El ingeniero industrial Eduardo Jiménez Ruiz (Tudela, 1977) ha defendido su tesis doctoral en la Universidad Pública de Navarra (UPNA), centrada en mejorar la vida útil de los tubos de cobre que forman parte de las bombas de calor, un componente habitual en electrodomésticos como secadoras o aires acondicionados. La investigación ha desarrollado un modelo que analiza cómo afectan las vibraciones y otros esfuerzos que estos sistemas soportan durante su funcionamiento, con el fin de prever posibles fallos antes de que se produzcan y así mejorar el diseño y alargar su vida útil.
Eduardo Jiménez Ruiz, nuevo doctor por la UPNA.
Uno de los principales objetivos del estudio ha sido entender mejor cómo se comportan estos tubos ante las cargas repetidas que genera el compresor, un componente que impulsa el gas en las bombas de calor y genera vibraciones durante su funcionamiento. Para ello, se ha desarrollado un modelo que permite prever desde el diseño cómo vibrará el sistema completo. Esto es importante porque, si las vibraciones coinciden con ciertas frecuencias naturales (los ritmos propios a los que un objeto tiende a vibrar), pueden provocar daños prematuros en los materiales.
El modelo incluye los tubos de cobre, el compresor y los apoyos que los sujetan, y se ha construido mediante simulaciones por ordenador. Para que estas simulaciones fueran precisas, ha sido necesario conocer con detalle las propiedades del material, en especial, su rigidez. Dado que el cobre empleado en estos tubos puede presentar distintas características según cómo se haya fabricado, la tesis propone un método sencillo para medir esta rigidez mediante sonidos recogidos con micrófonos.
Rotura por fatiga
Además de estudiar el comportamiento del sistema ante vibraciones, la investigación ha recopilado datos sobre cuánto pueden durar estos tubos antes de romperse por fatiga, es decir, por el efecto acumulado de pequeñas tensiones a lo largo del tiempo. Como apenas existen datos específicos del tipo de cobre utilizado (Cu-DHP), el estudio se ha apoyado en información de otros cobres similares con una composición química parecida y ha analizado qué factores pueden acortar o alargar su vida útil.
Para estimar cuánto resistirán estos tubos, se han empleado simulaciones por ordenador basadas en métodos simplificados que permiten ahorrar tiempo y recursos sin perder precisión. Estas simulaciones se han validado mediante pruebas reales, aplicando presión y fuerzas de flexión a tubos con distintos grosores. Los resultados han confirmado que el modelo propuesto es fiable, aunque, según Eduardo Jiménez, “ligeramente menos conservador” que otros ya existentes. En otras palabras, el nuevo modelo no exagera tanto el peligro de rotura como otros. Calcula de forma más realista, sin aplicar márgenes de seguridad tan amplios.
Tres modos de rotura de los tubos
Durante los ensayos también se han identificado tres tipos distintos de rotura, que se han tenido en cuenta a la hora de prever cuánto pueden durar los tubos. Finalmente, se ha utilizado un método habitual en ingeniería para calcular el desgaste acumulado que provocan todas las cargas a lo largo del tiempo. No obstante, el trabajo subraya que sería necesario realizar más pruebas para mejorar la precisión de estos cálculos.
Como línea futura, la investigación propone medir directamente las deformaciones en los tubos mediante sensores específicos, llamados galgas extensométricas. Para ello, el modelo creado permite determinar en qué puntos de los elementos tubulares conviene colocar estos sensores, evitando así zonas donde podría producirse una deformación permanente.
La tesis doctoral de Eduardo Jiménez ha sido dirigida por Carlos Berlanga Labari, profesor titular del Departamento de Ingeniería e investigador del Instituto de Materiales Avanzados y Matemáticas (INAMAT²) de la UPNA, y por Rubén Lostado Lorza, catedrático del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Universidad de La Rioja.
Breve currículum
Eduardo Jiménez se tituló en Ingeniería Industrial en 2002 en la UPNA, estudios que incluyeron una estancia en la Hochschule Niederrhein-Universidad de Ciencias Aplicadas de Krefeld (Alemania) gracias al programa Erasmus. Posteriormente, cursó el Máster en Ingeniería de Materiales y Fabricación (2006) y el doctorado en la institución académica navarra, que ha concluido este año con la defensa de su tesis doctoral.
El nuevo doctor por la UPNA inició su trayectoria laboral en Alemania, en el Parque Tecnológico de Siemens en Mülheim an der Ruhr, donde trabajó durante diez meses gracias a su estancia como estudiante erasmus en un proyecto de I+D en el Departamento de Dinámica del Rotor de Turbinas de Vapor. Después, ha ejercido su profesión de ingeniero en Meggitt Electronics (antigua Nacesa, Tudela), Knorr-Bremse (anteriormente conocida como Icer Rail, Pamplona) y BSH Electrodomésticos (Esquíroz). También ha sido profesor asociado de la UPNA durante cuatro cursos (entre 2008 y 2012), cuando impartió la asignatura de Diseño de Máquinas.