Banco de pruebas de motores con la serie M5 de Keller

La empresa FPT Motorenforschung AG, con sede en la ciudad suiza de Arbon, desarrolla motores para vehículos y maquinaria del segmento industrial, con el sistema de propulsión CNH.

Alrededor de unos 220 empleados trabajan sobre el terreno para crear los nuevos productos FPT para vehículos utilitarios, maquinaria de construcción y agrícola, para su uso en aplicaciones industriales y marinas. Los motores se examinan minuciosamente en un total de 30 bancos de pruebas. Con el fin de medir su eficiencia, FPT Motorenforschung confía, entre otras cosas, en los transmisores de presión de la serie M5 de KELLER AG, el especialista suizo en sensores de presión.

“Los motores que desarrollamos y probamos en nuestra fábrica cumplen con los requisitos de calidad más estrictos en términos de materiales, emisiones y eficiencia. Para cumplir con estos requisitos, cuando analizamos los motores en nuestros bancos de prueba, tenemos que considerar todas las variables que influyen en su buen funcionamiento. Por ello, necesitamos instrumentos de medición precisos que proporcionen resultados exactos y fiables incluso en las condiciones particulares, a veces muy variables y díficiles, del interior del motor”. Rainer Linsenmeyer, director de TestEngineering / Electronic Measurement en FPT Motorenforschung AG.

El M5 - un diseño que incorpora requisitos de investigación técnica

El trabajo de desarrollo de FPT Motorenforschung se centra principalmente en la reducción de las emisiones de gases de escape y en lograr una alta densidad de potencia, un bajo consumo de combustible, una larga vida útil y la máxima fiabilidad. La eficiencia de un motor depende en gran medida del grado en el que el flujo de aire va hacia la cámara de combustión y en que el retorno de los gases de escape a la salida, no tengan obstáculos. El rango de presión utilizado es menor de 10bar. La prioridad principal es obtener mediciones altamente precisas y dinámicas usando sensores absolutos. Para cumplir con estos requisitos especificos en los motores de prueba KELLER AG ha desarrollado la serie M5. Para un buen análisis fiable de las condiciones y pérdidas de presión, es importante realizar las mediciones lo más cerca posible de los cilindros individuales situados en la entrada. La geometría variable del colector de admisión supone un reto adicional, ya que cada cilindro recibe una cantidad de aire diferente, algo que debe evitarse en la medida de la posible. También en la salida, los gases de combustión en los cilindros individuales pueden causar interacciones indeseadas entre los picos de presión o los pulsos. Los sensores de presión miden estos procesos en la entrada y salida de forma local con un alto nivel de fidelidad de fase.

Cuando se prueban los motores, es importante que los sensores no sean sensibles al ruido estructural, ya que no se puede permitir que los ruidos y las vibraciones del motor interfieran con las mediciones. Después de la medición, los puntos de medición deben cerrarse con un tapón para tener las menor influencia de los flujos de aire. Además, en ambas aplicaciones se pueden conseguir corrientes de compensación de hasta 40 A con la batería del motor, que no deben afectar al sensor. Estos requisitos se cumplieron de forma consecuente en el desarrollo del sensor M5. Asimismo, el transmisor de presión tiene otras características que son ventajosas en este campo especial de aplicación: no se necesitan cables de conexión en el área de los medios, y tampoco hay conectores entre el sensor y la electrónica. Esto elimina las resistencias de contacto adicional y fuentes de error. El racor atornillado para cables está sellado herméticamente (IP67) para minimizar las influencias externas sobre el cable. La mayor parte del sistema electrónico está instalado externamente, lo que permite su posicionamiento en una zona libre de ruidos.

La serie M5: transductores de presión en miniatura ultrarrápidos

Los sensores de presión de la serie M5 HB proporcionan mediciones extremadamente rápidas y precisas con una precisión del 0,1%FE hasta 180° C. La conexión de presión a la rosca fina M5 está diseñada para mediciones estáticas y dinámicas, tales como impulsos de presión. Debido a su diseño en miniatura, estos sensores son ideales para mediciones locales. Su tamaño miniatura hace que estos sensores sean ideales para mediciones locales. Los principales atributos del sensor son un volumen muerto muy pequeño y un buen comportamiento de ventilación. La tecnología trasera aplicada sin medio de transmisión también se utiliza para minimizar la atenuación de la señal de medición. Se prescindió completamente de los selladores y adhesivos, así como de los capilares. Para asegurar que las condiciones de flujo no sean influenciadas innecesariamente, la conexión del proceso debe ser lo más corta posible y, en términos de manejo, debe poder instalarse fácilmente incluso en tubos estrechos. Por lo tanto, el sensor es también muy ligero y capaz de soportar una aceleración rápida.

La serie M5 está disponible con o sin electrónica. En el desarrollo de la electrónica, el equipo de KELLER AG dio gran importancia a la fidelidad de la señal hasta la frecuencia de corte de 50 kHz. Los transmisores de presión M5 HB (es decir, con electrónica) fueron optimizados según las especificaciones técnicas de FPT Motorenforschung AG y ya llevan en uso más de dos años.

Una amplia gama de aplicaciones en la investigación de motores

FPT Motorenforschung utiliza sensores M5 con electrónica en todos sus bancos de prueba de motores. La empresa realiza mediciones en las bombas de aceite, combustible y agua, las líneas de inyectores, los intercoolers, los intercambiadores de calor y los conductos de admisión y escape. El registro de las condiciones de presión permite detectar fluctuaciones de presión, picos u otros fenómenos de presión generalmente inusuales. Los ingenieros pueden entonces usar estos valores como base para revisar el diseño, optimizando aún más los componentes y parámetros de la ECU (la unidad de control).

Los datos obtenidos simplifican la extrapolación de las condiciones dinámicas dentro del motor. Por ejemplo, una pérdida de presión de 1 Pa con un caudal de 1 m3/s -valores típicos para los volúmenes de aire de admisión de los grandes motores de vehículos pesados- se traduce en 1 W de rendimiento perdido. En la práctica, esto significa que una caída de 50mbar en la presión resulta en una pérdida de flujo de hasta 5kW. Por lo tanto, este valor debe mantenerse lo más bajo posible para que el motor sea más eficiente.

Los sensores M5 también se pueden utilizar en los tubos de retorno de los inyectores. Debido a su diseño, los inyectores generan un flujo de retorno a través de las fugas y el enfriamiento. También se miden y optimizan las condiciones de presión en estas tubos, siendo el rango de presión de 1 a 5 bar. La presión del aceite es decisiva para la eficiencia del motor. Suele ser demasiado bajo en motores que funcionan a  bajas velocidades y tiende a ser demasiado alto a altas velocidades.

“Por lo que respecta a la medición de la presión del aceite, era especialmente importante encontrar un sensor que fuera lo suficientemente pequeño. Esto se debe a que los sensores más pequeños tienen menos impacto en las condiciones de flujo reales. Además, hay muy poco espacio para instalarlos con este tipo de aplicación, lo que significa que un sensor estándar nunca iba a ser una opción. El sensor M5 cumplía con todos los requerimientos, con la ventaja de que las aberturas de los sensores pueden cerrarse de nuevo muy cerca del estado original después de la prueba mediante un simple conector M5. Esto significa que cualquier modificación al sistema no distorsionará los resultados de otras pruebas. Nos complace haber encontrado, en el sensor M5, un instrumento de medición fiable que se puede utilizar para una amplia gama de usos en nuestros bancos de pruebas. Desde hace años mantenemos una estrecha colaboración con la empresa KELLER AG. Además de la buena relación calidad-precio, podemos confiar en tener una persona de contacto competente para los problemas técnicos. Debido a que KELLER realiza su fabricación en Suiza, la calidad es tan alta como se espera y contamos con buenos plazos de entrega.” Rainer Linsenmeyer, Jefe de Ingeniería de Pruebas / Mediciones Electrónicas en FPT Motorenforschung AG.

FPT Motorenforschung AG es uno de los siete centros de investigación y desarrollo de FPT Industrial, una filial del grupo industrial CNH, que se dedica al diseño,  producción y la venta de sistemas de propulsión para vehículos industriales. FPT Motorenforschung AG  está involucrada en los proyectos más  importantes y pioneros y  pioneros del segmento de tren de potencia de CNH Industrial, centrados en mejorar las tecnologías ya existentes y desarrollar fundamentalmente nuevas tecnologías. FPT Motorenforschung diseña y fabrica en Arbon motores con los más altos estándares de calidad desde 1982. Además de los motores, la empresa también desarrolla su propia tecnología de pruebas. A la hora de seleccionar una solución para sus mediciones de presión, FPT tuvo en cuenta las especificaciones técnicas, la alta calidad del producto, los cortos plazos de entrega y el buen servicio. La empresa ya había disfrutado de muchos años de experiencias positivas con KELLER AG y había encontrado un socio cuyos productos, al igual que los de FPT, también son fabricados en Suiza: "Desde hace algunos años utilizamos la serie X de KELLER para nuestras mediciones estáticas y dinámicas. La exitosa cooperación muestra las ventajas de la proximidad física entre el usuario y el desarrollador y el alto grado de fiabilidad con la que trabajan tanto los expertos como los productos de KELLER", comenta Linsenmeyer.

KELLER AG cuenta con más de 40 años de experiencia en la fabricación de tecnología de medición piezorresistiva y, desde su fundación, ha desarrollado sensores de presión diseñados a medida del cliente para todo tipo de aplicaciones diferentes. Otra ventaja importante es la gran flexibilidad de la empresa, que le permite implementar los requisitos del cliente de forma adecuada. "Tener una estrecha relación de trabajo con nuestros clientes es muy importante para nosotros. Nos proporcionan algunas sugerencias productivas de mejoras y una valiosa experiencia al ver las aplicaciones en uso. Por supuesto, es particularmente agradable si tienen una base cercana como FPT Motorenforschung. Esto significa que nuestros expertos pueden ver la situación de cerca y participar ellos mismos si hay algún problema técnico", explica Bernhard Vetterli, Director de Desarrollo en KELLER AG für Druckmesstechnik.

Catsensors es representante oficial de Keller AG para España.