Pórtico FlowBot para investigación hidrodinámica

Los resultados de esta investigación se utilizan, entre otras cosas, para optimizar el diseño de automóviles, barcos y aviones. Hasta ahora, los túneles de viento se han utilizado 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 toman a velocidades de flujo constantes. En la práctica, sin embargo, los automóviles, aviones y barcos siempre se mueven a velocidades y aceleraciones variables. Para avanzar en nuestra comprensión de la hidrodinámica, por lo tanto, es deseable realizar investigaciones fundamentales sobre objetos que se mueven a velocidades no constantes y con movimiento autodeterminado. Eso es exactamente lo que el FlowBot hace posible. Está diseñado para mover objetos a través de un tanque de agua alto y transparente que mide 5 x 2 x 2 metros mientras recopila datos con precisión y toma medidas del flujo y las fuerzas.

Flujos impulsivos

“La investigación sobre los flujos impulsivos es relativamente nueva”, dice Gertjan Mulder, líder del proyecto de FlowBot dentro de la sección de Mecánica de Fluidos. “Ya teníamos una configuración pequeña y simple para esto, pero queríamos poder hacer más en términos de velocidad, aceleración y sacudida. 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 múltiples ejes deben seguirse unos a otros 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. Debido a que podemos trabajar con múltiples ejes simultáneamente, podemos hacer que las cámaras y la iluminación sigan el objeto a través del tanque de agua. De esa manera, no nos perdemos ni un solo detalle. La información sobre fuerzas, 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, así que no necesitamos usar filtros en el procesamiento de señales. Gracias a la alta precisión del FlowBot, podemos, por ejemplo, estudiar los movimientos perfectos de las alas de mariposas y pájaros. ¡Todavía tenemos mucho que aprender de la naturaleza!”

Es esencial que los investigadores puedan recopilar una gran cantidad de datos de medición en un corto período de tiempo: fuerzas que actúan sobre el objeto de prueba, junto con velocidades, aceleraciones y posiciones. La precisión de la moción no debe verse afectada por el proceso de recopilación de datos. Por esta razón, todos los datos de medición se recopilan en un dispositivo Industrial Edge. Al usar un dispositivo dedicado, el procesador en el rodillo de conteo SINUMERIK no está sujeto a carga adicional y la recopilación de datos no afecta la velocidad de control. El Industrial Edge funciona sin problemas con el controlador. Los datos, tanto del controlador como de los componentes de campo, se almacenan sincrónicamente y a alta frecuencia y se pueden recuperar a través de una conexión segura desde cualquier ubicación. Para el análisis, los investigadores utilizan la aplicación Analizar mi pieza de trabajo/captura.

Gertjan: “Podemos decidir fácilmente por nosotros mismos cuándo deben y no deben almacenarse los datos. Con el FlowBot, realizamos muchas pruebas en sucesión. No es necesario almacenar datos entre dos mediciones. Como resultado, Edge recopila solo datos de medición útiles. Esto nos permite analizar fácilmente los datos a través de muchos experimentos diferentes, lo que nos permite establecer rápidamente correlaciones entre la fuerza medida y el camino recorrido”.

Implementación técnica

Marcel de Pagter, gerente de proyecto de Batenburg JB Systems, describe un proceso interesante y desafiante: “Para nosotros, este fue el primer proyecto que utiliza el nuevo SINUMERIK ONE y la primera vez que este sistema de control se ha aplicado 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 componentes relacionados con la seguridad”.
Con el apoyo de Siemens, Batenburg JB Systems hizo un uso óptimo del sistema de control SINUMERIK. Para que el tiempo de puesta en marcha sea lo más corto posible, Batenburg JB Systems preparó, simuló y probó digitalmente muchos aspectos utilizando el software SINUMERIK ONE Digital Twin.

Actualmente, el FlowBot cuenta con 23 ejes de operación sincrónica controlados por un solo controlador SINUMERIK. El número de ejes se ampliará aún más en un futuro próximo con la adición de dos robots de 6 ejes. “El FlowBot supera los límites de lo que es posible con el sistema de control Sinumerik”, dice Frank de Korte. “Este tampoco era un proyecto estándar para Siemens, pero desde el principio estábamos seguros de que lo que TU Delft estaba buscando 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: “Buscamos la mayor precisión y podemos medir incluso con mayor precisión de lo que esperábamos. Además, a pesar de la complejidad del FlowBot, la operación es intuitiva y fácil de usar. Gracias a los ejes de seguimiento automático, el FlowBot también es fácil de programar”.