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Reducen el consumo de máquinas fresadoras manteniendo su productividad

Investigadores de Tecnalia y la Universidad del País Vasco (UPV/EHU) han desarrollado un modelo de simulación que permite reducir un 20% la masa y el consumo de las máquinas fresadoras sin reducir su productividad. El estudio se publica en el International Journal of Machine Tools and Manufacture y se ha aplicado con éxito en una fresadora real.

Fresadora universal. Imagen: IES Politécnico Sevilla.

Difícilmente habrá un lugar donde la máquina-herramienta tenga más tradición que en el País Vasco. Y ante un mercado tan competitivo, ¿cómo llamar la atención? Pensando de manera diferente, tal y como lo ha demostrado Juanjo Zulaika. Este investigador de Tecnalia pretendía diseñar una fresadora de gran volumen ecoeficiente, sin sacrificar la productividad. Junto a otros dos compañeros de la UPV/EHU han publicado su estudio en la revista de mayor impacto en el sector: el International Journal of Machine Tools and Manufacture.

La investigación ha sido llevada a cabo bajo la supervisión de Norberto López de Lacalle Marcaide, catedrático de Fabricación en esta universidad. Según explica Zulaika, “normalmente, el objetivo de estos diseños es que la máquina sea lo más sólida posible. Pero en mi modelo no es así, y supone un gran cambio de chip en este mundo”. El investigador ha reducido la masa para priorizar el dinamismo, y, de esta manera, ha rebajado el consumo en un 20 %.

Las fresadoras de gran volumen tienen una altura de unos tres o cuatro metros, y 10-15 metros de longitud. Se utilizan para hacer piezas de gran tamaño, como, por ejemplo, los soportes de los vagones ferroviarios. Este tipo de aparatos suelen ser pesados y torpes, difíciles de mover, por lo que consumen gran cantidad de energía en estas tareas. Ahí es donde se ha centrado la investigación. Por ejemplo, si la máquina tiene una columna de cinco toneladas, se ha aligerado hasta dejarla en tres o cuatro toneladas: “Si reduzco en un 20 % el peso de los componentes de la máquina, la reducción energética es proporcional”.

La productividad como punto de partida

Estas tareas de aligeramiento han tenido dos limitaciones: el peligro de debilitar en exceso los componentes y la necesidad de tener que mantener la productividad habitual. Según sus promotores, ahí está el quid de la investigación, ya que se ha creado un modelo innovador de simulación para establecer y conocer dichos límites de antemano.

Es innovador porque el objetivo es la productividad, y en función de esta se estructura todo lo demás: “He introducido la dinámica de la máquina y la del proceso en un modelo integrador. Yo decido cuál es el objetivo en cuanto a productividad, y el modelo me dice qué límites tiene la fresadora. Es como si un médico le hiciera un diagnóstico a la máquina: nos dice qué componentes están excesivamente robustos y cuáles están demasiado débiles”.

Además, el modelo de simulación se ha aplicado a una fresadora auténtica, verificando así su utilidad. Concretamente, se ha desarrollado una máquina nueva de cuatro metros de altura para una empresa del sector. Los resultados han superado las expectativas.Zulaika ha realizado primero el diagnóstico para esta nueva fresadora, para lo que ha tomado como punto de partida el nivel de productividad de la máquina utilizada previamente en esta empresa.

Después, siguiendo las instrucciones del modelo de simulación, se han aligerado las partes excesivamente robustas de la máquina y se han reforzado las más debilitadas, consiguiendo así reducir su masa en un 20 %. Además, se han añadido amortiguadores para suavizar el choque entre componentes cuando la fresadora está en marcha. Gracias a esta medida complementaria, no solo se mantiene la productividad, sino que se consigue incrementarla.

“El objetivo en sí era mantener la productividad y reducir el consumo de energía; con eso le basta a cualquier empresa. Pero al final, al combinar las dos medidas, los resultados han sido mejores de lo previsto”, explica el investigador. En comparación con la máquina que se utilizaba antes en esta empresa, la productividad ha aumentado un 100 %, en los mejores ensayos. Ahora ya trabajan con la nueva fresadora optimizada gracias al modelo de simulación.

Referencia bibliográfica:

J.J. Zulaika, F.J. Campa, L.N. Lopez de Lacalle. “An integrated process–machine approach for designing productive and lightweight milling machines”. International Journal of Machine Tools and Manufacture 51 (7-8): 591-604, julio-agosto 2011.

Fuente: UPV/EHU
Derechos: Creative Commons
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