia electroquímica y de ciclados de carga/descarga. Con la ejecución del proyecto se espera obtener materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio que cumplan con características tales como: alta capacidad de carga, adecuada densidad de potencia, alto grado de ciclabilidad, alto grado de seguridad, alta resistencia al envejecimiento, tanto estático como dinámico, y bajo costo del material. Teniendo en cuenta la inminente crisis en la producción mundial de combustibles fósiles líquidos, la necesidad de mudar la tecnología de vehículos actuales a la de vehículos eléctricos, y la disponibilidad nacional de recursos minerales de litio, la importancia del proyecto es directa para avanzar hacia un desarrollo tecnológico regional propio e independiente.

Análisis y optimización del radio enlace de un sistema RFID y redes de sensores inalámbricos (WSN)

Un sistema inalámbrico en UHF puede ser utilizado tanto para la identificación de productos como para la adquisición de datos. Si se encuadra en la identificación se está refiriendo a sistemas “RFID” y si se encuadra en la adquisición de datos se está en presencia de una “Red de Sensores Inalámbrica”. El presente proyecto pretende desarrollar una plataforma de discusión permanente sobre estas tecnología que permita la optimización de los diferentes estamentos de la red. El proyecto tiene como objetivo general mejorar las prestaciones del vinculo entre los distintos elementos en un sistema RFID (Radio Frecuency Identification) o WSN (Wireless Sensor Network). En tal sentido, se propone en una primer línea de investigación, el desarrollo de un modelo que caracterice una red inalámbrica de sensores en UHF, permitiendo luego simularla bajo distintas condiciones. El objetivo es tener una herramienta con la cual se pueda estudiar y simular el comportamiento de una red con varios nodos. Una segunda línea de trabajo aborda el problema del test para sistemas RFID y WSN, con énfasis en nodos activos y pasivos diseñados con circuitos analógicos y digitales configurables y componentes comerciales. Así, se propone el desarrollo de estrategias de test de bajo consumo y alto desempeño focalizadas en las secciones analógicas, de conversión y digitales configurables del nodo. Los trabajos específicos planteados para responder a los objetivos que se pretenden son: La caracterización y modelado del enlace inalámbrico en UHF; La caracterización y modelado del transceptor en sus distintas etapas; La caracterización y modelado de la red con los distintos nodos; El estudio de nuevos diseños de antenas; El estudio de distintas adaptaciones de la etapa de RF con la antena; El estudio de alternativas de distintas modulaciones de las señales a transmitir; Proponer estrategias de simulación y/o emulación de fallas para sistemas analógicos y digitales que permita la evaluación de las estrategias de test y de los mecanismos de recuperación ante fallas; Evaluar el funcionamiento en laboratorio y en campo de los nodos y el lector

Análisis y optimización de redes inalámbricas de sensores remotos.

El proyecto inicialmente se denominó “Análisis y optimización del radio enlace en un sistema RFID”. A medida que el mismo fue avanzando, principalmente en el desarrollo de 2 planes de doctorado (Proyectos de Tesis Doctoral de Juan Castagnola y Agustín Laprovitta), los objetivos particulares fueron ajustándose a cada uno de estos trabajos. Así pues, los nuevos objetivos planteados para el proyecto son: a) Estudiar, generar modelos, simular e implementar nuevas configuraciones en la etapas de recepción de los transceptores, para lograr mayor alcance con menos potencia; b) Desarrollar metodologías de test para sistemas de redes inalámbricas de sensores, con énfasis en nodos activos y pasivos diseñados con circuitos analógicos y digitales configurables y componentes comerciales; c) Proponer estrategias de test de bajo consumo y alto desempeño focalizadas en las secciones analógicas, de conversión y digitales configurables del nodo. Además de la realización de los trabajos de tesis doctoral mencionados, en el grupo de investigación se encuentran alumnos de la carrera de Ingeniería Electrónica realizando sus trabajos finales de grado, los mismos se orientaron a trabajos de investigación e implementación en el área de las redes inalámbricas de sensores remotos. Los trabajos realizados en el invernadero y en el secadero de embutidos, están orientados también a esta misma temática. Por estos motivos se decidió el cambio en la denominación del proyecto, por: “Análisis y optimización de redes inalámbricas de sensores remotos”.

Estados de cuasi-equilibrio dipolar en fluidos complejos estudiados por relajación y decoherencia en Resonancia Magnética Nuclear

La dinámica molecular colectiva de los cristales líquidos (CL) juega un papel preponderante en la respuesta de estos sistemas ante la aplicación de campos eléctricos y magnéticos externos, por lo que el estudio básico de la dinámica molecular, particularmente de los movimientos correlacionados, es indispensable para el diseño de aplicaciones tecnológicas basadas en CL. Por otra parte, se reconoce que la dinámica molecular colectiva distintiva de las fases ordenadas de fluidos complejos es además una propiedad que controla procesos clave en diversidad de materiales biológicos (funcionalidad y propiedades viscoelásticas de membranas, resistencia al almacenamiento de semillas y alimentos, temperatura de transición vítrea de compuestos de almidón, estabilidad de fases lamelares, etc.). Al presente, la relación entre estos conceptos reclama exhaustivos análisis y técnicas adecuadas para estudiar los movimientos microscópicos en distintas escalas temporales. En este Proyecto de investigación básica proponemos desarrollar y optimizar un conjunto de técnicas de RMN selectivamente aptas para el estudio de la dinámica lenta característica de las fases parcialmente ordenadas, por lo que tendrían aplicación directa en sistemas de interés biológico y tecnológico. Mediante diversas secuencias de pulsos en experimentos de RMN, es posible preparar estados cuánticos de “orden dipolar” en el sistema de espines nucleares, tanto en muestras en fase sólida como en CL. Tales estados de orden, están caracterizados por "cuasi-invariantes" que son observables de espin que relajan lentamente, intercambiando energía con la red que hace las veces de reservorio térmico. En síntesis, una vez creado el orden y establecido el estado de cuasi-equilibrio de cada cuasi-invariante, el sistema se comporta como un sistema termodinámico en contacto térmico con una red. De hecho, con todo rigor, se puede caracterizar el grado de orden por una "temperatura de espin". Además hay evidencia que los cuasi-invariantes dipolares reflejan sensible y selectivamente los movimientos moleculares correlacionados (a diferencia del cuasiinvariante Zeeman o magnetización nuclear). El aspecto distintivo de nuestra propuesta con respecto al estado actual del conocimiento, radica en la provisión de un nuevo parámetro de relajación de protones en cristales líquidos, para lo cual enfocamos las tareas hacia la caracterización de estos cuasiinvariantes, al diseño de técnicas de medición de sus tiempos de relajación y al desarrollo de la teoría que relaciona a éstos con la dinámica molecular. El esquema de trabajo se basa en reconocer que los eventos relevantes en los experimentos de creación-relajación de cuasi-invariantes dipolares ocurren en dos escalas de tiempo: la escala microscópica asociada con la decoherencia de los estados cuánticos y la escala macroscópica en la que se observa la relajación espín-reservorio. Proponemos como hipótesis general que los procesos que gobiernan la decoherencia, determinan también la relajación espin-red. Proponemos un enfoque innovador dentro del campo general de relajación de espin nuclear por RMN: considerar al sistema de espines nucleares como un sistema cuántico abierto multi-spin interactuando con un sistema (también cuántico) no observado. Para incorporar el detalle de la dinámica en escala microscópica en la descripción de la relajación es necesario el estudio experimental de los fenómenos que gobiernan la decoherencia y la relajación. Los resultados esperados en cada uno de esos grupos se interrelacionan, ya que la caracterización de los observables dipolares es un paso indispensable para explotar la potencialidad de la relajación del orden dipolar en presencia de movimientos moleculares correlacionados.

Optimización de Arquitecturas de Procesamiento Digital de Señales en Lógica Programable para Aplicaciones en Vuelos No Tripulados

En dispositivos electrónicos de última generación destinados a funciones de comunicación o control automático, los algoritmos de procesamiento digital de señales trasladados al hardware han ocupado un lugar fundamental. Es decir el estado de arte en el área de las comunicaciones y control puede resumirse en algoritmos basados en procesamiento digital de señales. Las implementaciones digitales de estos algoritmos han sido estudiadas en áreas de la informática desde hace tiempo. Sin embargo, aunque el incremento en la complejidad de los algoritmos modernos permite alcanzar desempeños atractivos en aplicaciones específicas, a su vez impone restricciones en la velocidad de operación que han motivado el diseño directamente en hardware de arquitecturas para alto rendimiento. En este contexto, los circuitos electrónicos basados en lógica programable, principalmente los basados en FPGA (Field-Programmable Gate Array), permiten obtener medidas de desempeño altamente confiables que proporcionan el acercamiento necesario hacia el diseño electrónico de circuitos para aplicaciones específicas “ASIC-VLSI” (Application Specific Integrated Circuit - Very Large Scale Integration). En este proyecto se analiza el diseño y la implementación de aquitecturas electrónicas para el procesamiento digital de señales, con el objeto de obtener medidas reales sobre el comportamiento del canal inalámbrico y su influencia sobre la estimación y el control de trayectoria en vehículos aéreos no tripulados (UAV, Unmanned Aerial Vehicle). Para esto se propone analizar un dispositivo híbrido basado en microcontroladores y circuitos FPGA y sobre este mismo dispositivo implementar mediante algoritmo un control de trayectoria que permita mantener un punto fijo en el centro del cuadro de una cámara de video a bordo de un UAV, que sea eficiente en términos de velocidad de operación, dimensiones y consumo de energía.

Fallas por radiación en ci y sistemas tolerantes a fallas en tecnologías nanométricas.

En este proyecto se propone: 1- Formular y analizar los problemas actuales en las técnicas de inyección de fallas para estimar SER (Single Event Response) en los circuitos integrados, aplicandolas luego para evaluar la tolerancia a fallos de diferentes circuitos integrados analógicos/digitales. El objetivo general que se persigue es proporcionar una solución que permita realizar, de forma rápida, eficaz y a bajo costo, la inyección de fallos en los circuitos analógicos y digitales. 2- Estudiar una aproximación no intrusita de detección de fallos en CI, combinando técnicas de hardware y software para detectar errores transitorios en circuitos analógicos y digitales. Este tipo de fallos transitorios tienen una influencia importante en sistemas de microprocesadores, que afectan al flujo de datos y a la etapa de control. Con el fin de proteger el sistema, un módulo de hardware orientado a la aplicación se generará automáticamente, reconfigurándose en el sistema durante el tiempo de ejecución. Cuando se combina esto con técnicas de tolerancia a fallas basadas en programación (Software), esta solución ofrece una protección total del sistema contra fallos transitorios. La campaña de inyección de fallas se planea realizar en un microprocesador MIPS, ejecutando algún programa de evaluación, con ayuda de una plataforma genérica y versátil desarrollada en TIMA (Francia). 3- Comparar los resultados obtenidos del estudio de las técnicas de inyección con los resultados experimentales, a partir de ensayos de radiación (aceleradores de partículas, micro rayos, etc.) al exponer a los circuitos a posibles fuentes de fallas.

Brazo Humano Robotizado

El proyecto es el desarrollo de un manipulador de 8 grados de libertad, su optimización para lograr mayor similitud al brazo humano y poder estudiar su comportamiento y factibilidad de imitar el comportamiento del brazo humano. Con el diseño optimizado en CATIA y la construcción del prototipo se iniciará el modelado de las ecuaciones de movimiento y su simulación en la computadora, se iniciará con la simulación del modelo 3D en tiempo real que contará con un ambiente virtual desarrollado en CATIA de donde será obtenida la información de los movimientos a realizar por el brazo para ser aplicadas luego en un ambiente real similar. Finalmente se procederá al ensamblado de todos los componentes mecánicos y electrónicos para el inicio de las pruebas de laboratorio y sus ensayos de funcionamiento y testeos de acuerdo a los requerimientos previstos. El brazo humano estará diseñado con una mano de dos dedos que pueda tomar objetos.

Manipulador Robótico (Similar a brazo Humano)

El proyecto ROBOT-01 propone la construcción de un manipulador de 7 grados de libertad, aplicando las mas modernas técnicas de Simulación, diseño, CAD-3D, materiales compuestos, construcción de micro-mecánica, electrónica y software. Con el diseño detallado finalizado en CATIA se iniciará el modelado de las ecuaciones de movimiento y su simulación en la computadora, la construcción de los componentes mecánicos que serán realizados en empresas locales, se iniciara con las pruebas de los componentes electrónicos drivers de motores y de sistemas de control con sensores y de la interface con una PC que será la que controlará los componentes electrónicos y de simulación del modelo 3D en tiempo real. Finalmente se procederá al ensamblado de todos los componentes mecánicos y electrónicos para el inicio de las pruebas de laboratorio y sus ensayos de funcionamiento y testeos de acuerdo a los requerimientos previstos. El brazo manipulador estará diseñado para ser continuado o asociado con una mano robótica y con una base móvil autónoma, las que serán encaradas en proyectos futuros, o con interacción con otros grupos de investigación similares de otras Universidades.

Estudio, diseño e implementación de un circuito integrado de aplicación específica para registradores en cadenas de frío

Uno de los factores que afectan seriamente la calidad de los productos lácteos es la continuidad de la cadena de frío desde que los mismos salen de la planta hasta que es vendido a los consumidores. El aseguramiento de la antes citada cadena es particularmente importante en la etapa de transporte debido a los períodos muchas veces prolongados que deben transcurrir hasta la llegada de los productos a los centros de consumo, correspondiendo esta responsabilidad a las empresas de transporte. De la importancia de la etapa de transporte se deduce el interés de las industrias de auditar de alguna forma a las empresas encargadas del mismo, de al forma de garantizar la continuidad de la cadena del frío, ya que de llegar a consumirse un producto en mal estado, la productora de lácteos sufriría serios problemas de imagen ante los consumidores que se traducirían en dificultades a la hora de intentar posicionar sus productos en el mercado. De aquí la importancia de control de los transportistas, siendo absolutamente necesario disponer de equipamiento que permita efectuarlo. Dicho equipamiento deberá ser de bajo costo, debido fundamentalmente a la gran cantidad de unidades a controlar, de bajo consumo, totalmente independiente de las instalaciones del equipo de transporte, fácilmente programable y utilizable, de gran confiabilidad, y por sobre todo totalmente inviolable de tal forma de evitar la alteración de los datos contenidos en el sistema. (...) (...) El presente proyecto tiene por objetivo el desarrollo, simulación e implementación de un Circuito Integrado de Aplicación Específica (ASIC), que logre reunir en un solo circuito integrado toda la electrónica asociada a un registrador de temperaturas para control de continuidad de cadenas de frío. Dicho desarrollo se llevará a cabo mediante la utilización de técnicas microelectrónicas que permiten el diseño del ASIC mediante programas de Diseño Asistido por Computadora, su simulación lógica-temporal mediante simuladores eléctricos y finalmente la obtención de las máscaras de fabricación del circuito integrado para su posterior fabricación en el extranjero. (...) Específicamente, durante el período para el cual se solicita el apoyo, se deberán superar las etapas de diseño, simulación, extracción de componentes parásitos del layout, resimulación y obtención del circuito integrado mediante gestión de fabricación en el extranjero. Dicho prototipo deberá ser evaluado para determinar la perfomance del mismo y establecer sus especificaciones. Con posterioridad se construirán tres instrumentos prototipos para su evaluación mediante pruebas en funcionamiento real.

Analisis De Mercados De Energía Eléctrica Competitivos Con Participación De Energía Eólica. Competitive Electricity Markets Analisis with Wind Power Generation.

La utilización de energía eólica es un hecho cada vez más común en nuestro mundo como respuesta a mitigar el creciente aumento de demanda de energía, los aumentos constantes de precio, la escasez de combustibles fósiles y los impactos del cambio climático, los que son cada día más evidentes.Consecuentemente, el interés por la participación de esta nueva forma de generación de energía en sistema eléctrico de potencia ha aumentado considerablemente en los últimos años. La incorporación de generación de origen eólico en el sistema eléctrico de potencia requiere de un análisis detallado del sistema eléctrico en su conjunto, considerando la interacción entre parques y unidades de generación eólica, plantas de generación convencional y el sistema eléctrico de potencia. La integración de generación de origen renovable en el sistema eléctrico de potencia convencional presenta nuevos desafíos los que pueden ser atribuidos a características propias de este tipo de generación, por ejemplo la fluctuación de energía debido a la naturaleza variable del viento, la naturaleza distribuida de la generación eólica y las características constructivas y método de conexión de los distintos modelos de turbinas eólicas al sistema.La finalidad de este proyecto de investigación consiste en investigar el impacto sobre un mercado de sistema eléctrico competitivo causado por el agregado de generación de origen eolico. Como punto de partida se pretende realizar modelos de plantas de generacion eolica para luego incorporarlos a los modelos de sistemas eléctricos y realizar estudios de de despacho económico, flujo de cargas, análisis transitorio y estudios dinámicos del sistema.

Sistemas eléctricos de potencia: Análisis de funcionamiento, compatibilidad electromagnética y calidad de servicio

En años recientes se han producido en todo el mundo importantes reformas institucionales y organizativas de los grandes sistemas de interconexión eléctrica, introduciendo elementos económicos de mercado para la formación de precios de la energía eléctrica y para la remuneración de su transporte. Estas reformas hicieron que las empresas de energía eléctrica produjeran energía de mayor calidad y a menor precio, minimizando costos de operación y retrasando inversiones para la expansión las redes. El despacho de las plantas generadoras en la forma más económica es el modo más importante de reducir los costos; los estudios de estabilidad de tensión de sistemas que operan cercanos a los límites técnicos es el modo de optimizar la utilización de las redes y minimizar las inversiones. La planificación de la operación del Sistema Argentino de Interconexión (SADI), tiene como objetivo minimizar el valor esperado sobre las hidrologías del costo de operación más falla del parque generador. (...) El SADI posee un inusual despliegue geográfico de su trazado, con grandes centrales eléctricas muy alejadas de los principales centros de consumo. Esta característica, sumada al hecho del constante incremento de la potencia transmitida, hace que sea susceptible a sufrir fallas tales como el colapso de las áreas más comprometidas o del sistema completo (black-out). El estudio de las posibles condiciones de colapso de tensión es la forma más adecuada de prevenir este tipo de evento que originarían cuantiosas pérdidas para las empresas de energía y para la industria nacional. El objetivo del presente proyecto es indagar en la aplicación de técnicas: a) De optimización evolutiva para resolver el problema del DE del SADI, comparándolas con los desarrollos actualmente utilizados. b) Para el diagnóstico de un posible colapso de tensión en el sistema y las medidas a aplicar para que tal evento no se produzca.