SMAC: ENSAYOS AERONÁUTICOS Y ESPACIALES EXTREMOS

ELEGIR LA MEJOR SOLUCIÓN

Cédric Rigaud, ingeniero de ventas, y Bertrand Foulard, director de aplicaciones de vibración de Hottinger Brüel & Kjær, estudiaron a fondo las especificaciones que les presentó Pierre Lamy, jefe del laboratorio de ensayos de SMAC, y propusieron una solución a la altura de sus expectativas.

La fuerza nominal del vibrador LDS V8 puede parecer enorme a la vista de la masa de los amortiguadores que SMAC diseña y ensaya, y de los niveles de aceleración que figuran en los pliegos de condiciones de sus clientes. Un amortiguador diseñado para aislar un componente en un avión no pesa más de 1 kg, y los pliegos de condiciones especifican aceleraciones que raramente superan los 300 m/s² (aprox. 30 g).

De hecho, si aplicamos la ecuación de Newton f = m*a, obtenemos un valor de fuerza de 300 N. Sin embargo, el equipo técnico de Hottinger Brüel & Kjær tuvo en cuenta otros criterios a la hora de proponer una solución, como la masa, la fuerza, la disponibilidad y la fiabilidad. Los repasamos a continuación.

MASA

Desde un punto de vista teórico, un amortiguador viene a ser una conexión entre una fuente de vibración (con frecuencia, un motor) y un componente o sistema al que hay que proteger de esas vibraciones. Sin embargo, en estas aplicaciones aeroespaciales concretas, el amortiguador puede estar sometido a un preesfuerzo, consistente en un sistema de muelles que aplica una fuerza al amortiguador. Este sistema, que simula la ausencia de gravedad en el amortiguador es, por tanto, una masa adicional que debe tenerse en cuenta. Por otro lado, el amortiguador está diseñado para reaccionar en las tres direcciones y, durante los ensayos en vibrador, debe estar en la misma posición que tendrá en su entorno de instalación final.

Para cumplir estos requisitos se necesita un vibrador con una mesa deslizante horizontal con alta capacidad de carga, lo cual lógicamente supone una masa móvil total mucho mayor. En los ensayos se emplean amortiguadores cargados con la masa de los componentes que deben aislar o con un diseño equivalente, y eso también debe tenerse en cuenta en la masa total. Ahora bien, estos componentes tienden a presentar resonancias y no se comportan como masas inertes. Cualquier movimiento causado por una resonancia cambia la masa que “percibe” el vibrador (es lo que se llama “masa dinámica”); para compensar los efectos se requiere una reserva de fuerza sustancial.

FUERZA

El LDS V8 es uno de los vibradores refrigerados por aire más potentes de la gama de productos LDS. Hay una serie de factores que afectan a la relación entre la fuerza teórica que requiere un ensayo y la fuerza efectivamente disponible. Los amortiguadores son componentes activos; su función es absorber energía y convertirla en calor. El vibrador proporciona esa energía.

Los ensayos que imponen los pliegos de condiciones implican señales con distintos grados de intensidad. Las señales sinusoidales son las más comunes —y las menos destructivas—, pero son infrecuentes en las aplicaciones aeroespaciales, en las que se prefieren señales aleatorias más bruscas. Este tipo de señales hacen que el vibrador y el amplificador de potencia se vean sujetos a regímenes de funcionamiento más exigentes en términos de tensión eléctrica y corriente en la bobina. Además, las especificaciones también exigen con frecuencia espectros de impactos y de respuesta a impactos, que figuran entre las señales más problemáticas para los componentes mecánicos de un vibrador. Igualmente, los niveles de vibración que aparecen en los pliegos de condiciones no han dejado de aumentar a lo largo de los años, y se espera que sigan haciéndolo.

Para terminar, no hay que olvidar que un vibrador debe funcionar típicamente al 80% de su fuerza nominal si queremos que se mantenga dentro de un rango de funcionamiento seguro, para alargar al máximo la vida de la armadura. Por supuesto, se puede superar este valor, pero siempre durante periodos cortos y verificando el comportamiento del vibrador con acelerómetros adicionales.

El laboratorio de SMAC conoce perfectamente las características de sus equipos y los requisitos de sus clientes, y utiliza los dos vibradores que ha adquirido unos 160 días al año, para llevar a cabo ensayos que duran entre unos minutos y varias horas.

DISPONIBILIDAD

Clientes como Airbus, Safran o Ariane Espace envían pliegos de condiciones muy estrictos. Entre otras cosas exigen materiales elastómeros con una rigidez muy precisa. Cuando se le pide un nuevo amortiguador, SMAC dispone de unos pocos meses para modelizarlo y validar su comportamiento experimentalmente. Pierre Lamy explica por qué SMAC necesitaba dos vibradores para su laboratorio:

"Llevamos a cabo ensayos no solo de los prototipos del amortiguador en desarrollo, sino también de la materia prima. Y los elastómeros son materiales extremadamente no lineales. Por ello, se nos hacía indispensable contar con un vibrador para nuestros ensayos en todas las fases de desarrollo del producto. Los datos que nos proporcionan los ensayos de vibración nos guían en todas las fases del diseño y la fabricación de nuestros productos. También tenemos que asegurarnos de que no haya que rehacer los moldes de fabricación que construimos. Además, tenemos que cumplir plazos estrictos. Por todo ello, disponer de un sistema LDS V8 para ensayos con fuerzas elevadas y, en paralelo, un LDS V721 para ensayos menos exigentes ha demostrado ser la mejor opción para garantizar todos nuestros ensayos de vibración, en la actualidad y en el futuro”.

FIABILIDAD

Los usuarios de vibradores necesitan sistemas con un alto grado de fiabilidad mecánica y electrónica. Para garantizar esa fiabilidad, los vibradores se acompañan de un contrato de mantenimiento cuidadosamente estudiado y evolutivo.

Wilfried Lacavelerie, técnico de HBK a cargo de la instalación y el mantenimiento en las instalaciones de SMAC, nos habla de su trabajo: “Lo primero es hablar con los usuarios del vibrador para conocer en detalle el tipo de ensayos que realizan y cuánto duran. Tomo nota de cualquier incidencia. A continuación, realizo una prueba inicial a un nivel bajo (2 g) a lo largo de todo el rango de frecuencia del vibrador. Esta prueba se conoce como “firma” y la repetimos al final de la intervención de mantenimiento que, para un sistema V8, dura unos tres días. La “firma” nos sirve de referencia y permite detectar holguras entre piezas y movimientos parásitos de la bobina.

Una vez que desmonto el vibrador, compruebo el estado de las piezas, como las suspensiones, los cojinetes y las distintas juntas del vibrador. Si veo pocos o ningún signo de desgaste y no hay polvo, adapto el nivel de servicio. Ofrecemos contratos de mantenimiento Bronze, Silver, Gold y Platinum, que pueden incluir o no determinados consumibles, llegando a incluir hasta una bobina móvil de repuesto en stock. Se puede acordar la sustitución de un determinado elemento en la siguiente intervención de mantenimiento. Otros elementos, como los filtros de aceite, se cambian sistemáticamente, con independencia del tipo de contrato”.

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 SMAC Groupe MontBlanc Technologies 

 
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Vibrador de fuerza media LDS V8

Vibrador de fuerza baja LDS V721