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Introducción
En un motor aeronáutico moderno, el eje de baja presión (LP) es uno de los componentes más solicitados y exigentes de toda la máquina. Debe transmitir enormes cantidades de par, soportar transitorios rápidos y resistir millones de ciclos de carga a temperaturas elevadas—con frecuencia durante miles de horas—sin que una sola grieta se propague hasta provocar la falla. Si ese eje falla en servicio, no se trata de una molestia menor; se trata de un evento grave de seguridad y de una flota inmovilizada.

La Máquina de Ensayo de Fatiga por Torsión del Eje LP está diseñada específicamente para evitar ese escenario. Es un banco de pruebas de resistencia a escala real que tuerce, tracciona y calienta el eje LP de una manera que reproduce fielmente la realidad del motor, pero bajo condiciones controladas de laboratorio. Al combinar cargas de torsión, tracción axial y un pronunciado gradiente térmico, el banco somete al eje a un entorno más severo que el de servicio, de modo que las debilidades aparecen en el banco de pruebas—no en el aire.

En lugar de basarse únicamente en cálculos y ensayos de probetas pequeñas, esta máquina permite a los ingenieros ejecutar programas de fatiga de larga duración y alta frecuencia sobre la geometría real del eje. Cada ciclo de par, cada grado de torsión y cada grado de temperatura se mide, se registra y es totalmente trazable, de modo que los cambios de diseño y las elecciones de materiales pueden respaldarse con datos reales y concluyentes.

Capacidades funcionales clave
Carga combinada en eje LP de longitud completa
  • Carga torsional programable desde cero hasta el par principal requerido, con un ciclo menor superpuesto.
  • Carga axial en varios niveles discretos de fuerza, hasta la carga axial máxima especificada.

Simulación de gradiente térmico
  • Gradiente de temperatura controlado a lo largo del eje, normalmente desde alrededor de 100 °C hasta 350 °C, mantenido durante toda la duración del ensayo.

Funcionamiento de fatiga de alto número de ciclos
  • Aplicación de ciclos de par menores en el rango de alta frecuencia (clase 10 Hz), donde cada ciclo principal consiste en numerosos ciclos menores y el ensayo total se extiende a recuentos de ciclos muy elevados.

Supervisión y control en tiempo real
  • Medición continua de par, fuerza axial, ángulo de torsión, desplazamiento, temperatura, presión, vibración y número de ciclos, con control en lazo cerrado de
válvulas servo y calentadores.

Arquitectura del sistema – Visión general
La máquina se construye en torno a cuatro subsistemas principales:
Banco de pruebas mecánico
  • Bastidor base pesado de acero dulce (MS) con bloques de rodamientos integrados y brazo de torsión.
  • Soportes de rodamientos ajustables para acomodar una gama de longitudes de ejes LP y posiciones de rodamientos.
  • Cubierta aislada de longitud completa que encierra el eje y los calentadores, con puertas de acceso para montaje e inspección.

Actuación hidráulica
  • Unidad de potencia hidráulica con tanque de acero inoxidable y motor eléctrico que acciona una bomba de doble paleta, proporcionando circuitos de alta y baja presión para
la actuación dinámica y funciones auxiliares.
  • Un cilindro de torsión acoplado al eje mediante un brazo de torsión, además de dos cilindros axiales que proporcionan carga de tracción desde ambos extremos.
  • Válvula servo digital para el control de la torsión y válvulas direccionales/proporcionales para los circuitos axiales, con filtración y refrigeración dimensionadas para ensayos de resistencia de larga duración.

Sistema de simulación térmica
  • Múltiples calentadores de banda dispuestos en zonas a lo largo del eje para generar y mantener el gradiente objetivo.
  • Pantallas de aislamiento y cubierta exterior para minimizar la pérdida de calor y proteger la estructura circundante.

Control, SCADA y adquisición de datos
  • PLC industrial con panel de control dedicado y consola de operador de 27".
  • PC SCADA que registra todos los canales a intervalos de muestreo rápidos, con conectividad Ethernet para la supervisión remota en la red local.

Especificaciones técnicas

  

    
Categoría
    
Parámetro
    
Valor / capacidad típica
  

  

    
Unidad bajo prueba
    
Tipo de eje
    
Conjunto de eje de motor aeronáutico de baja presión
  

  

    

    
Longitud total del eje
    
Aproximadamente 1.6–2.0 m (posiciones de soporte ajustables)
  

  

    
Cargas mecánicas
    
Rango de par principal
    
Programable en el rango de varios kNm para ensayos a escala real
  

  

    

    
Capacidad máxima de par
    
Dimensionada por encima del par de ensayo requerido para resistencia de alto número de ciclos
  

  

    

    
Niveles de carga axial
    
Múltiples niveles de carga de tracción, hasta varias decenas de kN
  

  

    

    
Frecuencia de ciclos menores
    
Ciclos menores de alta frecuencia (~10 Hz)
  

  

    
Condiciones térmicas
    
Gradiente de temperatura
    
Aprox. 100–350 °C a lo largo del eje (control por zonas)
  

  

    

    
Disposición de calentamiento
    
Múltiples calentadores de banda (varios kW) con control independiente por zonas
  

  

    
Unidad de potencia hidráulica
    
Volumen del tanque
    
~250 L (construcción en acero inoxidable con deflectores)
  

  

    

    
Potencia del motor
    
~7.5 kW, accionando un conjunto de bomba de doble paleta
  

  

    

    
Bomba 1 (alta presión)
    
Sección de alta presión ~200 bar
  

  

    

    
Bomba 2 (baja presión)
    
Sección de baja presión para circuitos auxiliares y de reposición
  

  

    

    
Filtración
    
Filtración multietapa en presión y retorno
  

  

    

    
Refrigeración
    
Intercambiador de calor aceite-agua
  

  

    
Actuadores hidráulicos
    
Cilindro de torsión
    
Cilindro de doble efecto que transmite el par mediante un brazo de torsión
  

  

    

    
Cilindros axiales
    
Dos cilindros de doble efecto que aplican tracción axial desde ambos extremos
  

  

    
Servos y válvulas
    
Válvula servo
    
Válvula servo-proporcional digital con señal de mando ±10 V
  

  

    

    
Válvulas de control de presión
    
Válvulas proporcionales de alivio y control de presión
  

  

    
Instrumentación
    
Sensor de par
    
Transductor de par de reacción de alta precisión
  

  

    

    
Celda de carga axial
    
Celda de tracción/compresión, ubicada fuera de la zona caliente
  

  

    

    
Medición de temperatura
    
Múltiples termopares/RTD a lo largo del eje y la estructura
  

  

    

    
Presión y vibración
    
Transmisores de presión y acelerómetros
  

  

    
Control y adquisición de datos
    
Sistema PLC
    
PLC industrial con interbloqueos completos y control en lazo cerrado
  

  

    

    
Consola de operador
    
Consola de 27″ con indicadores, interruptores, USB y Ethernet
  

  

    

    
Velocidad de registro de datos
    
Muestreo rápido (decenas de milisegundos)
  

  

    
Dimensiones generales del banco
    
Longitud aproximada del banco
    
~4.0–4.2 m en total (con cubierta y bastidor)
  

  

    

    
Altura / anchura
    
~1.5–1.7 m de altura, ~1.0 m de ancho
  



Flujo operativo – De un vistazo
1. Montaje y alineación del eje
  • Instalar el eje LP utilizando adaptadores dedicados en ambos extremos.
  • Ajustar los soportes de los rodamientos a lo largo del bastidor base para que coincidan con la geometría del eje y fijarlos en su posición.

2. Verificaciones del sistema
  • Llenar y purgar de aire el circuito hidráulico, verificar el nivel del tanque, los filtros y el agua de refrigeración.
  • Comprobar el funcionamiento de los calentadores, termopares, transmisores de presión, sensor de par, celdas de carga y canales de vibración.

3. Configuración del perfil
  • Definir el par principal, la amplitud del ciclo menor, el nivel de carga axial, la frecuencia de prueba, el número de ciclos y los puntos de consigna de temperatura mediante la interfaz SCADA.
  • Establecer umbrales de abortado para par máximo, fuerza, temperatura y vibración.

4. Ejecución del ensayo
  • Calentar el eje hasta la distribución de temperatura requerida y estabilizar el gradiente.
  • Aplicar la carga axial y luego incrementar progresivamente el par principal.
  • Superponer ciclos de par menores a la frecuencia definida para cada ciclo principal.

5. Supervisión y registro
  • Observar gráficos en tiempo real de par, torsión, fuerza, desplazamiento, temperatura y vibración en la consola de 27".
  • Todos los canales se registran de forma continua durante toda la duración del ensayo para su posterior procesamiento y evaluación de la vida a fatiga.

6. Parada e inspección
  • Al final de cada bloque de ciclos, el banco descarga y se enfría de manera controlada.
  • El eje puede inspeccionarse para detectar el inicio y la propagación de grietas antes del siguiente incremento de prueba.

Aspectos destacados de seguridad y protección
Interbloqueos de seguridad multinivel
  • Botones de parada de emergencia en la consola y cerca del banco.
  • Protecciones alrededor de las partes giratorias y calientes, con interbloqueos cuando sea necesario.

Protecciones hidráulicas y eléctricas
  • Protección contra sobrepresión mediante válvulas de alivio y válvulas proporcionales de alivio de presión.
  • Protecciones estándar de motor y alimentación: sobrecorriente, cortocircuito, fallo de fase y relés de sobrecarga.

Lógica de abortado basada en condiciones
  • Abortado automático del ensayo ante sobrepaso de par, fuerza, temperatura o vibración excesiva, con eventos registrados en SCADA para trazabilidad.

Configuración servo a prueba de fallos
  • La válvula servo y los circuitos hidráulicos están diseñados para pasar a un estado seguro ante pérdida de alimentación o señal.

Resumen
En la práctica, este banco es el lugar donde un eje LP demuestra su capacidad o falla bajo condiciones controladas. Proporciona fatiga por torsión, carga axial y térmica a escala real en un único sistema integrado, con la precisión y repetibilidad necesarias para los trabajos de certificación de motores aeronáuticos. Para cualquier responsable de la integridad de los ejes—diseño, materiales, ensayos o certificación—esta máquina es la columna vertebral de un programa serio de validación de fatiga.