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143 Characterization of a propulsion system applied in precision agriculture Caracterización de un sistema propulsor aplicado en agricultura de precisión Daniel Mejía 1 , Rafael Cerpa 2 , Lina Toro 3 1 dfmejia(AT)academia.usbbog.edu.co, 2 rcerpa(AT)usbbog.edu.co, 3 ltoro(AT)academia.usbbog.edu.co Universidad de San Buenaventura. Bogotá – Colombia Artículo de Investigación Abstract The aim of the research is to characterize a propulsion system applied in UAV applied in precision agriculture. It is important to understand the economic impact Colombian agriculture; in certain areas of the country, it is even greater because this is the main economic activity, it is the case of the eastern plains, and this is why the whole agricultural sector has been looking for a method to help to improve the production, quality and profitability of crops; "precision agriculture" is the use of technology to obtain information to adequate and manage the soil and crops, having in mind the variability within a batch, this information is obtained through a specialized analysis of different images captured by a specific camera mounted in a unmanned multirotor. The present article will present the selection process of the propulsion system for an unmanned multirotor, in order to fulfill the needs of the farm to be analyzed, making sure it is not oversized. Keywords: Precision farming, experimental methods, propulsion system. Resumen El propósito de esta investigación es caracterizar un sistema propulsor usado en un UAV aplicado en agricultura de precisión. Es importante entender el impacto que tiene la agricultura en la economía de un país como Colombia, adicionalmente en ciertas áreas del mismo es aún mayor debido a que es la principal actividad económica, es este el caso de los llanos orientales, y es por esto que todo el sector agrícola ha estado en busca de un método que ayude a mejorar la producción, calidad y rentabilidad de los cultivos; la "agricultura de precisión" es el uso de la tecnología para obtener información y adecuar el manejo de suelos y cultivos a la variabilidad presente dentro de un lote, esta información se obtiene por medio de un análisis especializado de diferentes imágenes captadas por una determinada cámara fotográfica que será soportada por un multirrotor no tripulado. Este artículo presenta el proceso de selección del sistema propulsor de un multirrotor no tripulado, que responda a las necesidades del cultivo a analizar, sin estar sobredimensionado. Palabras clave: Agricultura de precisión, métodos experimentales, sistema de propulsión. © 2016. IAI All rights reserved Citación Mejía, D., Cerpa, R. and Toro, L. 2016. Caracterización de un sistema propulsor aplicado en agricultura de precisión. Actas de Ingeniería 2, 143-149. Actas de Ingeniería Vol. 2, pp. 143-149, 2016 http://fundacioniai.org/actas

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Characterization of a propulsion system applied in precision agriculture

Caracterización de un sistema propulsor aplicado en agricultura de precisión

Daniel Mejía1, Rafael Cerpa2, Lina Toro3 1dfmejia(AT)academia.usbbog.edu.co, 2rcerpa(AT)usbbog.edu.co, 3ltoro(AT)academia.usbbog.edu.co

Universidad de San Buenaventura. Bogotá – Colombia

Artículo de Investigación

Abstract The aim of the research is to characterize a propulsion system applied in UAV applied in precision agriculture. It is important to understand the economic impact Colombian agriculture; in certain areas of the country, it is even greater because this is the main economic activity, it is the case of the eastern plains, and this is why the whole agricultural sector has been looking for a method to help to improve the production, quality and profitability of crops; "precision agriculture" is the use of technology to obtain information to adequate and manage the soil and crops, having in mind the variability within a batch, this information is obtained through a specialized analysis of different images captured by a specific camera mounted in a unmanned multirotor. The present article will present the selection process of the propulsion system for an unmanned multirotor, in order to fulfill the needs of the farm to be analyzed, making sure it is not oversized.

Keywords: Precision farming, experimental methods, propulsion system.

Resumen El propósito de esta investigación es caracterizar un sistema propulsor usado en un UAV aplicado en agricultura de precisión. Es importante entender el impacto que tiene la agricultura en la economía de un país como Colombia, adicionalmente en ciertas áreas del mismo es aún mayor debido a que es la principal actividad económica, es este el caso de los llanos orientales, y es por esto que todo el sector agrícola ha estado en busca de un método que ayude a mejorar la producción, calidad y rentabilidad de los cultivos; la "agricultura de precisión" es el uso de la tecnología para obtener información y adecuar el manejo de suelos y cultivos a la variabilidad presente dentro de un lote, esta información se obtiene por medio de un análisis especializado de diferentes imágenes captadas por una determinada cámara fotográfica que será soportada por un multirrotor no tripulado. Este artículo presenta el proceso de selección del sistema propulsor de un multirrotor no tripulado, que responda a las necesidades del cultivo a analizar, sin estar sobredimensionado.

Palabras clave: Agricultura de precisión, métodos experimentales, sistema de propulsión.

© 2016. IAI All rights reserved

Citación Mejía, D., Cerpa, R. and Toro, L. 2016. Caracterización de un sistema propulsor aplicado en agricultura de precisión. Actas de Ingeniería 2, 143-149.

Actas de Ingeniería Vol. 2, pp. 143-149, 2016

http://fundacioniai.org/actas

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1. Introducción

La agricultura satisface una necesidad primordial del ser humano: la alimentación y sostenimiento, por lo que se convierte en una de las principales actividades económicas en un país, como Colombia, que cuenta con todos los pisos térmicos durante todas las épocas del año [1]. Esta importancia se ve reflejada en la inversión que se ha hecho en investigación tecnológica y, según Fedesarrollo [2], el gasto en investigación se utiliza como el indicador principal de la importancia que se le otorga a dicha actividad. La medida utilizada usualmente es la intensidad del gasto en investigación y transferencia de tecnología con relación al PIB del país en referencia. En Colombia, dicho indicador, en el período 2002-2012, fue de 0,6% en promedio. Aunque parece ser un numero bajo, en los últimos años ha sido el más creciente en referencia a la inversión en tecnología. En estos valores se refleja cómo se ha incrementado las investigaciones a mercados específicos y el peso que tienen hoy en la economía de un país. Anteriormente, la inversión en tecnología estaba direccionada a las grandes empresas productoras agrícolas [3] y se ha visto la necesidad de aplicarlos también a los productores pequeños y medianos, porque, según cifras de la Vicepresidencia de la República, 17.670 propietarios son dueños del 64% de todas las parcelas rurales existentes [4].

De acuerdo con la necesidad existente, las aeronaves remotamente tripuladas con fines agrícolas son una de las respuestas para aumentar la eficiencia de los cultivos, es por eso que en este proyecto se presenta la selección de la planta motriz de una plataforma multi-rrotor no-tripulada para aplicaciones en agricultura de precisión, en terrenos que oscilen entre 5-40 hectáreas. Esta selección se hace con el propósito de determinar cuánto tiempo estará en vuelo el multi-rrotor a una altura entre 30 y 120 metros, seleccionada por la resolución espectral que se desea obtener en el fotograma. Asimismo, se requiere determinar la cobertura por unidad de área por vuelo, para encontrar la cantidad de vuelos necesarios para cubrir la totalidad del cultivo a analizar.

El proyecto se desarrollará en los llanos orientales de Colombia (altitud promedio 365m snm) [5], en el cultivo de un productor ubicado en la categoría de pequeño y mediano empresario, aunque las pruebas son realizadas en Bogotá (altitud promedio 2625m snm) [6], bajo condiciones más críticas, lo que agrega un factor de seguridad al producto, en caso de que sea utilizado en una ubicación diferente a la planteada.

El sistema propulsor para suplir la necesidad se debe analizar desde diferentes puntos de vista, teniendo en cuenta la necesidad del cultivo y la del cliente, y la capacidad necesaria y los costos. Además, puede ser tan pequeño y económico que no genere la suficiente potencia para levantar el multi-rrotor, o no lo pueda sostener el tiempo necesario en el aire, es decir, que no cumpla correctamente su función; o puede ser tan grande y costoso que mantenga al multi-rrotor en el aire una cantidad de tiempo innecesaria. De aquí surge la necesidad de seleccionar correctamente la planta motriz a utilizar, teniendo en cuenta las necesidades específicas del sector agrícola objetivo y el poder adquisitivo de este tipo de clientes. Por lo tanto, la plataforma multi-rrotor

busca ser una solución a la necesidad y no un gasto más en la producción.

2. Experimentación

2.1 Variables y Métodos experimentales

El análisis se realiza con un motor de tipo eléctrico y, para determinar la cantidad de pruebas necesarias para obtener datos de empuje, consumo de corriente y voltaje, se analizaron los diferentes métodos experimentales: comparativos simples, con un solo factor, análisis de varianza, bloques aleatorizados, cuadrados latinos, diseño relacionados y diseño factorial 2𝑘 . Al final se determinó que el más adecuado era el método experimental 2k, debido a que es una experimentación que tiene como objetivo, medir la influencia de los factores k a lo largo de un proceso y, además, demostrar si hay interacción entre ellos. Con este método se puede obtener la información necesaria con menos cantidad de pruebas [7].

Para la experimentación se tienen 3 factores k que pueden influir en el resultado de la obtención de datos: temperatura, presión y humedad relativa, que varían debido a que las pruebas se tomaron en un lapso de alrededor de dos semanas, mientras cada día y hora las condiciones climáticas cambian, afectando los resultados de las pruebas. Las variables son independientes, porque la viscosidad y la densidad dependen de alguna de ellas, por lo que se cuentan como factores k (ecuación (1)).

2k = No. de prueba (1)

Reemplazando los valores se obtiene: 23 = 8

De acuerdo con este resultado se determina realizar 8 pruebas para cada régimen de vuelo, que, en este caso, son potencia mínima, potencia media, potencia máxima y empuje constante. Luego se procede a un análisis detallado de los resultados, donde se debe realizar un promedio de los diferentes datos obtenidos, tal como lo muestra la Tabla 1. Es necesario aclarar que los resultados incluyen la variación del clima.

Tabla 1. Método de promedio

Promedios 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 6 + 7 + 8 +

3. Descripción del proceso

El sistema de propulsión está conformado con un motor eléctrico Tarot 4114 (Figura 1 y Tabla 2) y una hélice Tarot 1555 (Figura 2 y Tabla 3) recomendada por el fabricante de la planta motriz, una batería Storm tipo LiPo de 22.2V con capacidad de 5000 a 5300 mAh y 6S, y un controlador de velocidades HobbyWing de 40a. El ensamble de estos elementos es recomendado para aeronaves no-tripulas que oscilen entre los 4 y 6 kg. Además, los motores fueron diseñados especialmente para el peso de una carga como el de una cámara Digital Single Lens Reflex (DSLR), conocida como Reflex porque utiliza un sistema de espejos que refleja la imagen del

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objetivo hacia el visor y, cuando se oprime el botón de obturación, el espejo gira y deja pasar la luz hacia el sensor en la cámara [8].

Figura 2. Motor Tarot 4114 [9]

Tabla 2. Ficha técnica motor Tarot 4114

Diámetro del estator 41 mm Numero de poleas 22 Diámetro 0.31 Voltaje por velocidad 320 RPM/V Resistencia inercial 126 mΩ Peso 148 gr Altura 32 mm Altura total con eje 37 mm

Figura 2. Hélice Tarot 1555 [10]

Tabla 3. Ficha Técnica hélice Tarot 1555

Material Fibra de carbono Diámetro 310 mm Paso 5º

En la Tabla 4 se describen algunos parámetros de rendimiento del ensamble motor-hélice calculados por el fabricante [9].

Tabla 4. Ficha técnica ensamble motor-hélice [9]

Empuje (kg) 1 1.5 2 2.5 Voltaje (V) 25 25 25 25 Corriente (A) 5.2 7.4 11.1 15.1 RPM 4370 5045 5755 6311 g/W 7.69 8.11 7.21 6.62 W/kg 130 123.33 138.75 151

3.1 Banco de pruebas

El banco de pruebas es un prototipo desarrollado por investigadores del grupo de Aerotech para análisis de motores eléctricos con hélices de hasta 23in (60 cm) de diámetro y una capacidad de empuje de hasta 400 N. Está construido sobe un riel de desplazamiento en el eje axial, que permite el movimiento de todo el sistema de sujeción al motor en la cantidad de empuje aplicado, donde el equipo de medición (dinamómetro) queda anclado y refleja la cantidad de movimiento del sistema de sujeción al motor en unidades de Newton.

Este carro horizontal está montado sobre rodamientos lineales guiados por un riel circular de 12 mm (Figuras 4 y 5). El banco fue fabricado en metacrilato de 10 mm de espesor y el soporte del motor en aluminio comercialmente puro [11].

Figura 4. Banco de pruebas [11]

Figura 5. Esquema banco de pruebas

4. Parámetros de medición

4.1 Empuje

Para la medición del empuje se utiliza un dinamómetro digital Imada DS2-100 con capacidad máxima de 50 Kgf a tensión, conectado a una interfaz de adquisición de datos SW1X-V2 con plataforma Winwedge y protocolo de adquisición de datos RS232. Esta interfaz refleja el empuje producido por el motor eléctrico cada segundo, generando una tabla y gráfica con los valores adquiridos en el tiempo (Empuje vs. Tiempo). El control de velocidad se realiza por medio del Servoxciter RF de Vexa Control, que emite manualmente la señal digital en un ancho de 0 a 2, entregada al controlador de velocidades del motor; esta variación en el ancho de banda modifica la velocidad entregada al motor, siendo 0 la menor y 2 la mayor velocidad.

4.2 RPM

La velocidad rotacional de la hélice se capta con un tacómetro foto-reflector Minipa MDT-2238A, que mide el tiempo transcurrido en un giro del motor al incidir un haz de laser a 700 mm de distancia, sobre una marca reflectora en la cabeza rotatoria del motor.

4.3 Voltaje, Amperaje y Potencia

Para estas mediciones se utiliza un multímetro digital conectado entre el controlador de velocidades del motor y la batería de 22.2 V, 5000 mAh y 6C, que energiza todo el sistema. En la pantalla del multímetro se muestran los datos mencionados, en unidades de Voltaje [V], Amperaje [A] y [A/h], Potencia [W] y [W/h], y, por medio de fotos cada 30 segundos, se obtienen y se colectan en tablas de datos.

5. Proceso de medición

El proceso de medición se hace de forma secuencial, inicialmente la batería de 22.2 V, 5000 mAh y 6S, se conecta al motor para energizar el sistema y el multímetro se ubica entre la batería y el motor para obtener los datos de voltaje, potencia y corriente que entrega la batería al sistema. Paralelo a esto se conecta el controlador de velocidades al Vexacontrol, que enviará la señal al controlador de velocidades del motor y determinará el rango de potencia de funcionamiento. Luego se ubica el dinamómetro digital en la parte anterior al sistema de sujeción del motor, conectados

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entre sí con el aditamento de tracción tipo gancho, incluido con el dinamómetro digital. De esta manera se conecta la batería al motor por medio del controlador de velocidades y el dinamómetro digital al sistema de sujeción. Al producir un ancho en la señal entregada por el Vexacontrol al controlador, aumenta la corriente entregada al sistema y entra en funcionamiento.

5.1 Potencia mínima de operación

Para determinar la potencia mínima requerida por el sistema se analizaron las fuerzas en vuelo estacionario, porque en esta condición de vuelo es donde la aeronave va a generar la fuerza necesaria para compensar el peso. Este análisis se realizó por medio de un diagrama de cuerpo libre (Figura 6).

Figura 6. Diagrama de cuerpo libre

Se determinaron las fuerzas totales del sistema, es decir, la masa (estructura, sistemas de control, carga paga) multiplicada por la gravedad, dividida por el número de plantas motrices (6), porque cada motor producirá la misma cantidad de empuje para mantener el sistema en vuelo (ecuación (2)).

𝐸𝑚í𝑛 =𝑚×𝑔

6=

5,72𝑘𝑔×9.81𝑚𝑠2⁄

6= 9,4𝑁 (2)

El máximo empuje es lo producido ampliando el ancho de la señal entregada del Vexacontrol hasta su punto final, es decir, a 2, según pruebas de operación de Emáx = 16,30 N y el empuje medio es el punto intermedio entre el valor máximo y mínimo (ecuación (3)).

Emed =16,30 𝑁+9,4 𝑁

213 N (3)

5.2 Tiempo de descarga de las baterías

En el proceso de obtención de datos un parámetro inicial que se va a determinar es el factor de seguridad para la batería, para lo que se tiene en cuenta los resultados obtenidos en el programa MatLab, en cuánto a base teórica y curvas de descarga experimentales de una batería inicialmente usada. La batería se llevó hasta su punto de descarga máxima, lo que produjo el calentamiento de la misma, generando un desprendimiento de gases internos que dañaron sus celdas y terminaron su vida útil, debido a que es propensa a auto-incinerarse. Con estos datos, junto al grupo de investigación AeroTech, se calculó el factor de seguridad para las baterías en posteriores pruebas. El proceso en Matlab se desarrolla en Simulink en el módulo de baterías, donde inicialmente se ingresan las características de la batería (22.2 V, 5000 mAh y 6C) y se genera la curva de tasa de descarga, variando en cada caso la tasa de la misma. La Figura 7 muestra la descarga a tasa mínima de la batería, especificando las áreas de descarga exponencial y nominal.

Figura 7. Curva de descarga mínima de la batería

(Teórica)

Las curvas de descarga reflejan el comportamiento de la batería en condiciones de máxima, media y mínima potencia (Figura 8), manteniendo constantes las revoluciones por minutos. Basados en el consumo de corriente que tendrían a esas potencias, con estos valores se determina que, en el tiempo de 0 a 5 minutos iniciales de las pruebas, en los 3 casos se evidencia una descarga exponencial en la batería. Por lo que el siguiente tramo de descarga lineal muestra el área nominal que refleja el tiempo de buen funcionamiento de la batería, hasta que empieza su descarga final. Cuando la curva deja de ser lineal y llega a su descarga final, la batería estaría perdiendo sus propiedades de funcionamiento correcto, es decir, al llegar a ese punto debe ser desechada para pruebas futuras.

Figura 8. Curvas de descarga mínima, media y máxima

Los datos obtenidos en Matlab fueron comprobados con las curvas de descarga experimental. En este caso, las baterías se llevaron hasta su punto final de carga a potencia máxima y una tasa de descarga máxima de (13A), donde se obtuvo las curvas de descarga total y real. Al final del experimento las baterías se desecharon, debido a que, al llevarlas a su punto final de descarga, no vuelven a su estado inicial normal (Figura 9).

Figura 9. Curvas de descarga experimentales de las baterías

Después de obtener los datos teóricos y experimentales, se puede concluir que el punto en común, donde la tasa de descarga de la batería está en su área nominal y el tiempo de prueba permite la obtención de datos suficientes para generar la curva de descarga a las diferentes potencias, es de 22V, con lo que se garantiza la vida de la batería y los resultados exitosos de las pruebas.

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6. Resultados después de las pruebas

6.1 Empuje

En la Figura 10 se muestra el comportamiento del empuje en relación con a la corriente en las condiciones del motor a potencia máxima, media y mínima. La corriente que entrega la batería va disminuyendo debido a la pérdida de carga; aunque el ancho de banda entregado por el controlador de velocidades (Vexacontrol) se mantiene constante, esta disminución influye en todo el sistema, debido a que la batería es la que lo energiza (ecuación (4)).

𝑉 = 𝐼 ∗ 𝑅 (4)

Donde I es la corriente, que se ve afectada proporcionalmente a la disminución de carga de la batería [V], pues la resistencia siempre será fija.

Figura 10. Empuje vs Corriente a diferentes regímenes de

potencia

La potencia eléctrica del motor está definida por la ecuación (5). Lo cual se comprueba con las tablas obtenidas, porque en condiciones de máxima potencia la corriente necesaria es mayor, como se observa en Figura 10 en términos de amperios. La potencia máxima está en un rango entre 14A y 12A, potencia media entre 8A y 5A, y potencia mínima entre 6A y 3A (valores aproximados).

𝑃 = 𝑉 ∗ 𝐼 (5)

La Figura 11 muestra el comportamiento del empuje a medida que va incrementando el consumo de corriente a lo largo del tiempo, lo cual tiene relación con la ecuación (5), donde, al despejar la corriente en función del voltaje y la potencia, se obtiene la ecuación (6).

𝐼=𝑃/V (6)

Figura 11. Empuje vs A/h a diferentes regímenes de potencia

Luego de planteada la ecuación (6) se visualiza más claramente los datos obtenidos en la Figura 11 y se puede concluir que, a mayor potencia, menor corriente necesaria en el tiempo. Esto va relacionado a la duración

de la prueba porque a menor empuje, mayor carga eléctrica pasa por los terminales de la batería en el tiempo, debido a que la duración de la prueba es mayor que en el caso de potencia máxima, cuando la batería se descarga en menor tiempo y, al estar descargada, no hay carga eléctrica pasando por los terminales. En la Figura 12, la potencia eléctrica entregada por la batería disminuye debido a su descarga. En esta ocasión, las potencias eléctricas entregadas varían según la potencia mecánica requerida, sea máxima, media o mínima.

Figura 12. Empuje vs Potencia eléctrica a diferentes

regímenes de potencia

6.2 Consumo de corriente

La corriente es un parámetro principal para analizar en el estudio del sistema propulsor, porque a partir de su comportamiento se determinará el del empuje. En la Figura 13 se muestra cómo con el tiempo la corriente va disminuyendo. En la prueba, la potencia que se imprime al motor permanece constante, es decir, no se varía desde el controlador, por lo que la corriente se ve disminuir, debido a que con el tiempo la carga de la batería disminuye y afecta proporcionalmente la corriente.

Figura 13. Corriente vs Tiempo a diferentes regímenes de

potencia

6.3 Consumo de voltaje

En la Figura 14 se observa el comportamiento del voltaje de la batería, con lo que se comprueba que la utilizada está en buenas condiciones, con base en el estudio realizado sobre el tiempo de descarga, en el que se obtuvieron las curvas de Voltaje vs. Tiempo. En este punto de análisis se compara el comportamiento de la potencia requerida por el motor, su variación se muestra en las tres líneas de la Figura 14 en las que, a menor potencia generada por la batería, más tiempo de vuelo, pero su tiempo de descarga aumentará debido a que la corriente que entrega es menor. En la Figura 15 se aprecia el comportamiento de las RPM vs el voltaje consumido.

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Figura 14. Voltaje vs Tiempo a diferentes regímenes de

potencia

Figura 15. RPM vs Voltaje a diferentes regímenes de potencia

6.4 Prueba adicional a empuje constante

La diferencia entre estas pruebas y las anteriores, es que su propósito es mantener constante el empuje producido por el motor, para esto, el controlador se gradúa manualmente para obtener el empuje requerido, de acuerdo con lo que arroja el Dinamómetro digital, y así mantener un empuje constante de 9,4N (potencia mínima de vuelo o potencia para vuelo estacionario). En las Figuras 16, 17 y 18 se observa este comportamiento.

Figura 16. Empuje vs Corriente a potencia constante

Figura 17. Empuje vs Potencia eléctrica a potencia constante

Figura 18. Empuje vs A/h a potencia constante

En el caso de empuje constante y a diferencia de lo obtenido en las pruebas de potencia máxima, mínima y media, las pruebas se realizaron de otra forma, porque aquí se analiza qué parámetro puede ser variable en la ecuación para obtener resultados diferentes, y cuáles simplemente no lo pueden ser. En este proceso se determina que la corriente y la potencia eléctrica podrían no verse afectadas por la disminución del voltaje, es decir, no se verán afectadas por la descarga de la batería. Para mantener el empuje constaste se aumenta el ancho de banda entregado por el controlador de velocidades, lo que contrarresta la disminución de corriente entregada al motor mientras el voltaje disminuye. Con esto se encuentra que el empuje de salida del motor, relacionado directamente con el comportamiento de la corriente y la potencia eléctrica, se puede mantener constante, por lo que es necesario controlar la corriente y potencia eléctrica que entrega la batería, lo que se logra a través del controlador de velocidades.

6.5 Consumo de corriente

En la Figura 19 se establece que, en caso de empuje constante, la corriente se mantiene constante para lograr el resultado, aunque el voltaje continúa disminuyendo por el uso de la batería. Si se controla la corriente entregada, se controla el empuje final producido por el motor, y la corriente se varía manualmente variando el ancho de banda, es decir, la velocidad entregada al motor. A medida que el voltaje disminuye, si el ancho de banda no varía, la corriente disminuye; pero, variando el ancho de banda, es decir, aumentando la velocidad entregada, la corriente aumenta, por lo que, debido a su disminución por el voltaje y su aumento por el ancho de banda, se contrarrestan y se mantiene constante.

Figura 19. Corriente vs Tiempo potencia constante

6.6 Consumo de voltaje

De acuerdo con los resultados de la Figura 20, se puede determinar que el voltaje disminuye sin importar la corriente que la batería esté entregando al sistema; la corriente entregada afecta el tiempo que la batería tarda en descargarse hasta 22V, determinados como factor de

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seguridad de vida de la batería. Esta variación afecta el tiempo máximo de vuelo, de acuerdo con el peso del Hexacoptero, en comparación con las pruebas de potencia máxima, mínima y media. De acuerdo con la duración de éstas, una prueba a potencia mínima con empuje constante, es decir, variando la corriente entregada, su duración es similar a lo que dura la batería con potencia media, sin variar la corriente; asimismo, cuando se varía la corriente, disminuye el tiempo de descarga de la batería.

Figura 20. Voltaje vs Tiempo a potencia constante

A su vez, el voltaje no afecta ni la velocidad angular del motor, ni el empuje del motor; la variación continúa en la corriente y el aumento generado manualmente, que contrarresta la disminución de voltaje, permiten una potencia mecánica (RPM * l) constante (Figura 21). La potencia, como el empuje, están relacionados directamente con la corriente, y son los parámetros principales a tener en cuenta en este proyecto. La prueba de empuje constante refleja que, en el vuelo, este cambio de corriente se estará realizando para tener un vuelo recto y nivelado y a una distancia específica sobre el terreno para capturar las imágenes necesarias.

Figura 21. RPM vs Voltaje a potencia constante

7. Conclusiones

El sector agrícola en Colombia tiene necesidad de aumentar el rendimiento y la rentabilidad de los cultivos, por lo tanto, debe cambiar de alguna manera. Una posibilidad es mediante cambios en la ejecución de procedimientos e implementación de nuevas tecnologías, enfocadas a la agricultura de precisión. En este sentido, los sectores público y privado deben realizar esfuerzos para incentivar la productividad de la tierra en Colombia, con programas de transferencia tecnológica, modernización de maquinaria y financiación. Una falencia hoy, es que los equipos de mecanización que se tienen, en su mayoría, se encuentran obsoletos o sobredimensionados a lo que realmente necesitan los

suelos colombianos. Esto genera desaceleración de la producción o desmotivación de los agricultores pequeños y medianos, que no logran los estándares de producción que esperaban [8].

Mediante la caracterización del sistema propulsor propuesto en este trabajo, es posible ayudar al logro de este objetivo. Se concluye que la aeronave de ala rotatoria USB-Rotor, con una carga máxima de 0.7 kg y operando a una altura de 60 m idealmente, logra un tiempo máximo de vuelo entre 15 y 20 min bajo condiciones atmosféricas de la ciudad de Bogotá. Con esta configuración se obtienen imágenes con resolución de 1.5 cm por pixel, lo que significa que con un vuelo se puede tomar las imágenes necesarias para elaborar un mapeo completo de 3.5 hectáreas, lo que permitiría adquirir información de calidad para un análisis detallado del terreno.

Con la información obtenida se logra un gran avance en el desarrollo de nuevas tecnologías a nivel nacional, porque el sector agrícola podría incrementar su eficiencia para el seguimiento y control de producción de cultivos. Además, se tiene una mayor conservación del terreno y del medio ambiente, un tema importante a nivel mundial.

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