Pórtico FlowBot para la investigación hidrodinámica

Los resultados de esta investigación se utilizan, entre otras cosas, para optimizar el diseño de coches, barcos y aviones. Hasta ahora, los túneles de viento se utilizaban a menudo en la dinámica de fluidos para determinar las fuerzas que actúan sobre los objetos en movimiento. Un inconveniente de este método es que las mediciones se realizan a velocidades de flujo constantes. Sin embargo, en la práctica, los coches, los aviones y los barcos siempre se mueven a diferentes velocidades y aceleraciones. Para mejorar nuestra comprensión de la hidrodinámica, es conveniente realizar una investigación fundamental sobre los objetos que se mueven a velocidades no constantes y con un movimiento autodeterminado. Eso es exactamente lo que hace posible el FlowBot. Está diseñado para mover objetos a través de un tanque de agua alto y transparente de 5 x 2 x 2 metros y, al mismo tiempo, recopilar datos con precisión y medir el flujo y las fuerzas.

Flujos impulsivos

«La investigación sobre los flujos impulsivos es relativamente nueva», afirma Gertjan Mulder, líder del proyecto FlowBot en la sección de Mecánica de Fluidos. «Ya teníamos una configuración pequeña y sencilla para esto, pero queríamos poder hacer más en términos de velocidad, aceleración y tirón. Para esta investigación, es importante poder seguir caminos precisos. Esto es posible con el nuevo FlowBot controlado por SINUMERIK. La precisión del control CNC es especialmente importante porque los sistemas de varios ejes deben seguirse con precisión».

El candidato a doctorado Jesse Reijtenbagh está realizando las primeras pruebas con el FlowBot para su investigación. «Hace exactamente lo que queremos», dice con entusiasmo. «Podemos movernos en diferentes direcciones y programar fácilmente la velocidad y la aceleración con precisión. Como podemos trabajar con varios ejes simultáneamente, podemos hacer que las cámaras y la iluminación sigan al objeto a través del tanque de agua. De esa forma, no nos perdemos ni un detalle. La información sobre las fuerzas, las posiciones y otros datos se almacena en un solo archivo. Esto nos ayuda a establecer conexiones entre la fuerza y la velocidad. La calidad de los datos es excelente, por lo que no necesitamos utilizar filtros en el procesamiento de señales. Gracias a la alta precisión del FlowBot, podemos, por ejemplo, estudiar los movimientos perfectos de las alas de las mariposas y los pájaros. ¡Aún tenemos mucho que aprender de la naturaleza!»

Es esencial que los investigadores puedan recopilar una gran cantidad de datos de medición en poco tiempo: las fuerzas que actúan sobre el objeto de prueba, junto con las velocidades, las aceleraciones y las posiciones. La precisión del movimiento no debe verse afectada por el proceso de recopilación de datos. Por este motivo, todos los datos de medición se recopilan en un dispositivo Industrial Edge. Al utilizar un dispositivo dedicado, el procesador del rodillo de conteo SINUMERIK no se somete a una carga adicional y la recopilación de datos no afecta a la velocidad de control. El Edge Industrial funciona a la perfección con el mando. Los datos, tanto del controlador como de los componentes de campo, se almacenan de forma sincrónica y a alta frecuencia y se pueden recuperar mediante una conexión segura desde cualquier lugar. Para el análisis, los investigadores utilizan la aplicación Analyze my Workpiece/Capture.

Gertjan: «Podemos decidir fácilmente por nosotros mismos cuándo se deben almacenar y cuándo no se deben almacenar los datos. Con el FlowBot, realizamos muchas pruebas sucesivamente. No es necesario almacenar los datos entre dos mediciones. Como resultado, el Edge solo recopila datos de medición útiles. Esto nos permite analizar fácilmente los datos de muchos experimentos diferentes, lo que nos permite establecer rápidamente correlaciones entre la fuerza medida y la trayectoria recorrida».

Implementación técnica

Marcel de Pagter, director de proyectos de Batenburg JB Systems, describe un proceso interesante y desafiante: «Para nosotros, este fue el primer proyecto en el que se utilizó el nuevo SINUMERIK ONE y la primera vez que se aplicó este sistema de control a una aplicación tan compleja. Para lograr este resultado final, trabajamos en estrecha colaboración con los socios involucrados. Durante el proyecto, nos centramos principalmente en el software, la ingeniería electrónica, la instalación y la implementación de los componentes relacionados con la seguridad».
Con el apoyo de Siemens, Batenburg JB Systems hizo un uso óptimo del sistema de control SINUMERIK. Para reducir el tiempo de puesta en servicio lo más posible, Batenburg JB Systems preparó, simuló y probó digitalmente muchos aspectos con el software SINUMERIK ONE Digital Twin.

Actualmente, el FlowBot cuenta con 23 ejes que funcionan de forma sincrónica controlados por un único controlador SINUMERIK. El número de ejes se ampliará aún más en un futuro próximo con la incorporación de dos robots de 6 ejes. «El FlowBot supera los límites de lo que es posible con el sistema de control Sinumerik», afirma Frank de Korte. «Este tampoco era un proyecto estándar para Siemens, pero desde el principio confiamos en que lo que TU Delft buscaba era posible con el sistema de control Sinumerik. Lo que se ha logrado aquí no se puede hacer con ningún otro sistema de control y, por lo tanto, estamos muy orgullosos de ello». Mulder también lo describe como un proyecto exitoso: «Nuestro objetivo era lograr la máxima precisión y podemos medir con mayor precisión de lo que esperábamos. Además, a pesar de la complejidad del FlowBot, la operación es intuitiva y fácil de usar. Gracias al seguimiento automático de los ejes, el FlowBot también es fácil de programar».