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Pruebas estructurales en aviones

         
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Antes de que la aeronave despegue por primera vez, las cargas esperadas de diferentes situaciones de operación se deben probaren el banco de pruebas. El objetivo es saber exactamente cómo se comportará la estructura de la aeronave en diferentes situaciones y es indispensable descubrir todos los defectos de diseño durante estas pruebas para garantizar la máxima seguridad en la operación.

 

Pruebas estructurales en aviones

Las pruebas de fatiga en aeronaves cubren diversas aplicaciones específicas como son:

  • Pruebas materiales: Dado que en la aviación el peso implica un gasto mayor, los fabricantes buscan mejorar continuamente los materiales utilizados en los nuevos aviones. La tendencia se dirige hacia el uso de materiales compuestos, fabricación aditiva, aleaciones más ligeras y el uso de cerámica. En las pruebas de materiales la carga es aplicada en materiales individuales para probar la elasticidad de estos, estos materiales deberán soportar cargas cíclicas de tensión, compresión, flexión y torsión.
  • Pruebas de componentes: En las pruebas de componentes, las cargas esperadas de múltiples veces la vida útil de la aeronave se aplica a componentes aislados incluyendo puertas, alas, empenaje, etc. Las pruebas de componentes regularmente replican cargas de vuelo reales, lo que garantiza que todos los componentes por sí solos puedan soportar las cargas de por vida esperadas antes de que se ensamble para la prueba de fatiga a escala real.
  • Prueba de fatiga a gran escala: Las pruebas de fatiga a escala real simulan diversas situaciones de funcionamiento típicas de toda la estructura de la aeronave, por ejemplo, aterrizajes, despegues, presurización y despresurización de la cabina. Para estas pruebas, se define un conjunto de tipos de vuelo (rugoso, suave, aterrizaje de emergencia, etc.) y se aplican las cargas esperadas en cada situación. Por lo general, las pruebas duran algunos años para simular varias veces la vida útil de la aeronave.
  • Pruebas de carga definitivas: Las últimas pruebas de carga aplican la carga límite del ala multiplicada por un factor de seguridad, por ejemplo, 1.5 veces la carga máxima que se espera que el ala vea una vez durante toda su vida útil. Durante esta prueba estática, la carga se incrementa en varios pasos pequeños, primero hasta la carga límite y luego hasta la carga máxima. Incluso en ese punto, todos los componentes del ala, incluidos los alerones y las aletas, deben funcionar correctamente.

AVIATEST: mejorando sus pruebas en aviones con QuantumX de HBM

 

       
AVIATEST es el centro de investigación y pruebas de LNK Aerospace y se especializa en pruebas de ensayo de aeronaves (estructuras de aviones, helicópteros y sus agregados). Además de pruebas en equipos de aeropuertos (gatos hidráulicos, llaves de torsión, etc.), así como construcciones de edificios.

Hace varios años AVIATEST utilizaba un sistema desarrollado en la Unión Soviética para llevar a cabo sus pruebas estructurales en el fuselaje de los aviones, pero este sistema solo le permitía realizar mediciones estáticas y cuando la medición de parámetros dinámicos se convirtió en una necesidad AVIATEST tuvo que evaluar a distintos distribuidores, así fue como encontró los equipos de HBM .

El sistema de adquisición de datos QuantumX se convirtió en una herramienta básica para el trabajo diario de la empresa; antes de QuantumX era difícil obtener datos de manera simultánea de más de 50 sensores, sin embargo, ahora la empresa puede obtener datos de hasta 100 sensores o más en un menor tiempo y con un sistema muy fácil de utilizar.

Este sistema de adquisición de datos te permite obtener datos fiables y es compatible con diversas magnitudes y con señales procedentes de distintos tipos de sensores, incluso de sensores analógicos.

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Módulos QuantumX montados sobre un chasis, listos para medir con docenas de canales

Hoy en día, QuantumX es el único módulo que utiliza AVIATEST para diversas tareas; desde pruebas elementales en muestras de materiales compuestos hasta pruebas de presión en el fuselaje o pruebas estáticas de distintos componentes del mismo, la empresa incluso ha incluido más soluciones de HBM en su actividad diaria como: celdas de carga, amplificadores, galgas extensiométricas y software.

Las galgas extensiométricas de HBM te permiten llevar a cabo diversas aplicaciones de medición: desde el análisis experimental hasta pruebas de resistencia.

Actualmente AVIATEST participa en un proyecto llamado NICETRIP el cual tiene la finalidad de desarrollar una aeronave de rotor basculante, para lo cual la empresa utiliza 32 canales para hacer mediciones con galgas extensiométricas para las pruebas de cajas de engranajes. Adicionalmente, se emplean otros 70 sensores para medir temperatura, presión, tensión y otros parámetros de la caja.

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Galgas extensométricas de HBM instaladas en un helicóptero


AVIATEST también ha llevado a cabo una serie de pruebas de vuelo. Así que se puede decir que, literalmente, QuantumX les ha ayudado a tomar altura. Una de las pruebas más impresionantes se llevó a cabo en el helicóptero más grande del mundo que ha entrado en producción: el Mi-26. El principal cometido de AVIATEST consistió en medir y analizar tensiones en el fuselaje. En años recientes, AVIATEST ha realizado pruebas en aviones antes de que hicieran su primer vuelo, entre ellos destaca el Sukhoi Superjet 100, que es el primer jet para vuelos regionales diseñado y construido en Rusia, el Kamov Ka-62 y el Irkut MS-21, que todavía no han volado.

Debido a la buena colaboración que ha tenido AVIATEST con HBM es muy probable que la empresa utilice las soluciones de HBM en un proyecto que tiene en puerta para realizar pruebas del Irkut MS-21, estas pruebas exigirán instalar 2000 galgas extensiométricas en el fuselaje del avión. Para ello, la empresa planea enviar personal a centros de HBM, en donde recibirán una formación certificada en instalación de galgas extensiométricas.

Beneficios de la solución de HBM

Universal

  • Sistemas de adquisición de datos centralizados o distribuidos para muy pocos hasta miles de canales de medición
  • Circuito de galga extensiométrica patentada de 3 o 4 hilos que elimina las resistencias de los cables
  • DC para alta velocidad o frecuencia con una máxima supresión de ruido
  • Fácil de enlazar al sistema de control a través de su salida analógica, biblioteca de enlace dinámico (DLL) o EtherCAT® *

Hecho para medir

  • Paquetes de software intuitivos para conteo de canales bajos y altos
  • Distribución global de datos de medición mediante una arquitectura cliente-servidor
  • Visualizaciones y cálculos específicos a su aplicación
  • Integración de sofisticados cómputos personalizados en tiempo real
  • Adquisición de datos digitales de buses Avionics estándar (ARINC 429, MIL-STD-1553)

Confiable

  • Soluciones probadas por la industria
  • Más de 100,000 canales de medición en campo
  • Solución integral desde el sensor a través del amplificador hasta el software - llave en mano lista
  • Integración perfecta de sensores e interrogadores de fibra óptico
  • Equipo de ingeniería dedicado para configuración y soporte (remoto y local)


Referencia: 

1. HBM. Aplicaciones/Notas de aplicación/ AVIATEST "Pruebas estructurales de fuselajes con QuantumX en AVIATEST”, en  http://www.hbm.com/es/4322/pruebas-estructurales-de-fuselajes-con-quantumx-en-aviatest/  acceso: enero de 2016

2. HBM. Applications/IndustrySolutions/Aerospace "Flexible Solutions for Testing of Aircraft Structures" en

https://www.hbm.com/en/0065/flexible-solutions-for-aircraft-structural-testing/ acceso:agosto 2018


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Mediciones de NVH en la industria automotriz

     
 
   
 

Cuando se trata de medir la vibración con el fin de minimizar ruidos no deseados y evitar el desgaste de la máquina es necesario entender el comportamiento dinámico de la transmisión y engranajes. La causa de la resonancia de torsión o la vibración de la transmisión en el eje motriz deben evaluarse antes del inicio de la producción para garantizar la mejor conducción y experiencia del usuario. 

 

Hoy en día, el desarrollo automotriz es impulsado por la necesidad de niveles de eficiencia cada vez más altos. La construcción liviana, la electrificación y la reducción son los "factores" característicos de la industria. Las herramientas de simulación omiten ciclos completos de desarrollo en este sentido. Las pruebas válidas y la tecnología de medición utilizada allí cierran la brecha entre el mundo virtual (simulación) y el mundo real de los prototipos.

La tecnología de medición de vibración óptica de los vibrómetros de Polytec garantizan datos no intrusivos de tal calidad, que satisface los altos estándares de simulación y eficiencia que se encuentran en las operaciones de prueba diarias, incluso para estructuras livianas. Esta tecnología puede usarse de forma muy versátil: en el banco de pruebas, en la prueba modal, en la acústica del vehículo o en el desarrollo del sensor. Incluso si no todo sale según lo planeado, con los vibrómetros de Polytec puede estar seguro de que obtendrá datos fiables con capacidad de decisión y rápida visualización de problemas.

¿A qué nos referimos cuando hablamos de NVH? NVH es una búsqueda de la fuente de un ruido, excitación o vibración y se refiere a todo el rango de percepción de la vibración, desde la audición hasta la sensación. Conoce más sobre este tema dando clic aquí.

 

Acústica del motor

Los ingenieros de investigación y desarrollo deben lidiar con diversos tipos de sistemas de propulsión. Por ejemplo, los motores de combustión tienen patrones de excitación que no solo excitan la estructura del cuerpo, sino que también irradian sonido de sus superficies. Por otro lado, en los motores eléctricos, entre más revoluciones por minuto tengan resultan en una excitación de mayor orden y cambian el paradigma de la prueba. En ambos casos, el sonido se transfiere a la cabina de pasajeros así como al ambiente. Para evitar esto, se requieren mediciones de las formas de deflexión de partes críticas como el cárter del aceite o admisión del motor.

Para este tipo de mediciones los vibrómetros permiten aplicar técnicas de escaneo láser y análisis de orden para encontrar resonancias y superficies que irradian sonido.         Los instrumentos ópticos de Polytec son capaces de medir en superficies calientes o rotatorias. 

Amortiguadores rotatorios

La reducción del número de cilindros es parte de la estrategia para mejorar el kilometraje. Para mantener un NVH de excelencia es necesario ajustar las características rotacionales de los amortiguadores de armónicos y del volante de inercia de doble masa. Los vibrómetros rotatorios trabajan con un montaje relativamente simple proporcionando los datos necesarios en las ubicaciones exactas del tren motriz.

Inyección de combustible

La altura y la duración del elevador del pasador del inyector determina la cantidad de combustible inyectado, al usar los vibrómetros láser para medir el levantamiento de la aguja permite la optimización del uso del combustible y las emisiones necesarias para cumplir con normas como la EURO 6 o CARB. Este tipo de mediciones permite ubicar comportamientos no deseados como el rebote de la aguja o problemas de tiempo de disparo del inyector.


Pruebas al final de la línea

Debido a las nuevas estrategias de propulsión alternativas, los accesorios auxiliares (compresores, ventiladores, bombas) se convierten en una nueva fuente de ruido. Las mediciones revelan la calidad del diseño durante el proceso de investigación y desarrollo, así como en la prueba de producción al final de la línea. Los componentes se prueban en un 100 % antes de la integración para garantizar la satisfacción del cliente y la trazabilidad. Los vibrómetros láser son ideales para el diseño y la prueba en 3 formas:

  • En el proceso de desarrollo 
  • En la identificación de puntos de medición en una prueba al final de la línea
  • En la medición de estas características sin un sistema manual trabajando con distancias largas y variables
Dado que la superficie no es tocada por desgastes del sensor, suciedad o fuerzas de contacto no se influye en la fiabilidad y repetibilidad, brindando un mejor rendimiento con menos rechazos. 


La forma más flexible de medir vibraciones 

 
La configuración flexible del Vibrómetro modular OFV-5000 permite configuraciones específicas del cliente y de la aplicación. Puede elegir entre los diferentes cabezales de sensores que mejor se adapten a su tarea de medición específica y configurar los decodificadores con respecto al desplazamiento vibratorio requerido, las velocidades y la aceleración.


 
El controlador OFV-5000 es el núcleo del vibrómetro modular. Decodifica las señales del cabezal del sensor en tiempo real. Para ello, puedes elegir entre una amplia selección de decodificadores de desplazamiento vibratorio, aceleración y velocidad vibratoria de alto rendimiento que cubren el intervalo de frecuencia de CC a 24 MHz, velocidades de vibración de hasta ± 25 m /s y resoluciones de desplazamiento de hasta 0,1 pm.

Medición de vibración versátil

Puedes elegir entre una variedad de cabezales de sensor dependiendo de su aplicación: el cabezal del sensor OFV-505 proporciona una calidad de señal excepcional con enfoque automático y remoto. El cabezal de sensor compacto OFV-534 tiene una figura impresionante con su cámara y lentes de microscopio opcionales. Los cabezales de sensores de fibra óptica OFV-551/552 funcionan incluso en espacios reducidos (diámetro de la sonda de fibra de hasta 1,4 mm) e incluso pueden medir movimientos relativos con dos sondas de fibra.


NUEVO: La innovadora tecnología Xtra del nuevo vibrómetro láser OFV-5000 Xtra permite incluso la medición de objetos oscuros, biológicos, móviles o giratorios, y muestra su potencial especialmente en grandes distancias de separación y a velocidades de hasta ± 25 m/s.
 
Gracias al principio de "apuntar, disparar y medir", el sistema del vibrómetro está listo para usarse en unos pocos minutos. El software opcional de adquisición y evaluación de datos VibSoft complementa el instrumento como una solución de análisis de datos efectiva y conveniente.
 
 

Si quieres conocer más sobre los principios básicos de la vibrometría puedes hacerlo en la página de Polytec.

Referencia: Polytec Solutions [documento en línea https://www.polytec.com/eu/vibrometry/areas-of-application/automotive acceso: julio de 2018]. 

 

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HBK Cuando los líderes se unen, las soluciones son aún mejores

         
   

Brüel & Kjaer y HBM se unen para ofrecer una integración de sus productos y así, entregar mayor valor en las soluciones de sus clientes alrededor del mundo, garantizando el alto nivel de soporte que siempre los ha identificado.

La fusión se construirá sobre lo mejor de cada compañía y sus respectivas capacidades. Esto, también se verá reflejado en el nombre de la nueva compañía, HBK (Hottinger, Brüel & Kjær).

 

 

Para redefinir el concepto de una solución completa, dos marcas líderes globales de mercado unirán su experiencia y proveerán una oferta integrada, desde sensores, sistemas de adquisición, preparación, evaluación y servicios de ingeniería.  

Darmstadt, Alemania / Naerum, Dinamarca

Las compañías Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM) y Brüel & Kjær Sonido y Vibración A/S (BKSV) ambos propiedad de UK-based Spectris plc, están felices por anunciar que estarán fusionando sus negocios. La fusión será efectiva a partir del 1 de enero del 2019, aunque actualmente ya se están llevando a cabo algunas acciones de preparación. 

Tanto como BKSV y HBM, son líderes globales de mercado en sus respectivas disciplinas. La fortaleza de BKSV se encuentra en sonido, ruido y vibración, mientras que HBM se enfoca en confiabilidad, durabilidad, eficiencia de propulsión, propiedades eléctricas, procesos industriales y peso.

La fusión se construirá sobre lo mejor de cada compañía y sus respectivas capacidades. Esto, también se verá reflejado en el nombre de la nueva compañía, HBK (Hottinger, Brüel & Kjær).

Al combinar las fortalezas de dos líderes de mercado en sus campos, HBK tendrá la capacidad y las competencias para activamente dirigir la transformación digital de las industrias de nuestros clientes y seremos capaces de entregar, incluso, un mayor valor a nuestros clientes alrededor del mundo. Todos los acuerdos existentes; puntos de contacto; procedimientos; asociaciones, etcétera, continuarán como siempre.

Eoghan O'Lionaird, director del Grupo de Negocios responsable del segmento de Prueba y Medición, dice: "Brüel & Kjær y HBM son proveedores de hardware de primera calidad en medición con un fuerte enfoque en el software. Al combinar sus actividades, las dos compañías pueden ofrecer una oferta integrada, combinando sensores, adquisición de datos, preparación, evaluación y servicios de ingeniería en una sola solución para sus clientes. Esto se alinea estrechamente con la estrategia de Spectris de centrarse en la provisión de soluciones completas que combinan hardware, software y servicios relacionados, y nos permitirá ofrecer una oferta de servicios más amplia y un mayor valor para los clientes de BKSV y HBM ". 

 

Izquierda: Soren Holts presidente de Brüel & Kjaer, Derecha: Andreas Hüllhorts presidente de HBM.

 

Nos gustaría tomar esta oportunidad para agradecer, a todos ustedes, nuestros clientes y socios, por sus negocios y por trabajar con nosotros y esperamos con ansias continuar y crecer nuestras relaciones con las nuevas soluciones de HBK.

Estaremos trabajando juntos para asegurar una integración suave y efectiva, garantizando nuestros altos niveles de soporte a todos nuestros clientes. Por favor comuníquese con sus puntos de contacto existentes para futura información o para plantear cualquier pregunta que desee.

Acerca de Brüel & Kjaer 

Brüel & Kjær ayuda a resolver los desafíos de sonido y vibración y desarrolla tecnología avanzada para medir y gestionar el sonido y la vibración. Como especialista en este campo, la compañía ayuda a los clientes a garantizar la calidad de los componentes, mejorar el rendimiento del producto y supervisar el cumplimiento operativo. Durante más de 75 años, los miembros del departamento de investigación y desarrollo de Brüel & Kjær se han convertido en expertos reconocidos a nivel mundial, que ayudan a la comunidad científica y enseñan en centros de renombre.

El uso combinado de experiencia y tecnología promueve la calidad y la eficiencia en cada etapa del ciclo de vida de un producto: diseño, desarrollo, fabricación, implementación y operación. Mediante el dominio del sonido y la vibración, Brüel & Kjær ayuda a acelerar el crecimiento del negocio y mejora la calidad ambiental.

Brüel & Kjær es una filial de Spectris plc (www.spectris.com) con sede en el Reino Unido, que tiene ventas anuales de £ 1.5bn y emplea a alrededor de 9, 800 personas en todo el mundo en sus cuatro segmentos de negocios.

Para obtener más información, visite www.bksv.com


Acerca de HBM Test and Measurement

Fundada en Alemania en 1950, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH (HBM Test and Measurement) es hoy en líder del mercado en el campo de la prueba y la medición. La gama de productos de HBM comprende soluciones para toda la cadena de medición, desde pruebas virtuales hasta pruebas físicas.  

La compañía tiene instalaciones de producción en Alemania, Estados Unidos, China y Portugal y está representada en más de 80 países en todo el mundo.

Para obtener más información, visite www.hmb.com


 

Referencia: Brüel & Kjær News "Brüel & Kjær Merging with HMB" [documento en línea https://www.bksv.com/en/News/BKSV-and-HBM-to-merge acceso: julio de 2018]. 

 

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¿De dónde proceden las vibraciones?

     
 
 
  Es muy difícil evitar las vibraciones, y aunque este efecto puede dañar por ejemplo al cuerpo humano, no siempre son malas, a veces nos avisan que un equipo está fallando o necesita mantenimiento y reparación. Es una suerte que MideBien sea distribuidor de los equipos que pueden medirlas.  

 

En la práctica es muy difícil evitar las vibraciones. Se suelen producir por los efectos dinámicos de la tolerancia de la fabricación, las holgaduras, los contactos de rodadura y fricción entre las piezas de las máquinas y los desequilibrios de los elementos giratorios y alternativos. En ocasiones pequeñas fuerzas insignificantes pueden excitar las resonancias de elementos estructurales y convertirse en fuente de considerables vibraciones y ruidos.

A veces las vibraciones mecánicas realizan una misión útil. Por ejemplo, se emplean en las tolvas de componentes, los vibradores de hormigón, los baños de limpieza por ultrasonidos, las taladradoras de rocas y los hincapilotes. También, se usan las máquinas de ensayo por vibraciones reguladas a productos y subproductos en los que se desea examinar su respuesta, estática o dinámica, para valorar su resistencia a las vibraciones.

Una necesidad absoluta en todo trabajo de vibraciones, ya sea en el diseño de máquinas que utilicen su energía o en la creación y mantenimiento de las demás, es la obtención de una descripción precisa de dichas vibraciones.

Vibraciones como indicadores del estado de las máquinas

Raramente se averían las máquinas sin advertirlo: mucho antes de que el colapso las inutilice hay señales de amenaza. El deterioro se caracteriza casi siempre por un aumento de las vibraciones, que se puede medir en alguna superficie exterior y tomarse como indicador del estado de máquina. Con el mantenimiento preventivo las reparaciones se realizan a intervalos fijos, basados en la esperanza mínima de vida para las piezas sometidas a desgaste. Aplazando las reparaciones hasta que el nivel de las vibraciones señala su necesidad, pero antes del colapso, se evitan los desmontajes innecesarios (que a veces producen averías) y los retrasos de fabricación.

Este mantenimiento de las máquinas “por los síntomas” ha resultado económicamente ventajoso al aumentar el tiempo medio entre paros y seguir evitando la sorpresa y efectos de las averías inesperadas. Está técnica se utiliza hoy mucho, en especial en las máquinas de funcionamiento continuo.

Lo mejor para establecer el nivel tolerable antes de iniciar una reparación es la experiencia. La opinión general es por un “nivel de actuación” de 2 a 3 veces, (6 a 10 dB), el considerado normal.

Con el análisis en frecuencia se puede identificar la fuente de muchos de las componentes presentes. El espectro de una máquina en su estado normal se puede tomar como “una rúbrica” de referencia. Los espectros posteriores se compran con ella y se podrán detectar la necesidad de actuar y la causa de la perturbación.

 

 

Las vibraciones y el cuerpo humano

Se ha reconocido desde hace mucho que los efectos de las vibraciones sobre el cuerpo humano pueden ser graves. Los obreros pueden sufrir visiones borrosas, pérdida de equilibrio, pérdidas de concentración, etc. En algunos casos, vibraciones a ciertas frecuencias y niveles pueden dañar de forma permanente a órganos internos del cuerpo.

Durante los últimos 30 años se han recogido datos sobre efectos fisiológicos de las herramientas vibratorias sujetadas con la mano. Es muy conocido el síndrome del “dedo blanco” entre los cortadores de árboles que manejan sierras mecánicas de cadena. Se produce una degeneración gradual de los tejidos vasculares y nerviosos, y el obrero pierde habilidad y sensibilidad manuales.

Actualmente se preparan normas sobre vibraciones que fijarán los espectros máximos tolerables en las asas de las herramientas mecánicas manuales.

 


 

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