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Ingeniería mecánica

Livianas como para alzar vuelo

La estructura de las alas de un avión de Embraer fue desarrollada con el apoyo de una pequeña empresa

La entrega de las primeras alas del jet Embraer 190 de parte de la subsidiaria brasileña de la empresa Kawasaki, una de las principales industrias aeronáuticas de Japón, fue celebrada con una ceremonia especial al final del año pasado. Sucede que es realmente grande la expectativa de que esta aeronave, con capacidad para cien pasajeros, presentada oficialmente en febrero de este año, conquiste una significativa fracción del mercado mundial de jets comerciales. Entre los socios que trabajan en el desarrollo y la construcción del avión se encuentra la firma Fibraforte, una pequeña empresa de São José dos Campos (interior de São Paulo). Dicha empresa aplicó herramientas computacionales en el desarrollo de la estructura del ala, con el objetivo de hacerla más liviana, un requisito esencial en el sector aeronáutico. Es una metodología de una amplia aplicación, que puede utilizarse también en proyectos de estructuras de satélites con el fin de reducir su peso y disminuir así los costos de producción.

Antes de granjearse la confianza de la fabricante de aviones, Fibraforte trabajó inicialmente para Embraer en el marco de un programa destinado a automatizar los procesos de desarrollo de productos. Jadir Nogueira Gonçalves, presidente de la empresa, explica que el proyecto comprende, desde la concepción del producto, pasa por la etapa de análisis de la estructura siguiendo reglas de manufactura y va hasta la generación del modelo, que es la traducción matemática de la pieza en una herramienta virtual transferida después a un equipo de fabricación.

Esta metodología, denominada ingeniería basada en el conocimiento, del inglés knowledge based engineering , se basa en la filosofía de eliminar las tareas repetitivas realizadas por los ingenieros. Se traduce mediante el montaje de una base de datos, la creación de software y la integración de herramientas de otros proyectos existentes. “El resultado es una base de capacitación que crea y establece las reglas de los proyectos adoptadas por la empresa”, subraya Gonçalves.

Rutinas simplificadas
La invitación a prestar servicios para Embraer se concretó a finales de 1999, período en el que la empresa se encontraba dando inicio al proyecto de los jets de la familia 170/190, y Fibraforte estaba empezando a desarrollar un proyecto en el área de optimización de estructuras financiado por la FAPESP y coordinado por la ingeniera civil Susana Angélica Falco Meira, que actualmente trabaja en una consultora naval con sede en Río de Janeiro.

Para esta pequeña empresa dirigida por dos ingenieros aeronáuticos, esta colaboración tuvo otros despliegues y resultó en una prometedora relación comercial con empresas extranjeras socias de la fabrica de aviones. Anteriormente la empresa tenía como foco la prestación de servicios de ingeniería y la fabricación para el sector aeroespacial, entre lo que se encontraba el suministro de componentes para el Satélite Sino-Brasileño de Recursos Terrestres (CBERS), solicitados por el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, sigla en portugués).

“En un primer momento, las operaciones concretadas en el sector aeronáutico tenían su foco en el área de cálculo estructural y proyecto de productos, pero con el correr del tiempo comenzamos también a aplicar nuestros conocimientos en el área de optimización de estructuras”, informa Gonçalves. Estos conocimientos fueron adquiridos a partir de una propuesta que tenía como objetivo inicial el desarrollo de un software para la optimización de estructuras con rutinas de trabajo sencillas y fáciles de comprender, y ejecutadas por los ingenieros proyectistas.

Este sistema debería ser utilizado junto con otros ya existentes, como el MSCNastran, comercializado por la estadounidense MSC Software. De acuerdo con Gonçalves, la definición de un problema de optimización de estructura en el MSCNastran es una tarea compleja, pues requiere de mucho conocimiento teórico del tema, lo a su vez que restringe su uso. Normalmente los cálculos son hechos manualmente todavía hoy en día, pues incluso el programa de MSC exige una serie de intervenciones a cargo del usuario.

La observación de que esta tarea repetitiva demanda un gran gasto de tiempo para proyectos que normalmente tienen un corto plazo de ejecución inspiró a los ingenieros de Fibraforte a trabajar en una herramienta que diera automáticamente la respuesta requerida, bastando con que el usuario siguiera los pasos propuestos. Para ello uno de los programas escogidos para su inserción al MSCNastran fue el Faipa, un algoritmo (la metodología para resolver un problema en un número finito de etapas) de optimización creado por el profesor José Herskovits, de la Universidad Federal de Río de Janeiro. La unión de estas dos herramientas mostró ser efectivamente más eficiente en la resolución de algunos problemas de estructura, pero el tiempo requerido y la manera de solucionarlos no eran precisamente aquéllos que los investigadores esperaban.

Así y todo, precisamente este proceso demostró la existencia de un mercado prometedor para el desarrollo de herramientas automatizadas para la optimización de estructuras basadas en programas comerciales. “En el decurso de los contactos con MSC descubrimos que el software MSCAcumen, utilizado para crear un modelo a la medida de la estructura para análisis, tiene interfaz con otros productos de la empresa, como el Nastran, y permite automatizar las rutinas dentro de un ambiente de ingeniería”, relata Gonçalves.

Este descubrimiento derivó en el desarrollo de un programa base que sistematiza la secuencia de funciones ejecutadas desde la concepción hasta la generación del informe del proyecto, demostrando así que cumple con todos los requisitos de desempeño y de seguridad. Al adaptarse a las necesidades del cliente, le ahorra tiempo al usuario, que debe apenas seguir los pasos indicados para encontrar la mejor estructura para su proyecto.

El Proyecto
Desarrollo de una Herramienta para la Optimización de Estructuras (nº 99/06295-3); Modalidad Programa de Innovación Tecnológica en Pequeñas Empresas (PIPE); Coordinadora Suzana Angélica Falco Meira – Fibraforte; Inversión R$ 227.593,00 y US$ 26.000,00

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