Al reflexionar sobre otro año espléndido presentando/enseñando métodos de ingeniería y ayudando a los clientes de Accuris a encontrar las herramientas y el apoyo adecuados para diseñar de forma creativa los productos del futuro, llego a la conclusión de que una frase resume un tema recurrente para 2024: "trabajar en medio de la incertidumbre".
Hace tiempo que me di cuenta de que si no aprendo algo cuando hago una presentación, es que no he ampliado lo suficiente mi zona de confort ni la de mi público, y los miembros de la audiencia no han aprendido todo lo que podrían haber aprendido. Por lo tanto, probablemente no les haya sido tan útil como podría haber sido.
Por ejemplo, en una de mis sesiones en la Conferencia sobre Aeronaves, Aeronavegabilidad y Sostenimiento de 2024 celebrada en San Antonio, Texas, exploré los tres aspectos del diseño y montaje de uniones atornilladas aparentemente sencillas.
He explicado en numerosas ocasiones las incertidumbres y, en ocasiones, las suposiciones dudosas de la teoría clásica de los libros de texto utilizada para especificar cuánta fuerza de pretensado debe cargar la unión, especialmente cuando los componentes unidos están fabricados con materiales diferentes y se dan una serie de temperaturas de funcionamiento. Una buena práctica de diseño da como resultado un rango de pretensión que, para minimizar las tensiones por fatiga, será lo más alto posible sin poner en riesgo la fluencia del perno. Esto es todo lo que la mayoría de los cursos universitarios tienen tiempo y conocimiento de los métodos relevantes para la industria para enseñar.
Más allá de eso, existe una mayor incertidumbre en cuanto a la precisión con la que se aprieta el perno (a un valor dentro de ese rango) durante el montaje. La mayoría de las empresas utilizan una "llave dinamométrica" estándar y calculan el ajuste utilizando una fórmula clásica de los libros de texto. Desgraciadamente, incluso en condiciones de montaje en fábrica, la precisión para alcanzar la precarga deseada puede variar en un ±25 %.
En relación con esto, es imposible establecer una relación empírica que ofrezca una solución precisa al problema de medir el par aplicado. Afortunadamente, un análisis de los exhaustivos resultados de las pruebas disponibles en las metodologías ESDU proporciona un método para determinar, en el caso de tuercas y tornillos pequeños, los valores aproximados de tensión inducida por un par específico.
Gráfico que muestra bandas de dispersión que representan la incertidumbre
El tercer aspecto del reto que plantean las uniones atornilladas prácticas es su potencial para aflojarse por sí solas. Aunque es poco probable que un conjunto de tuerca y perno correctamente apretado se afloje durante su uso en condiciones de funcionamiento estables, se puede perder hasta un 20 % de la precarga cuando las superficies de los componentes acoplados se asientan. Se pueden producir otras pérdidas más graves de fuerza de sujeción cuando los conjuntos atornillados se someten a vibraciones (a menudo inesperadas) durante su uso.
Al presentar un ejemplo típico de autoaflojamiento experimentado por uno de los clientes europeos de ESDU y su solución con nuestros métodos validados, fue gratificante que dos ingenieros se acercaran a mí después de mi charla para comentar el mismo problema que estaban tratando de resolver en uno de los tipos de aviones de su flota.
Lo interesante de la historia es que estos ingenieros y nuestro cliente europeo no sabían con certeza por qué sus pernos se aflojaban ocasionalmente, ¡pero la junta modificada de nuestro cliente no ha vuelto a tener ese problema!
Por último, mi presentación estaba dirigida a ingenieros a los que, con razón, se les exige utilizar métodos, datos y software validados que cumplan los estrictos requisitos de la certificación aeronáutica. De vuelta en el Reino Unido, estuve hablando de otra unión atornillada con un ingeniero que trabajaba en una aplicación de "ingeniería general", en la que las instrucciones de montaje del producto indicaban "ADVERTENCIA: No apretar en exceso".
Además de las instrucciones imprecisas, tampoco se tuvo en cuenta la temperatura, si los tornillos y tuercas debían lubricarse durante el montaje, y se eligió un tornillo barato con una rosca de paso grueso. La persona encargada de la ingeniería reconoció que "a veces había problemas con el frío"...
Aunque el fallo de un perno en ingeniería general puede no tener las consecuencias catastróficas que podría tener el fallo o "aflojamiento" de una junta en una aeronave, el daño a la reputación y al saldo bancario de cualquier empresa por no abordar un problema tan fácil de resolver durante el diseño puede ser muy grave. Es gratificante, tanto a nivel profesional como personal, que los métodos validados de ESDU, respaldados por nuestro servicio de ingeniería, proporcionen soluciones prácticas para todos los aspectos del diseño de uniones atornilladas y el funcionamiento en servicio a quienes buscan productos mejores y más seguros.
Afortunadamente, si hay algo seguro en 2025, es el placer continuo que mis colegas de Accuris y yo obtendremos al ayudar a otros ingenieros a ser conscientes de las incertidumbres en su trabajo profesional y a lidiar con ellas.
¿Desea conocer más opiniones de John sobre la ingeniería en el sector aeroespacial y de defensa? Vea la grabación de nuestro seminario web, en el que conversó con Chris Burrows, ingeniero de Rolls Royce.
