En la búsqueda de desarrollar productos que interactúen de manera efectiva con la intención del diseño, con otros componentes, subsistemas y sistemas, proporcionar confiabilidad y durabilidad, hacemos todo lo posible para evaluar la viabilidad del producto.
Una curva de ciclo de vida típica para el diseño demuestra las fallas al inicio, las zonas de confiabilidad y durabilidad, teniendo en claro la expectativa y el objetivo de lograr distribuciones que reflejan desgaste durante el período de durabilidad.
Buscamos constantemente encontrar métodos para evaluar la capacidad y el riesgo, por eso el objetivo de las pruebas, modelado computarizado como el análisis de los métodos infinitos, el análisis de ingeniería mulfísico, los estudios de probabilidades, el análisis modal de fallos y efectos (FMEA) y el análisis del árbol de fallas (FTA) están pensados para generar y evaluar la información sobre esa capacidad diseñada así se pueden tomar decisiones basadas en la información.
El problema con las pruebas es que la duración de las pruebas de exposición a la tensión en un ciclo de vida normal durante un período prolongado es un lujo que en raras ocasiones se puede financiar, ya que las empresas luchan por tener el primer puesto en el mercado ofreciendo la innovación que lleva a tener una ventaja competitiva y atraer a los clientes hacia el producto.
En términos de pruebas de componentes, existen literalmente infinidades de oportunidades para desarrollar la evaluación de características, propiedades e interacciones. Sin embargo, las interacciones de varias características muy pocas veces demuestran linealidad, particularmente cuando se evalúan materiales y compuestos complejos que a menudo se usan en el diseño de máquinas eléctricas. La capacidad para aislar una característica, propiedad o interacción, aplicar la tensión correspondiente y desarrollar una solución que se pueda predecir y repetir, y al mismo tiempo mantener todas las demás características, a veces es difícil (y costoso) de manejar.
Si pensamos en diseñar un producto que tenga una vida útil de 40,000 horas, para comprobar su confiabilidad deberíamos hacer pruebas 24/7 durante aproximadamente 4.5 años. Como puede ver, esto no es práctico y es carísimo.
Con la intención de reducir la duración de la prueba de tensión en un ciclo de vida normal y agilizar la toma de decisiones basadas en datos precisos, se han desarrollado métodos de prueba reales acelerados para las pruebas de componentes que se operan bajo tensiones de alto nivel o tensiones prologadas, donde se observa la falla de datos.
Si bien la prueba de tensión se puede realizar con el objetivo de observar en qué momento y de qué manera ocurren las fallas, y de usar la información para optimizar el diseño de los componentes, por ejemplo, la selección de propiedades alternativas de resistencia en los materiales o seleccionar mejor la característica del componente, las pruebas de vida útil acelerada se pueden implementar para estos dos objetivos:
' Estudiar cómo se acelera la falla por la tensión y establecer un modelo de aceleración para los datos que provienen de las distintas celdas de tensión que funcionan en paralelo.
' Obtener la información suficiente sobre fallas en niveles altos de tensión para proyectar con precisión (extrapolar) cuál será la vida útil del componente que se usa.
' Proporcionar modelos en los que la evaluación del modelo o alcance se pueda hacer a tiempo, ¡sin tener que repetir la prueba una y otra vez!
Es claro que los sistemas de aislamiento son una parte esencial de los requisitos de validación para rotar máquinas eléctricas, y Cummins Generator Technologies ofrece una variedad de pruebas de vida útil acelerada en otros sistemas, subsistemas y componentes, por ejemplo, a la hora de considerar nuestra aplicación de diseño de sistemas de rodamiento.
La planificación de la prueba y el funcionamiento para un (múltiples) experimento de prueba de vida útil frente al estrés celular puede incluir:
' Recoger varias combinaciones de tensiones relevantes (las tensiones que provocan la falla del mecanismo que se está investigando). Cada combinación es una "célula de tensión". Tenga en cuenta que planificamos para un solo mecanismo de falla a la vez. Las fallas que aparezcan en la prueba por cualquier otro mecanismo se consideran tiempos de funcionamiento registrados.
' Garantizar que los niveles de tensión no sean demasiado elevados —hasta el punto donde se introduzcan los nuevos mecanismos de fallas que nunca ocurrirían en la tensión de uso. Para elegir un novel máximo de tensión admisible se necesita experiencia y/o buen criterio de ingeniería.
' Colocar muestras aleatorias de componentes en cada célula de tensión y poner en funcionamiento los componentes en cada una de ellas durante períodos de tiempo estables (pero posiblemente diferentes).
' Recopilar los datos de fallas de cada célula y usarlos para establecer un modelo de aceleración y un modelo de distribución de vida útil, y usar estos modelos para proyectar confiabilidad en condiciones de tensión de uso.
Una advertencia es que cuando prueba componentes en una célula de tensión para una prueba con período de tiempo estable es común que algunos de los componentes (o probablemente varios de ellos) termine la prueba sin ninguna falla. Se trata del problema de censura, y complica muchísimo el diseño experimental, que puede ser dificultoso de manejar en la ciencia de la estadística.
Dónde usamos la prueba acelerada de vida útil
Por lo general, las máquinas eléctricas, que dependen de las propiedades de materiales de aislamiento para manejar la tensión de carga eléctrica, usan esta prueba acelerada de vida útil para pronosticar los componentes de aislamiento o la vida útil del sistema.
Si pensamos en los materiales de aislamiento, hay una cantidad de factores que se podrían considerar como aceleradores a la hora de degradar las propiedades de aislamiento eléctrico.
Tomemos como ejemplo los componentes del sistema de aislamiento del bobinado, como el papel aislante de Nomex fabricado por DuPont, o los revestimientos de alambre de cobre. Cuando se combinan en dos subsistemas o sistemas, la evaluación de la combinación de materiales a través de la prueba acelerada de vida útil nos permite conocer las interacciones de los materiales dentro de la tensión de funcionamiento, por ejemplo, la tensión ambiental o mecánica. Por último, la prueba acelerada de vida útil del sistema posibilita los pronósticos de la vida útil que respaldan la evaluación del diseño y la confirmación de sus capacidades.