RETO DEL CLIENTE
La Universidad de Florida Central (UCF) en Orlando es conocida por su educación de alta calidad e innovación desde su fundación en 1963. Durante este tiempo, el Departamento de Ingeniería Mecánica, de Materiales y Aeroespacial de la universidad ha logrado forjar alianzas estrechas con varios fabricantes y organizaciones de categoría mundial de la zona, como Siemens Power Generation, Lockheed Martin, Pratt & Whitney, Mitsubishi Power Systems e incluso el Centro Espacial Kennedy.
Además de proporcionar una fuente constante de ingenieros bien preparados a estas organizaciones, el departamento es apreciado por trabajar estrechamente con ellas para resolver sus retos técnicos.
Para promover su doble misión de proporcionar una educación superior y apoyar a la industria local, UCF quería agregar pruebas de materiales de alta temperatura a sus principales capacidades. El desarrollo de estas capacidades mejoraría la experiencia de aprendizaje de los estudiantes y beneficiaría a los socios del departamento en la industria local que fabrican productos diseñados para funcionar a temperaturas extremadamente altas.
En 2006, UCF incorporó al Dr. Ali P. Gordon, como profesor de enseñanza y para supervisar el desarrollo de las capacidades de prueba de materiales a alta temperatura. Como estudiante de posgrado en el Instituto Tecnológico de Georgia, los estudios de Gordon se centraron específicamente en la caracterización del comportamiento de los materiales de las palas de las turbinas a altas temperaturas. Esta experiencia lo convirtió en un candidato ideal para llevar las pruebas de materiales del departamento al siguiente nivel.
"El interés del departamento en fortalecer su mecánica experimental tanto en el laboratorio como en el aula me atrajo de inmediato", afirma Gordon. "Y estaba claro que en la UCF estaban reunidas las piezas para construir una de las mejores instalaciones de investigación y prueba del comportamiento mecánico de los materiales del país. Estaba ansioso por comenzar".
Para desarrollar las capacidades de prueba mecánico a alta temperatura del departamento sería necesario adquirir bastidores de carga, controles, software y numerosos accesorios. Por su experiencia, Gordon sabía que el verdadero reto consistiría en conseguir que todos estos componentes funcionaran a la perfección.
“Las pruebas eficaces de materiales en condiciones de servicio extremas implican una orquestación precisa de la fuerza, el movimiento, la adquisición de datos y la simulación ambiental, lo que puede ser muy difícil de conseguir desde el punto de vista de la configuración”, señala Gordon. "Por eso, cuando buscamos un socio de soluciones de prueba, buscamos a alguien que pudiera ofrecer tanto tecnología probada como experiencia en integración de sistemas avanzados. Por eso elegimos a MTS".
SOLUCIÓN DE MTS
En diciembre de 2006, MTS comenzó a trabajar con el Dr. Gordon para desarrollar capacidades de prueba de materiales de alta temperatura para el Departamento de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y de Materiales de la UCF. Esto requirió la integración del sistema de prueba mecánico existente del departamento, que comprendía un bastidor de carga servohidráulico Modelo 810, un controlador TestStar IIs y el software Multi-Purpose TestWare®, con una serie de componentes de simulación ambiental de alta temperatura, incluido un calentador de resistencia MTS, mordazas de cuña hidráulicas refrigeradas por agua modelo 646 y un extensómetro axial de alta temperatura capaz de mantener una alta linealidad y una baja histéresis a temperaturas de hasta 1200 °C.
El sistema recién actualizado permitió al departamento de Gordon realizar una batería completa de pruebas a alta temperatura para apoyar su investigación, a sus estudiantes y a la industria local. “Nuestro nuevo sistema amplió de forma efectiva nuestras capacidades de pruebas mecánicos para incluir la fatiga, la fractura, la fatiga por fluencia, la fatiga de bajo ciclo, la fatiga termomecánica, la carga de tracción y las pruebas de tensión/relajación, todo ello en entornos de muy alta temperatura”, indica.
Gordon cita dos ejemplos de cómo su departamento está aplicando sus nuevas capacidades de prueba a alta temperatura para atender mejor a sus socios de la industria. “Como parte de nuestra relación con Siemens, actualmente estamos sometiendo los materiales de acero para una turbina de vapor en tierra a tensiones térmicas y mecánicas simultáneamente, a temperaturas que oscilan entre 100 °C y 500 °C”, informó. "Además, estamos ayudando al Florida Center for Aerospace & Aero- Propulsion (FCAAP) Technologies a estudiar cómo los componentes con muescas responden a condiciones de fatiga no isotérmicas, de nuevo a 500 °C. Ambas aplicaciones están aportando conocimientos nuevos y valiosos sobre los mecanismos de daños microestructurales que sufren estos componentes en condiciones de servicio."
Gordon menciona que estaba complacido de que las soluciones de prueba MTS de su grupo no se limiten solo a las altas temperaturas o incluso a la exposición térmica.
"Además, estamos trabajando con la Office of Naval Research (ONR) para estudiar el fenómeno del agrietamiento por corrosión bajo tensión (SCC). En concreo, estamos estudiando la dependencia del tiempo de la extensión temprana de la fisura del aluminio con metales líquidos, como Hg, en las proximidades”,menciona Gordon. "Y los ingenieros de la NASA y de United Space Alliance, LLC, están utilizando nuestras capacidades para estudiar la respuesta de fluencia-relajación de los materiales de las juntas. Estos pruebas se realizan ahora a temperatura ambiente, pero estamos estudiando la posibilidad de agregar una cámara u otro dispositivo para simular las temperaturas extremadamente bajas de las condiciones espaciales".
"Independientemente de los entornos agresivos que necesitemos replicar, estamos seguros de que la tecnología MTS es lo suficientemente versátil como para ayudarnos a desarrollar el entorno simulado", añadió.
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
Según el Dr. Gordon, la ampliación de las capacidades de caracterización de materiales en el Departamento de Ingeniería Mecánica, de Materiales y Aeroespacial de la UCF supone enormes beneficios para los estudiantes, la Facultad de Ingeniería e Informática y los socios comerciales de la universidad.
"Ahora podemos esclarecer mejor cómo se comportan los materiales avanzados en condiciones de servicio extremas", dijo Gordon. "Estas capacidades nos están permitiendo profundizar más que nunca en la ciencia de los materiales y está permitiendo a las empresas con las que trabajamos desarrollar herramientas de pronóstico del comportamiento de los componentes más precisas."
Gordon enfatiza que si bien las capacidades de prueba de su departamento son sofisticadas, las herramientas para crear la ejecución de las pruebas son relativamente simples de entender y usar. Este es un beneficio especialmente útil para los estudiantes de ingeniería de la UCF en cursos de laboratorio de mecánica experimental. "La interfaz de usuario sencilla y las herramientas de visualización del software MTS facilitan la comprensión incluso de los conceptos avanzados, en especial para las aplicaciones de fatiga y fractura", afirma Gordon. "La actualización de nuestro equipo ha enriquecido claramente la experiencia de aprendizaje de nuestros estudiantes".
Gordon también cita al personal de MTS como un elemento crucial para la mejora de las capacidades de prueba de su laboratorio. “Ha sido un placer trabajar con MTS, en particular con el personal de soporte técnico”, afirma. "Sabía por experiencia que la tecnología de prueba de MTS es la más confiable del mercado. Ahora sé de primera mano que esta confiabilidad también se extiende a su personal de servicio".
