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Acelerar la electrificación de los aviones con el escaneo 3D

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La electrificación de los vehículos ha recibido mucha tinta y tiempo de emisión en los últimos años como una alternativa convincente a los automóviles y camiones tradicionales que funcionan con combustible.

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Pero ¿sabía usted también que los equipos de I+D aeroespacial y los grupos de investigación de las universidades también están compitiendo para desarrollar aeronaves eléctricas con el fin de mitigar los costos altísimos asociados con el consumo de combustible de las aeronaves, así como el impacto negativo de las aeronaves basadas en el combustible en el medio ambiente? Según la Asociación Internacional de Transporte Aéreo, el combustible representa casi el 50% del costo total de propiedad de una aeronave. Esto constituye un argumento convincente para la electrificación de las aeronaves. Y los fabricantes de aviones están apostando por ello.

La Universidad de Sherbrooke, una universidad de vanguardia en la provincia de Québec, también está preparando el camino para los aviones eléctricos. Veintiún estudiantes del departamento de ingeniería mecánica de la universidad, así como estudiantes universitarios locales están haciendo su parte para transformar la industria aeroespacial. Su proyecto, HERA (Hybrid Extended Range Aircraft) es un proyecto de fin de estudios, que durará más de dos años, y que consiste en la electrificación de un avión KR-2 de dos plazas. Para lograr esta tremenda hazaña, el equipo ha estado utilizando el digitalizador 3D HandySCAN de Creaform para las inspecciones, el control de calidad y la ingeniería inversa: "El objetivo de nuestro proyecto es probar la viabilidad de utilizar la electricidad para la propulsión de la aeronave y desarrollar un prototipo completamente funcional y de alto rendimiento de un KR-2 eléctrico, la primera aeronave eléctrica de fabricación casera en Canadá", explicó François Lachance, uno de los líderes del proyecto. "La segunda misión del proyecto consiste en compartir los conocimientos y aptitudes que hemos desarrollado en el curso de los últimos meses con otras escuelas y empresas aeroespaciales para que puedan beneficiarse de nuestros hallazgos y desarrollar sus propias versiones eléctricas o híbridas"

Como patrocinador principal del proyecto, Creaform ofreció al equipo de HERA un digitalizador 3D HandySCAN para que varios miembros del equipo pudieran llevar a cabo varias inspecciones dimensionales, así como realizar ingeniería inversa de toda la aeronave. "Debido a que el avión fue construido por individuos, no teníamos ningún modelo en 3D. Además, el prototipo inicial no era necesariamente perfectamente simétrico y el tamaño real de algunos componentes difería del de nuestros planos de montaje"

Gracias a las tecnologías de medición en 3D de Creaform, el equipo pudo crear con precisión y rapidez modelos digitales de la estructura interna y externa de la aeronave, todo ello en un fin de semana y con la asistencia de tres miembros del equipo. Lachance dijo: "La calidad del modelo digital fue muy crucial para ayudarnos a diseñar los diferentes sistemas de la aeronave" El equipo quedó específicamente impresionado por la portabilidad y la precisión (hasta 0,030 mm) del HandySCAN 3D, y por la facilidad de uso del software VXmodel de Creaform y sus funciones de digitalización a CAD, que ayudaron al equipo a optimizar fácilmente sus mallas 3D en modelos CAD en su software de CAD preferido.

Lachance también mencionó que el HandySCAN 3D aceleró todo el proceso de medición e inspección, lo que habría sido engorroso y habría llevado demasiado tiempo y aumentado la probabilidad de que se produjeran errores si se hubiera llevado a cabo manualmente. Aún más impresionante: el equipo estimó que si hubieran utilizado los métodos manuales tradicionales, les habría llevado hasta 300 horas realizar el proceso de medición y digitalización. Con el HandySCAN 3D, ¡sólo les llevó 80 horas!

Además, los modelos 3D que se generaron con el HandySCAN 3D permitieron al equipo realizar análisis de elementos finitos (FEA) en la estructura de la aeronave.

HERA es el resultado de una colaboración conjunta entre el equipo de desarrollo y los principales patrocinadores, entre los que se encuentran Bombardier, Pratt & Whitney Canada, Siemens, Unither Bioélectronique, Optis Ingénierie, Creaform, L3 Harris, National Research Council Canada y MayaHTT. "Es una gran oportunidad para los interesados de la industria trabajar codo a codo con los prometedores estudiantes de ingeniería para crear el futuro de las poderosas aeronaves eléctricas", añadió Lachanced.

En este momento, el principal objetivo del equipo, desde una perspectiva técnica, es demostrar que su prototipo puede volar. La aeronave se presentará inicialmente por primera vez en el evento de ingeniería de fin de año de la Université de Sherbrooke y en una de las mayores exposiciones de Canadá en la que se mostrarán proyectos de ingeniería a principios de diciembre de 2019. Las primeras pruebas en tierra se llevarán a cabo para comprobar la maniobrabilidad y la potencia de la aeronave en enero de 2020. Al mismo tiempo, la aeronave también será inspeccionada por el Ministerio de Transporte del Canadá. "¡Estamos en las últimas millas para ver nuestro proyecto cobrar vida!"

"El avión tendrá un motor eléctrico y baterías muy potentes", indicó Lachance. "Uno de los mayores desafíos ha sido diseñar y ensamblar una batería de iones de litio de forma segura. Esto significó que tuvimos que realizar varias pruebas para mitigar la fuga térmica, así como determinar los niveles de rendimiento eléctrico y mecánico del motor"

Además, otro desafío que el equipo tuvo que afrontar fue integrar sin problemas todos los sistemas de la aeronave juntos. "Debido a que nuestro avión es una primicia en América del Norte, las normas y estándares de aeronavegabilidad aún no han sido desarrollados o certificados para este tipo de propulsión eléctrica. La seguridad de las baterías y del piloto es primordial", señaló Lachance.

El trabajo del equipo de HERA se completó en una sala dedicada a albergar vehículos eléctricos, a diferencia de un entorno de laboratorio cerrado. "Teníamos la confianza de que la precisión y la repetibilidad de los resultados de nuestras mediciones no se veían comprometidas debido a la ubicación de nuestro trabajo." Lachance atribuye el hecho de que sus resultados no se vieron comprometidos debido a que el HandySCAN 3D es un dispositivo de auto-posicionamiento y su sistema de referencia dinámica que bloquea la posición del escáner a la pieza, haciéndolo impermeable a los movimientos y las vibraciones.

El proyecto HERA de la Universidad de Sherbrooke es sólo un ejemplo de cómo el paquete educativo ACADEMIA de Creaform está ayudando a las facultades de ingeniería de todo el mundo a beneficiarse de las ventajas de las soluciones de medición 3D para ayudarlas a llevar la tecnología más allá. De hecho, muchas universidades están lanzando laboratorios dirigidos por estudiantes con escáneres 3D para que los ingenieros del mañana puedan aprender sobre metrología de forma práctica y desarrollar proyectos sorprendentes con este campo emergente y sus tecnologías de medición 3D asociadas.

Permanezca atento a las actualizaciones de los próximos resultados de las pruebas de HERA y a las futuras contribuciones de Creaform a este proyecto pionero

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