Renault, unos de los líderes en fabricación de coches resuelve ruidos y vibraciones indeseadas del motor utilizando Maple

Cuando un motor se para, varios de sus componentes intervienen en el proceso. Los componentes pueden producir ruido y vibraciones indeseadas cuando el motor se relentiza, que pueden llevar a su deterioro. Jean-Louis Ligier, uno de los directores de Investigación y Desarrollo en Renault, y su equipo se dedicaron a determinar las fuentes de estos ruidos y vibraciones en un motor turbo diesel de 2,2 litros y 4 cilindros. Se percataron que Maple™ es la herramienta más eficiente para modelar el motor y determinar la fuente de ruido indeseado. Todavía más importante, también utilizaron Maple para determinar la solución al problema.

Ligier, que tiene un doctorado en Ingeniería Mecánica, ha estado utilizando Maple durante más de 20 años. Ha utilizado el software en varios proyectos de investigación aplicada, como en análisis térmico variante con el tiempo en componentes de la caja de cambio, optimización del rozamiento del motor y análisis de vibraciones. Lleva trabajando en Renault desde hace más de 12 años, gestionando comportamientos térmicos y de fatiga mecánica en componentes del motor, así cómo determinando nuevas metodologías de simulación para ellos. Su principal objetivo al utilizar Maple fue escribir con gran facilidad las ecuaciones que controlan los componentes del motor.

Cuando se crean modelos matemáticos de varios componentes, se pueden utilizar diferentes programas. Ligier ha encontrado a través de su experiencia que Maple es el programa más fácil y rápido para sus tareas. Ligier dijo, “En comparación con otros, Maple puede hacer en un par de horas lo que otros programas hacen en días de cálculo". "La notación matemática natural me permite entrar las ecuaciones como si las estuviera escribiendo a mano. El hecho es que puedo hacer cálculos simbólicos que me permiten hacer optimizaciones que serían virtualmente imposibles con otro programa. Aún es más, los resultados son extremadamente precisos.”

Cuando en un motor la velocidad decrece son generadas varias resonancias mecánicas. Si existe demasiado movimiento dentro del motor, no solo los componentes crean ruido que alteran al generador, sino que ellos mismos también empiezan a deteriorarse prematuramente. El objetivo del estudio era modelar y comprender la causa de estas vibraciones. El motor modelado fue uno de 4 cilindros de la línea de coches Laguna de Renault. El modelo del motor era un sistema de cinco ecuaciones diferenciales y enfocado principalmente en el cigüeñal, el volante de masa dual (dual mass flywheel o DMF), así como todo el tren de potencia. A partir de estas ecuaciones, Ligier podría estimar el nivel de vibración creado durante la desaceleración del motor. Después de visualizar los resultados de la simulación, se hizo patente que las vibraciones eran producidas principalmente por los impactos dentro del DMF. Para rectificar el problema se implementó una solución bastante simple que involucraba la modificación de la toma de aire mientras se desaceleraba.

Al descubrir la causa exacta del problema se consiguió un ahorro sustancial para Renault ya que todo concluyó con que el problema se solucionaba con una solución muy sencilla—únicamente se requirió una ligera modificación del motor.

Analizando los resultados de la simulación, Ligier redujo el ruido en más del 30%. El modelado del motor en Maple le permitió analizar las ecuaciones simbólicas, lo que facilitó una comprensión más profunda del sistema. Los resultados numéricos fueron visualizados y se descubrió la localización de las vibraciones indeseadas. Al utilizar Maple, fue capaz de crear y correr su modelo en un día, lo que fue un ahorro de tiempo sustancial en comparación a otros programas, que le llevaron más de una semana para la misma tarea. “He usado Maple durante más de 20 years. Siempre me ha gustado lo fácil de usar y potente que es. La posibilidad de realizar tanto cálculos simbólicos como numéricos ha sido un grandísimo ahorro de tiempo para mi, permitiéndome obtener resultados en un día, en vez de las semanas que necesitaba con otro software,” concluyó Ligier.