AIR FRANCE OPTIMIZA SU BANCO DE ENSAYOS ZEPHYR

Los motores de aviación deben comprobarse y revisarse cada vez que vuelan un cierto número de horas especificado por el fabricante —es lo que, en aeronáutica, se llama una Engine Shop Visit—, y también cuando se someten a un mantenimiento mayor cada cuatro o cinco años. Air France Industries tiene más de 14.000 empleados y es una de las principales empresas internacionales de mantenimiento, reparación y revisión de motores de aviación. De hecho, presta servicio a más de 3000 aviones de 200 compañías aéreas.  

Cada vez que se revisa un motor de este tipo, se pasa en torno a tres meses en los talleres de Air France Industries en Orly y Roissy. Durante la revisión se desmonta el motor, se inspeccionan minuciosamente los componentes, se limpian, se cambian o se reparan y, finalmente, se vuelve a montar el motor y se somete a unas pruebas finales. Todo a cargo de equipos técnicos especializados.

PRUEBAS EN CONDICIONES REALES 

Antes de que el avión pueda volar de nuevo, los motores deben comprobarse en unas condiciones lo más parecidas posible a las reales y deben superar una prueba de rendimiento en el banco de ensayos Zephyr. En esa instalación se verifica un gran número de parámetros, como la propulsión, la temperatura en diferentes puntos del motor, la presión y los niveles de vibración.

Por supuesto, el banco de ensayos debe estar preparado para esta fase tan importante. En el caso de las vibraciones, se comprueba que el equilibrio entre dos puntos del motor sea correcto y se ajusta. Para ello, se realizan medidas con acelerómetros instalados permanentemente. Durante el funcionamiento del avión, estos sensores registran en continuo el desplazamiento dinámico, que debe mantenerse dentro de unas tolerancias muy estrechas. Ivan Rouesné, director del banco de ensayos Zephyr, deseaba extraer más información de esas medidas de vibración y ganar experiencia, motivo por el cual se puso en contacto con HBK. 

Tras analizar las necesidades del cliente, Philippe Potereau, director de desarrollo de negocio de HBK, propuso añadir —de forma temporal— un sistema en paralelo al banco de ensayos Zephyr, dedicado a las medidas repetitivas de vibraciones. Ese sistema no era otro que Tescia, diseñado en estrecha colaboración con usuarios de la industria aeroespacial para efectuar medidas en máquinas rotativas. Se instaló entonces un sistema completo, que incluía el conocido hardware de adquisición de datos LAN-XI de Brüel & Kjær y un PC dedicado. Este sistema puede utilizarse en un pequeño entorno de producción con un solo usuario o en un sistema más grande con múltiples ensayos y puestos de control; en ese caso, permite que varios equipos accedan simultáneamente a los datos de forma inmediata y fiable.

Una prueba de rendimiento vista desde la sala de control, mientras el software Tescia proporciona detalles adicionales sobre los datos y ayuda a validarlos.

CÓMO ENTENDER EL COMPORTAMIENTO DE VIBRACIÓN

Según Ivan Rouesné, director del banco de ensayos de motores: "El equipo de técnicos e ingenieros de Air France Industries se familiarizó rápidamente con el manejo de Tescia y el análisis de los datos recogidos, con la ayuda del soporte 24 horas al día del equipo norteamericano de HBK". Y continúa: "Cuando volvemos a montar los motores, nos encargamos de equilibrarlos". 

"Las mediciones de vibración puede parecer poca cosa en comparación con todo lo que le hacemos a un motor tipo GE90-115. Sin embargo, en una prueba de rendimiento se ponen en juego grandes fuerzas y hay que evitar a toda costa el más mínimo signo de desequilibrio. Para realizar una prueba completa se requieren dos turnos de siete horas, pero si las vibraciones están fuera de tolerancia, puede ser necesario detener una prueba de despegue, en la que se consume mucho combustible".

"Lo que le pedimos a un sistema de medida es una fiabilidad absoluta y una garantía de que lo que medimos es preciso y no afecta al funcionamiento del motor. Cuando quisimos una medición paralela de las vibraciones —más experta y detallada— en el banco de ensayos, nos dirigimos a HBK, que nos gustó por la disponibilidad de su servicio de soporte y su alto nivel de experiencia. HBK nos ayudó a entender mejor la señal y a manipularla con más confianza. También pudimos verificar de forma remota nuestros acelerómetros (que no son accesibles físicamente) y garantizar la coherencia de nuestras medidas. En los motores GE90-115 que utiliza el Boeing 777 se realizan mediciones en dos acoplamientos, que giran a diferentes velocidades. Estas medidas se monitorizan en continuo y no pueden superar un umbral de desplazamiento establecido. El sistema Tescia nos permitió interpretar con facilidad el comportamiento de vibración. Tescia nos dio inmediatamente información sencilla procedente de procesos complejos, como el uso de filtros de tracking de órdenes para obtener una señal clara y fiable". 

El front end de adquisición de datos LAN-XI, controlado por el software Tescia, sorprendió gratamente a los usuarios del banco de ensayos Zephyr por sus dimensiones compactas y su funcionalidad. Ahora, disponen de información más detallada para preparar las pruebas de rendimiento. Asimismo, esperan seguir ganando experiencia en los ensayos de motores con el nuevo sistema, con el apoyo técnico de HBK.

EL ANÁLISIS DE ÓRDENES, UNA HERRAMIENTA MUY POTENTE

El análisis de órdenes que lleva a cabo el sistema Tescia es una herramienta extremadamente potente, que transforma la velocidad variable de giro del motor en una señal fija y fácil de detectar: el orden 1, la primera línea vertical en el eje X de un gráfico marcado de 0 a 5.

El grosor de esta línea cambia a medida que aumenta la velocidad del motor en el eje Y del gráfico, de 0 a 2400 rpm. El orden 1 representa la energía de vibración del eje monitorizado. Esta transformación es posible gracias al uso de tacómetros y a un filtrado controlado por el  sistema Tescia. Los armónicos superiores de esta señal también se muestran como líneas verticales. Es lógico que el cuarto armónico de la señal siga desarrollando energía a medida que la velocidad del motor aumenta. Los niveles de energía se muestran en color en el gráfico: azul para los niveles más bajos, rojo para los intermedios y amarillo para los más altos. La escala situada a la derecha del gráfico correlaciona los colores empleados con los valores de desplazamiento de las vibraciones, en pulgadas pico-pico. 

Las frecuencias de resonancia de la estructura son fijas y, por lo tanto, se ven como curvas, como la frecuencia de 14,28 Hz marcada por el cursor en el gráfico a  aproximadamente 1300 rpm. A 800 rpm, esta frecuencia de resonancia coincide con el primer orden de rotación y produce un pequeño ensanchamiento de la línea vertical que representa el orden. Este tipo de interacción es la que genera vibraciones amplificadas; a menudo se asocia al ruido acústico emitido por la estructura, cuya resonancia a esa frecuencia se ve excitada por la velocidad de giro del motor.

Estos análisis, que son adicionales a los perfiles habituales, permiten a Air France Industries identificar más rápidamente las causas de posibles situaciones en las que se superan los niveles permitidos por el procedimiento de mantenimiento.

 

---

VER VIDEO
La revisión de un motor, entre bastidores

---

Descargar el caso de estudio

 AIR FRANCE OPTIMIZA SU BANCO DE ENSAYOS ZEPHYR