Por Charles Blouin
En los seis años transcurridos desde que empezamos a vender nuestra tecnología de banco de pruebas para drones, hemos aprendido muchas lecciones mediante ensayo y error. Una de esas lecciones nos llevó a desarrollar nuestra tecnología (con patente en trámite), el sistema de celdas de carga de estado sólido para medir empuje y par.
Si está familiarizado con nuestros productos, sabrá que nuestros bancos de pruebas combinan las mediciones de empuje y par con el voltaje y la corriente para calcular la potencia y la eficiencia del sistema.
Quizás el concepto más obvio para una herramienta de este tipo, y el más barato de construir, sea un sistema que utilice rodamientos o bujes. (Lo sabemos, ya que es lo que utilizamos en nuestro diseño original de la Series 1585).
Figura 1: Una versión antigua del banco de pruebas de empuje Series 1580
Sin embargo, lo que hemos aprendido es que el uso de rodamientos y bujes presenta varias desventajas:
- Los rodamientos y bujes provocan fricción. El error de fricción aleatoria causa una incertidumbre significativa en la medición (de entre el 2 y el 20 % de la fuerza medida). Aunque el diseño parezca rígido, existen microdeformaciones y movimientos en el sistema.
- Esto provoca histéresis en la medición de la fuerza: la fuerza medida depende de la fuerza aplicada anteriormente. Debido a la naturaleza aleatoria de la fricción, no es posible corregir el error.
- Otro problema de los rodamientos o bujes es que son muy sensibles a la desalineación. Un pequeño impacto, polvo o suciedad puede provocar una lectura falsa. El error no es constante debido a los elementos aleatorios que lo afectan (fricción, polvo, etc.), por lo que no se puede compensar de manera uniforme.
Además de nuestros primeros instrumentos, notamos que muchos bancos de pruebas de empuje para aficionados y diseños construidos por aficionados utilizaban rodamientos y presentaban los mismos problemas. Una vez que descubrimos qué causaba nuestros problemas, lanzamos una versión mejorada de la Series 1585 en 2018 con bisagras semirrígidas para reemplazar las bisagras convencionales. Esto nos permitió reducir nuestra tasa de error de medición a menos del 1 %.
Figura 2: El moderno banco de pruebas Series 1585
El uso de un sistema de estado sólido presenta desventajas, como:
- Se requiere un análisis más exhaustivo, ya que toda la carga recae directamente sobre la unidad de medición de fuerza. La unidad será más frágil si no está diseñada para soportar las cargas laterales y los rangos previstos de par y empuje.
- El diseño debe realizarse cuidadosamente para evitar que los efectos de la expansión térmica afecten a las celdas de carga.
- Múltiples dificultades adicionales relacionadas con el montaje, la minimización de las fuerzas internas y la fabricación.
La única forma de abordar estos problemas fue mediante simulaciones y numerosas pruebas experimentales. Las pruebas que realizamos incluyeron calibración y verificación con cientos de puntos, pruebas de resistencia y cientos de horas de pruebas de motores.
En general, dada nuestra experiencia, recomendamos encarecidamente que cualquier herramienta de medición de empuje y par utilice un diseño de estado sólido sin pivotes ni rodamientos. En un entorno profesional, perder meses de pruebas debido a datos defectuosos puede resultar extremadamente costoso. Las pruebas deben repetirse y el lanzamiento del producto puede retrasarse. También existe el riesgo de una retirada de producto si los datos defectuosos se utilizan en la producción.
Aunque tienen un diseño más sencillo, hemos abandonado por completo los pivotes y rodamientos tradicionales en nuestros diseños de bancos de pruebas de empuje debido a los problemas mencionados anteriormente.
Si desea obtener más información, póngase en contacto con nosotros o consulte nuestro informe sobre las diferencias medidas entre un sistema de estado sólido y uno que utiliza rodamientos (ver el informe aquí):