Inovação: Integração direta de um sensor de torque da HBM em sistemas de transmissão para aplicações de alta velocidade

O sensor especializado T40HS permite medição precisa de torques de 1.000N com precisão de 0,05% em ambientes mecânicos e térmicos adversos com torques altíssimos.

Se há algum projeto que merece ser chamado de "inovador", é o que foi recentemente concluído pela BCSA em parceria com a HBM. A BCSA é especializada em sistemas mecânicos utilizados para introdução de força em aplicações sofisticadas de torque, velocidade rotacional, precisão, resiliência e durabilidade.

Há um pouco mais de um ano, a empresa francesa com cerca de 30 funcionários participou de uma concorrência para implantação de um sistema mecânico de transmissão para um banco de ensaios em P&D na área da aeronáutica. Os maiores nomes na fabricação de bancos de ensaios participaram do projeto para um cliente final chinês. A BCSA foi bem sucedida em sua proposta, pois apresentou uma solução técnica totalmente inovadora, que implica na integração de um sensor de torque dentro da transmissão.

Uma solução ousada

Esta é uma solução ousada, pois nunca existiu uma solução integrada para flanges de torque com classe de precisão de 0,05% com esta combinação de torque e velocidade rotacional (1.000Nm e 45.000 rpm) disponível no mercado até agora. Nicolas Di Pol, responsável pelas aplicações de torque na HBK da França explica:

"Os sensores de torque estão entre nossos principais produtos e precisamos continuar expandindo a gama de aplicações para garantir que nossa empresa continue à frente da concorrência neste segmento de mercado. Esta é a razão pela qual estávamos aptos a atender rapidamente à solicitação da BCSA no desenvolvimento de um produto inovador."

Aliviando a carga de trabalho para os integradores de sistemas

A BCSA se posicionou como uma empresa flexível e inovadora com um foco principal em exportação: um segmento onde a BCSA se destaca com um volume de até 80% dos negócios. O desenvolvimento técnico do sistema de transmissão da BCSA superou em muito as especificações padrão para ficar à frente da concorrência e, por outro lado - e mais importante - para aliviar a carga de trabalho do usuário.

Tal afirmação exige uma explicação: é importante lembrar que os bancos de ensaio de potência (por exemplo, para aviões ou motores de carros de corrida) requerem simulação física de condições reais e, especificamente, das verdadeiras cargas atuantes às quais o motor será submetido, a fim de testar corretamente o motor durante os processos de aceleração e desaceleração em todas as velocidades e dependendo do perfil da simulação (subidas e descidas, curvas, tipos de superfície de rodagem).

Cargas são geralmente simuladas usando um motor elétrico na qualidade de gerador e/ou freio. Na maioria dos casos, uma transmissão mecânica é implementada entre o motor em teste (rodando em altíssima velocidade) e a carga rodando a uma velocidade mais baixa.

Os bancos de ensaio são equipados com equipamentos de teste e medição, incluindo pelo menos um sensor de torque para medir o desempenho do motor. O sensor de torque será posicionado, geralmente, no lado que roda à alta velocidade, localizado entre a transmissão e o produto em teste. Em termos da sua participação na área aeronáutica, a BCSA aplicou seus conhecimentos na área que tem grande expertise: sistemas de banco de ensaios para aplicações com alta velocidade rotacional.

Outro bônus: O sensor de torque é totalmente integrado à transmissão

A empresa, entretanto, tinha um ás na manga, o que a diferencia de seus concorrentes e garantiu que seu projeto ganhasse. David Montillet, Diretor Administrativo, oferece alguns insights: "Geralmente, o usuário do banco de ensaios integrará o sensor de torque no drive train na entrada da transmissão. O pré-requisito é que duas conexões mecânicas adicionais, mais um flange de torque, devem ser instaladas no eixo. Isso significa que muito mais espaço é necessário. O alinhamento dos eixos necessita ser feito por um especialista, caso contrário, vibrações e cargas mecânicas podem aparecer, o que poderia ocasionar em danos ao banco de ensaios.

Em nosso caso, ainda havia outro desafio a ser superado: velocidade rotacional. Em velocidades rotacionais altas, massas mecânicas adicionais e componentes aumentam o risco de vibrações que, na pior das hipóteses, pode resultar na destruição do banco de ensaios.

"Nosso cliente estava ciente destes riscos, e por conta disso, nossa solução 'pronta para o uso' com um sensor de torque integrado à transmissão era o ideal."

"Estratégia promissora para o futuro"

"Quando a BCSA entrou em contato conosco, ainda nem havíamos desenvolvido um sensor que correspondesse às suas necessidades. A solicitação que recebemos, entretanto, era de grande interesse para nós, como reflexo de uma tendência de mercado. Em minha experiência, a integração de bancos de ensaio foca principalmente no monitoramento e em todos os eletrônicos envolvidos, enquanto que a parte mecânica é deixada de fora. Na realidade, quanto maior as velocidades rotacionais testadas, mais e mais a integração se torna uma tarefa para especialistas. A sugestão da BCSA de integrar sensores de torque T40HS de 1kNm dentro da transmissão é uma estratégia muito promissora para o futuro", explica Nicolas Di Pol.

Esta implementação é particularmente adequada para altas velocidades e a HBM acredita que aumentará a demanda por sensores de torque de alta velocidade rotacional, especificamente para bancos de ensaios de motores aeronáuticos. Os motores funcionam com velocidades cada vez maiores para reduzir peso e conseqüente diminuição do consumo de combustível.

Sobre a BCSA

A BCSA se especializou em sistemas de introdução de força mecânica por mais de 50 anos. A implementação de transmissões reduzidas/turbinadas para bancos de ensaios, como na apresentada neste artigo, representa uma das principais atividades da empresa francesa.

Além de sua aplicação em bancos de ensaios, os sistemas de introdução de força da BCSA são usados principalmente no setor de oil&gas, em fábricas de cimento e nas indústrias de aço e papel;
A empresa projeta, desenvolve e entrega sistemas sob medida para cada aplicação individual para se encaixar às necessidades específicas de cada cliente. Estas podem ser aplicações totalmente novas mas, na maioria das vezes, é uma atualização de sistemas antigos. Sua proposta sempre foi caracterizada pelo alto desempenho e grande capacidade de resistência de seus produtos;
Um novo desenvolvimento pode agora ser visto na área de sistemas para aplicações de alta velocidade rotacional (30.000 rpm e maiores - atualmente, chegando até 125.000 rpm);
A BCSA oferece opção de serviços e manutenção para a instalação e comissionamento de seus sistemas;
Também vale mencionar que a BCSA representa produtos da FLSmidt Maag Gear na França e nos estados de Magrebe (na África) e que 80% dos sistemas da empresa são para exportação (especificamente para China, Alemanha, Áustria, Inglaterra, Itália, estados de Magrebe, Rússia, Brasil, etc).

Desafios técnicos a superar

A BCSA estava buscando por um sensor de torque preciso de alta performance, que deveria ocupar um pequeno espaço de instalação e deveria ser capaz de trabalhar em ambientes com condições adversas. O interesse da BCSA estava focado especificamente em flanges de medição que deveriam ser mais fáceis de instalação do que os eixos de medição, enquanto que necessitasse de um mínimo espaço de instalação. A HBM oferece uma ampla gama de produtos nesta área, e que foi o principal motivo da BCSA buscar sua assistência.

Precisão não era um problema, já que a tecnologia HBM de strain gages vai perfeitamente de encontro às necessidades (uma precisão de 0,05% é mais do que suficiente). A faixa de sensores de torque da HBM de até 45.000 rpm também satisfaz às necessidades de altas velocidades rotacionais.

O único desafio restante é o das condições ambientais. O sistema de transmissão desenvolvido pela BCSA é resfriado a óleo: um ambiente que tem que ser levado em consideração. E então, havia o problema de temperatura.

O principal desafio será, portanto, manter sensor dentro da faixa de temperatura operacional.

Estudos relevantes e ensaios provaram que a BCSA desenvolveu soluções técnicas nas quais o sensor de temperatura não ultrapassará 75ºC, que é mais do que o suficiente.

O sensor desenvolvido sob medida para BCSA vai, naturalmente, ser adicionados ao portfolio da HBM.

"Esta evolução representa um novo avanço tecnológico.”

“Isso nos coloca à frente da concorrência neste mercado e, para ficarmos um passo à frente, iremos usar o tempo que precisarmos para proteger nossas inovações", explica Nicolas Di Pol.