Innovación: integración directa de un sensor de par de HBM en sistemas de transmisión para aplicaciones de alta velocidad

El sensor especializado T40HS permite medir a muy alta velocidad un par de 1000 Nm con una precisión del 0,05% en entornos mecánicos y térmicos extremos.

Si existe un proyecto que merece ser calificado como "innovador", ese es sin duda el que recientemente han llevado a cabo BCSA y HBM. BCSA es una empresa especializada transmisiones mecánicas de fuerza para aplicaciones exigentes en términos de par, velocidad de giro, precisión, solidez y longevidad.

Hace algo más de un año, esta empresa francesa de aproximadamente 30 empleados participó en una licitación para construir un sistema de transmisión mecánica destinado a un banco de pruebas de I+D en aeronáutica. Los fabricantes de bancos de pruebas más importantes presentaron sus ofertas para el proyecto, destinado a un cliente final chino. Pero fue BCSA quien se hizo con el contrato, gracias a una solución técnica completamente nueva, con un sensor de par integrado en el interior de la transmisión.

Turbomultiplicador de BCSA equipado con el sensor de par T40HS/1 kNm de HBM en el banco de pruebas

Una solución audaz

Se trata de una solución valiente, ya que hasta ahora no existía en el mercado una solución integrada de sensor de par basado en bridas medidoras con una precisión del 0,05%, para la combinación de par y velocidad de giro requerida (1000 Nm y 45.000 rpm). Nicolas Di Pol, responsable de aplicaciones de par de HBM Francia, comenta:

"Los sensores de par figuran entre nuestros productos esenciales. Para garantizar que nuestra empresa se mantenga a la cabeza de la competencia en este segmento, tenemos que ampliar continuamente nuestra gama de productos. Para nosotros, la petición de BCSA ha sido una forma de desarrollar un producto innovador".

Una solución que simplifica la labor de los integradores de sistemas

Turbomultiplicador de BCSA con armario de instrumentos

BCSA se ha posicionado como una empresa innovadora y flexible orientada sobre todo a la exportación. De hecho, nada menos que el 80% de su facturación corresponde a exportaciones. El desarrollo técnico del sistema de transmisión propuesto por BCSA ha superado con creces las especificaciones de la licitación. De este modo, la empresa se ha diferenciado de sus competidores pero, lo que es más importante, espera facilitar el trabajo de integración del cliente.

En este punto se requiere una explicación adicional. Se supone que los bancos de ensayos mecánicos de motores (por ejemplo, de motores de aeronaves o de coches de competición) deben simular físicamente las condiciones reales y, en especial, las cargas reales a las que se verá sometido un motor, para poder probarlo correctamente durante los procesos de aceleración y deceleración a todas las velocidades y en función del perfil de un circuito (ascensos y descensos, curvas, tipo de superficie de la carretera, etc.).

Por lo general, las cargas se simulan con ayuda de un motor eléctrico que trabaja en modo de generador y/o de freno. En la mayoría de los casos se coloca un reductor/multiplicador mecánico entre el motor objeto del ensayo (que funciona a velocidad muy alta; por ejemplo, hasta 18.000 rpm en un motor de F1) y la carga (a velocidad más baja).

Los bancos de ensayo cuentan con distintos equipos de pruebas y medición, e incluyen como mínimo un sensor de par para medir la potencia que desarrolla el motor. El sensor de par normalmente se sitúa en el lado que gira a alta velocidad, entre el multiplicador y el objeto del ensayo. Volviendo a la licitación aeronáutica, BSCA presentó una oferta en un segmento en el que destaca: los bancos de pruebas para aplicaciones con alta velocidad de giro.

Otra ventaja: el sensor de par está totalmente integrado en el turbomultiplicador

La empresa se guardaba otro as en la manga, que le desmarcaba de la competencia y sumaba puntos para alzarse con el contrato. David Montillet, Director Ejecutivo, ofrece algunos datos: "En general, el integrador del banco de pruebas se encarga de integrar el sensor de par a la salida del reductor/multiplicador mecánico. Para ello es preciso utilizar dos ejes y dos acoplamientos mecánicos adicionales, lo cual requiere mucho más espacio. Para alinear los ejes se necesitan conocimientos específicos ya que, de lo contrario, pueden aparecer vibraciones y cargas mecánicas con el consiguiente riesgo de daños en el banco de pruebas.

En nuestro caso, hay una dificultad adicional: ¡la velocidad de giro! A velocidades de giro elevadas, la adición de componentes y masas mecánicas incrementa el riesgo de vibraciones que, en el peor de los casos, pueden llegar a destruir el banco de pruebas.

Nuestro cliente era plenamente consciente de estos problemas. Por eso le ha convencido nuestra solución, lista para el uso con el sensor de par integrado en el turbomultiplicador".

"Una estrategia prometedora para el futuro"

"Cuando BCSA se puso en contacto con nosotros, no teníamos ningún sensor adaptado a sus necesidades. No obstante, su petición nos pareció muy interesante, ya que reflejaba una tendencia del mercado. He observado que los integradores de bancos de pruebas se centran sobre todo en el control y en toda la electrónica que ello implica. En cambio, prefieren externalizar la parte mecánica. Por otro lado, cuanto mayor es la velocidad de giro del ensayo, más especializado se vuelve el trabajo de integración. La propuesta de BCSA de integrar el sensor de par T40HS de 1 kNm en el interior de la transmisión constituye una estrategia muy prometedora para el futuro", señala Nicolas Di Pol.

Este concepto resulta especialmente idóneo para aplicaciones de alta velocidad. En HBM creemos que impulsará la demanda de sensores de par de giro a alta velocidad, sobre todo para bancos de pruebas de motores de aviones. Los motores funcionan a velocidades cada vez más altas para reducir el peso y, en consecuencia, el consumo de combustible.

Turbomultiplicador de BCSA con sensor de par T40HS/1 kNm de HBM

Sobre BCSA

BCSA es una empresa especializada en transmisiones mecánicas de potencia con más de 50 años de experiencia. La construcción de reductores/multiplicadores para bancos de pruebas, como el que se describe en esta nota de aplicación, es una de las actividades esenciales de esta empresa francesa.

Además de su aplicación en bancos de pruebas, las transmisiones mecánicas de BCSA se utilizan principalmente en los sectores de petróleo y gas, y las industrias cementera, papelera y del acero.
BCSA diseña, desarrolla y suministra sistemas a medida para aplicaciones individuales, adaptándose con exactitud a los requisitos del cliente. En ocasiones puede tratarse de aplicaciones completamente nuevas pero, en la mayoría de los casos, son soluciones de sustitución para sistemas obsoletos. Desde siempre, sus productos se caracterizan por sus altas prestaciones y solidez.
El desarrollo de sistemas para aplicaciones con alta velocidad de giro (30.000 rpm o más en la actualidad hasta 125.000 rpm) ha experimentado un nuevo avance.
BCSA ofrece opciones de asistencia y mantenimiento para la instalación y puesta en servicio de sus sistemas. BCSA también distribuye productos de FLSmidt Maag Gear en Francia y el Norte de África. El 80% de su facturación procede de exportaciones, concretamente a Asia (China), Europa (Alemania, Austria, Inglaterra, Italia), Magreb, Europa del Este (Rusia), Brasil, etc.

Armario de instrumentos con sistema industrial PMX para medición de par, velocidad de giro y, en consecuencia, potencia: todo ello con corrección en tiempo real a través de mediciones de temperatura activas

Desafíos técnicos

BCSA buscaba un sensor de par preciso y de altas prestaciones que requiriese muy poco espacio de instalación y que pudiese soportar las condiciones ambientales extremas. El interés de BCSA se centraba concretamente en unas bridas de medición cuya instalación resultase mucho más sencilla que la de los ejes de medición y con requisitos de espacio mínimos. HBM ofrece un amplio catálogo de productos en este campo, motivo por el que BCSA buscó su ayuda.

La precisión no suponía un problema, ya que la tecnología de galgas extensométricas de HBM cumple los requisitos sin dificultad (una precisión del 0,05% es más que suficiente). La gama de sensores de par de HBM de hasta 45.000 rpm también satisface los requisitos de alta velocidad rotacional.

El único reto que quedaba por superar era el de las condiciones ambientales. El sistema de transmisión desarrollado por BCSA se refrigera con aceite, una condición que debía tenerse en cuenta. Y también estaba el problema de la temperatura.

En consecuencia, el principal desafío pasaba por mantener el sensor dentro de su intervalo de temperatura de trabajo admisible.

Por ello, BCSA desarrolló soluciones técnicas en las que, según los estudios y pruebas correspondientes, la temperatura del sensor no superaba los 75 °C, algo más que suficiente.

Naturalmente, el sensor desarrollado a medida para BCSA pasará a formar parte del catálogo de HBM.

“Este avance supone una nueva revolución tecnológica”.

“Nos sitúa por delante de la competencia en el mercado actual y, para seguir en esa posición, nos tomaremos el tiempo que sea necesario para proteger nuestras innovaciones”, explica Nicolas Di Pol.