Nueva tecnología mejora la seguridad de los componentes del motor

Los sensores y la inteligencia de software capturan la calidad crítica del lingote durante los procesos de fusión.

Aerospace Manufacturing & Design | Paul E. King y Andrew J. Elliott

Los viajes aéreos comerciales son más seguros que nunca. Sin embargo, las fallas mecánicas pueden ocurrir y aún ocurren. El vuelo UA 328, que partió de Denver, Colorado, el 20 de febrero de 2021, sufrió una falla catastrófica en el motor cuatro minutos después de iniciado el vuelo. Afortunadamente, el avión regresó al aeropuerto y aterrizó de manera segura. Si bien la Administración Federal de Aviación (FAA) mejora continuamente las normativas de seguridad, aún queda mucho por hacer para prevenir fallas críticas en los motores.

Se pueden lograr mejoras al inicio de la fabricación durante el procesamiento de metales primarios. Los materiales deben fabricarse para soportar las intensas tensiones y temperaturas extremas que experimentan los componentes, como los discos de turbina que mantienen unidas las palas de la turbina mientras giran a >10.000 rpm y a temperaturas de hasta 1.700 °C. Las palas del ventilador también son vulnerables, como se demostró con el vuelo UA 328. La Junta Nacional de Seguridad en el Transporte (NTSB) determinó que la causa fue una falla por desprendimiento de la pala del ventilador: dos palas del ventilador se fracturaron debido a la fatiga del metal, a menudo resultado de discontinuidades macroscópicas y microscópicas que pueden ocurrir durante el procesamiento de metales primarios.

Los procesos de fabricación de hoy en día no producirán los componentes de motores de aeronaves del mañana. Cumplir con esos estándares requiere una revolución en la fabricación de piezas donde los procesos impecables y los equipos de precisión brindan absoluta confianza en la capacidad del material para lograr el máximo rendimiento.

Ampere Scientific y Consarc Corp. unieron fuerzas para aplicar sensores e inteligencia de software con el fin de revolucionar la fabricación de piezas. Su misión actual es detectar condiciones durante el proceso de refundición por arco en vacío (VAR) que puedan provocar defectos en componentes críticos de motores. Utilizarán esta tecnología para predecir las condiciones que generan defectos y evitar que ocurran.

Los hornos VAR funden y refinan aleaciones especiales que se transforman en piezas críticas para motores aeroespaciales en las aeronaves. Los hornos VAR actuales dependen de señales eléctricas para el control de procesos y la evaluación de la calidad de los lingotes, en lugar de una evaluación directa y visualización en tiempo real del lingote en crecimiento.

Ampere Scientific está decidida a cambiar eso con su tecnología de detección de posicionamiento del arco VARmetric, que ofrece una visión del proceso de fusión. VARmetric combina la detección avanzada de campos electromagnéticos con las mediciones del horno VAR de Consarc para capturar, registrar y mostrar las características operativas del horno que antes no se podían detectar durante la fusión. Utiliza los controles de Consarc para monitorear la corriente del horno, el voltaje, el nivel de vacío, la celda de carga, la posición y velocidad del ariete, y la agitación electromagnética. A continuación, VARmetric integra las mediciones de los campos magnéticos en una multitud de ubicaciones en todo el VAR para representar visualmente la ubicación del arco en el interior del horno VAR.

 

El resultado son datos en tiempo real que muestran:

• Gráficas de las características operativas del horno (corriente, voltaje, vacío, velocidad de fusión, velocidad del émbolo, etc.)
• Posición del arco radial superpuesta en las imágenes de video de las cámaras del espacio anular del VAR
• Distribución del arco a lo largo del tiempo
• Forma y posición del electrodo en función del tiempo
• Alarmas para condiciones de arco lateral, espacios de arco extendidos, otros eventos anómalos o movimientos de los electrodos

Estos datos están disponibles para el operador a medida que se produce el lingote y se pueden utilizar como parte del registro de la cadena de custodia para cualquier lingote de aleación calificado. Esta información permite calcular la probabilidad de defectos de solidificación durante la operación como parte de los gemelos digitales. Esto otorga a los productores de metales, a los fabricantes de equipos originales (OEM) de motores y a los organismos reguladores una mayor confianza en que los materiales que utilizan se producen de forma constante y pueden soportar las exigencias a las que se espera que se enfrenten en entornos extremos. VARmetric captura datos durante todo el proceso de fusión y crea un mapa detallado para evaluar la calidad del lingote mucho antes de que se realicen pruebas de calidad microscópicas o macroscópicas en las piezas terminadas. A medida que la tecnología madura y los volúmenes de datos aumentan, VARmetric puede convertirse en un sistema de alerta temprana, lo que permite a los operadores responder de manera proactiva durante la fusión para evitar superar los límites del proceso durante la producción, logrando resultados óptimos de forma constante en cada fusión y en todo momento.

Con dicha orientación, se reducirán los defectos de solidificación y aumentará la confianza en la calidad de los lingotes. Unos lingotes de mayor calidad dan como resultado componentes de mayor calidad, lo que ayuda a la próxima generación de aeronaves a volar de forma más ligera, rápida, resistente y segura.

 

Fuente: Aerospace Manufacturing & Design