La universidad de Gante utiliza GEN5i de HBM para medir impactos de aves

El laboratorio del Departamento de Ciencia Aplicada de Materiales de la Universidad de Gante (Bélgica) simula impactos de aves para estudiar los efectos de las colisiones de los aviones con pájaros. Estas pruebas de colisión se llevan a cabo no solo para estudiar materiales y piezas, sino también para definir límites de diseño con el fin de minimizar las consecuencias de los impactos. El laboratorio participa en el proyecto E-Break de la Comisión Europea, y ha ampliado sus instalaciones de ensayo. Con motivo del proyecto, la universidad ha adquirido un registrador de datos GEN5i de HBM (recientemente actualizado al modelo GEN7i), especialmente desarrollado para la adquisición de datos a velocidades extremadamente altass.

“Los impactos de aves pueden tener consecuencias fatales para la aviación”, comenta Geert Luyckx, que supervisa la aportación del laboratorio al proyecto E-Break. “Una colisión con un pájaro no tiene por qué causar un daño físico grave en sí mismo; sin embargo, un pequeño desequilibrio en un motor de aviación puede terminar produciendo daños serios e incluso la avería del motor. Desde hace muchos años, el estudio de las consecuencias de los impactos de aves forma parte de los procedimientos de la aviación”.

Este departamento goza de un reconocido prestigio en el análisis de los efectos de los impactos de aves. En el año 1997 construyó una instalación de pruebas de simulación experimental de impactos de aves contra partes de aviones (que formaba parte del proyecto europeo BRITE-EURAM II). Inicialmente, las simulaciones estaban limitadas a impactos de aves de hasta 500 g de peso. Sin embargo, tras la ampliación de las instalaciones para el nuevo proyecto, ahora pueden simular impactos de aves de 1,8 kg, lo que equivale al peso de un pato. Asimismo, se realizan pruebas con pesos de 4 kg, equivalentes a un ganso. Aunque la industria aeronáutica lleva a cabo pruebas con aves reales, el laboratorio de Gante utiliza bloques de gelatina, que tienen masas y comportamientos similares. La gelatina se moldea en forma de bala y se dispara contra una probeta. Los ensayos están normalizados y se realizan de conformidad con las especificaciones de fabricantes de aeronaves, como Airbus.

Simulated bird strikes: The entire test is recorded on video.

Instalación de ensayo: medición de varias magnitudes durante los impactos de aves simulados

“La instalación de ensayo de laboratorio es relativamente sencilla”, explica Frederik Allaeys, responsable de la realización de las pruebas. “El pájaro en forma de bala se carga en un tubo y se dispara a una presión de 30-40 bar, que le imprime una velocidad de entre 200 y 250 metros por segundo. En el extremo del tubo hay una cámara metálica que contiene la probeta, que puede consistir en componentes completos, palas de hélice o paneles fabricados en nuevos tipos de materiales. La cámara está a presión negativa, con objeto de reducir la resistencia del aire y los efectos en la medición derivados de la onda de presión. Antes de entrar en la cámara, el pájaro atraviesa un separador en el que se elimina la funda del bloque de gelatina.

Durante los impactos simulados se pueden medir varias magnitudes: velocidad y aceleración del pájaro, presión, desplazamiento, vibración, impacto y, si se desea, extensión y deformación de los materiales. La totalidad de la prueba se graba en vídeo. La preparación de una prueba supone en torno a un día de trabajo y cada prueba tiene un coste medio de 1500 euros. Con el fin de validar los resultados, cada prueba se realiza por duplicado. Es muy importante grabar las pruebas, para evaluar la progresión y analizar los resultados con precisión. Sin embargo, no es tarea fácil, teniendo en cuenta que son episodios que duran en torno a dos segundos. Para ello, la universidad necesitaba un sistema de adquisición de datos que no solo fuera capaz de registrar y procesar datos de múltiples canales de medición de forma simultánea, sino que además lo hiciera a velocidades muy altas. En este tipo de pruebas, el instante del disparo, en el que se inician todas las grabaciones simultáneamente, tiene una importancia capital.

GEN5i: adquisición rápida de datos

Registrador de datos GEN5i en el banco de ensayos

La universidad de Gante ha adquirido un sistema GEN5i de HBM para el proyecto. Según Frederik Allaeys, se eligió este sistema de adquisición de datos por su estructura modular, que permite añadir fácilmente tarjetas para diferentes aplicaciones. GEN5i es un sistema completo y portátil, especialmente desarrollado para la adquisición de datos de alta velocidad, con velocidades de muestreo de hasta 100 megamuestras por segundo. Puede ampliarse hasta un máximo de 160 canales de medición simultáneos, lo que lo hace idóneo para labores de medición complejas. El laboratorio de Gante utiliza, de media, de 10 a 15 canales, con velocidades de muestreo de hasta 25 MS/s.

El registrador GEN5i está equipado con un ordenador completo con un disco duro integrado para el almacenamiento de datos. Los datos se pueden transmitir para someterlos a análisis adicionales, mediante interfaces estándar, como WLAN, Gigabit Ethernet o USB. Por otro lado, la configuración estándar del registrador incluye una serie de filtros, así como el software Perception de HBM, para procesamiento, análisis y visualización en pantalla de grandes volúmenes de datos de medida. GEN5i es un registrador de transitorios capaz de grabar señales extremadamente rápidas y puntuales. Este tipo de señal es típico de los ensayos destructivos de materiales, de los ensayos pirotécnicos y de las mediciones de alta tensión. El registrador se configura y entra en servicio con rapidez, gracias a su sencilla interfaz de usuario y a su software interno.

Análisis de impactos de aves dentro del “proyecto E-Break”

La instalación de medida especial del laboratorio del Departamento de Ciencia Aplicada de Materiales contribuye al proyecto E-Break, que se desarrolla entre octubre de 2012 y septiembre de 2016, ambos inclusive, con financiación de la Comisión Europea. “E-Break tiene la finalidad de limitar las emisiones y la contaminación acústica que provoca la aviación”, explica Frederik Allaeys. “Los fabricantes de motores de aviación están buscando vías de optimizar la eficiencia de sus motores, con el fin de minimizar las emisiones de CO2 y NOx. También quieren reducir el consumo de combustible y los costes de mantenimiento.

Este esfuerzo ha conducido al desarrollo de motores de alta presión, que son hasta un 50% más pequeños pero que, a cambio, giran considerablemente más deprisa y generan temperaturas mucho más altas. Esto afecta al diseño del motor y a los materiales utilizados, ya que los motores deben ser extremadamente robustos, pero no pueden pesar más. Para conseguir esos objetivos, se han introducido nuevos materiales composite y aleaciones de titanio-aluminio. El proyecto E-Break prueba tecnologías, materiales y componentes cruciales para el desarrollo de esta nueva tipología de motores. Los impactos de las aves son tan solo una pequeña parte del proyecto, si bien aporta información esencial para el diseño y la seguridad de esta nueva generación de motores y componentes”.

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