La teoría se une a la práctica: los estudiantes de ingeniería mecánica optimizan los brazos de las embarcaciones

¿Cómo se puede mejorar un componente que, en su uso diario, falla una y otra vez en el mismo punto? Esta es la cuestión que están investigando los estudiantes y el personal del Instituto de Mecánica de la Universidad de Kassel. El proyecto se centra en la botavara de un bote de remos, que en el futuro deberá ser más duradera y resistente.

El punto de partida del proyecto fue un problema concreto de UNISports: los brazos de los botes fallan con frecuencia en el mismo punto y no pueden sustituirse fácilmente, ya que el fabricante ha dejado de producirlos, explica Lukas Toby, investigador del Instituto de Deporte y Ciencias del Deporte (IfSS). Por lo tanto, para poder seguir utilizando a largo plazo las embarcaciones afectadas, tanto en las actividades de UNISport como en la formación de profesores del IfSS, era necesario desarrollar una nueva solución técnica.

El impulso decisivo lo dio Simon Nowak, entrenador de remo desde hace muchos años en UNISport y estudiante de Ingeniería Mecánica. Fue él quien propuso ponerse en contacto con el Dr. Ing. Matthias Oxe, que cuenta con experiencia propia en el deporte del remo.

Bajo la dirección del Dr. Ing. Matthias Oxe, del Instituto de Mecánica, área de especialización en Mecánica Técnica/Mecánica de Continuos, de la Facultad de Ingeniería Mecánica, el proyecto se lleva a cabo en el marco de un seminario. De este modo, combina la investigación científica con las exigencias prácticas del ámbito deportivo y permite a los estudiantes aplicar sus conocimientos teóricos a un problema real.

En el marco de la asignatura sobre resistencia a la fatiga, los estudiantes analizan diferentes tipos de fallo de los materiales. La atención se centra en el denominado fallo por fatiga, en el que los componentes no se dañan por una carga elevada puntual, sino por numerosas cargas recurrentes a lo largo de un periodo prolongado, explica Joshua Wrobel (ayudante estudiantil del Instituto de Mecánica).

Para registrar las fuerzas reales que se ejercen al remar, se colocaron galgas extensométricas en el punto crítico del brazo. Durante una prueba en el río Fulda, Simon Nowak remó acompañado de una lancha a motor con estudiantes a bordo. Los datos de medición se transmitieron por radio en tiempo real a un smartphone. De este modo, se pudo seguir de forma inmediata qué cargas actuaban sobre el brazo durante el remo.

Posteriormente, los valores de medición obtenidos se comparan con una simulación por ordenador basada en el método de los elementos finitos. El objetivo es validar la simulación y, sobre esta base, desarrollar un componente optimizado. El nuevo brazo debe absorber mejor las fuerzas que se producen y, de este modo, alcanzar una vida útil considerablemente mayor.

Ya se está fabricando un primer prototipo. La elección del material también desempeña un papel importante. Dado que el aluminio pierde resistencia debido al proceso de soldadura, el componente se somete posteriormente a un tratamiento térmico para recuperar en gran medida sus propiedades originales. Paralelamente, también se está estudiando una versión de acero inoxidable como posible alternativa.

Para Aschour Youkhanna, estudiante de ingeniería mecánica, el proyecto supone un valor añadido especial: «Se entiende mucho mejor lo que se trata en clase y uno se da cuenta de lo laborioso que es, en realidad, el desarrollo de un solo componente». Entre sus tareas se encontraba escanear el brazo de la embarcación existente en el laboratorio 3D, crear a partir de él un modelo digital y, a continuación, reconstruirlo en un programa de CAD y compararlo con el escaneo.

También en lo que respecta a la tecnología de medición se requerían soluciones creativas. La unidad de medición utilizada inicialmente resultó poco fácil de manejar. Por ello, el ingeniero de laboratorio Eugen Prints desarrolló una solución propia basada en una Raspberry Pi, con la que se podían registrar y procesar de forma fiable las señales de las galgas extensométricas y prepararlas para la transmisión en directo.

El proyecto demuestra de forma impresionante cómo interactúan la investigación, la docencia y la práctica en la Universidad de Kassel. Los estudiantes adquieren una valiosa experiencia abordando problemas técnicos reales, mientras que UNISport y el IfSS se benefician de componentes innovadores y más duraderos.

El UNISport y el IfSS de la Universidad de Kassel expresan su más sincero agradecimiento a todos los estudiantes, empleados y socios del proyecto por su gran dedicación. El proyecto es un ejemplo de cómo, gracias a la colaboración entre diferentes departamentos, se pueden desarrollar soluciones sostenibles para retos concretos.