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Pruebas de estrés

Las pruebas de estrés son un tipo de prueba intensa o exhaustiva que se utiliza para determinar la estabilidad de un sistema, infraestructura crítica o entidad. Implican realiza...

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Las pruebas de estrés son un tipo de prueba intensa o exhaustiva que se utiliza para determinar la estabilidad de un sistema, infraestructura crítica o entidad. Implican realizar pruebas que superan la capacidad operativa normal, a menudo hasta el punto de ruptura, para observar los resultados.

Entre las razones se incluyen:

  • para determinar los puntos de ruptura o los límites de uso seguro
  • para confirmar que el modelo matemático es lo suficientemente preciso para predecir los puntos de ruptura o los límites de uso seguros.
  • para confirmar que se están cumpliendo las especificaciones previstas
  • para determinar los modos de fallo (cómo falla exactamente un sistema)
  • para probar el funcionamiento estable de una pieza o sistema fuera del uso estándar

Los ingenieros de confiabilidad a menudo prueban los elementos bajo el estrés esperado o incluso bajo un estrés acelerado para determinar la vida útil del elemento o para determinar los modos de falla. [ 1 ]

El término " estrés " puede tener un significado más específico en ciertas industrias, como la ciencia de los materiales, y por lo tanto, las pruebas de estrés a veces pueden tener un significado técnico; un ejemplo de ello son las pruebas de fatiga de materiales.

En biología animal , existen diversas formas de estrés biológico y pruebas de estrés biológico , como la prueba de estrés cardíaco en humanos, que se realiza con frecuencia por razones biomédicas . En fisiología del ejercicio , las zonas de entrenamiento suelen determinarse en relación con protocolos de estrés metabólico, cuantificando la producción de energía , el consumo de oxígeno o los parámetros bioquímicos sanguíneos .

Computación

En informática , las pruebas de estrés (a veces llamadas pruebas de tortura) se pueden aplicar tanto al hardware como al software. Se utilizan para determinar la capacidad máxima de un sistema informático y a menudo se emplean para fines como la escalabilidad para uso en producción y para garantizar la fiabilidad y la estabilidad. [ 2 ] Las pruebas de estrés suelen implicar la ejecución de una gran cantidad de procesos que consumen muchos recursos hasta que el sistema se bloquea o casi se bloquea.

Materiales

Prueba de fatiga del ala del Airbus A380 realizada por el IABG (mostrando el ala deformada hacia arriba superpuesta al ala sin carga). El ala se probó durante un total de 47 500 vuelos, lo que equivale a 2,5 veces el número de vuelos en 25 años de operación. Cada vuelo de 16 horas tardó 11 minutos en simularse en el banco de pruebas de fatiga. [ 3 ]

Las pruebas de fatiga son una forma especializada de ensayo mecánico que se realiza aplicando cargas cíclicas a una probeta o estructura. Estas pruebas se utilizan para generar datos sobre la vida útil a la fatiga y el crecimiento de grietas, identificar puntos críticos o demostrar la seguridad de una estructura susceptible a la fatiga. Las pruebas de fatiga se aplican a una amplia gama de componentes, desde probetas hasta artículos de prueba a escala real, como automóviles y aeronaves .

Los ensayos de fatiga en probetas se realizan típicamente utilizando máquinas de ensayo servohidráulicas capaces de aplicar grandes cargas cíclicas de amplitud variable . [ 4 ] También se pueden aplicar ensayos de amplitud constante con máquinas oscilantes más simples. La vida a fatiga de una probeta es el número de ciclos necesarios para romperla. Estos datos se pueden utilizar para crear curvas de tensión-vida o deformación-vida. La velocidad de propagación de grietas en una probeta también se puede medir, ya sea durante el ensayo o posteriormente, mediante fractografía . Los ensayos de probetas también se pueden realizar dentro de cámaras ambientales donde se pueden controlar la temperatura, la humedad y el entorno que pueden afectar la velocidad de propagación de grietas.

Debido al tamaño y la forma singular de los prototipos a escala real, se construyen bancos de ensayo especiales para aplicar cargas mediante una serie de actuadores hidráulicos o eléctricos . Estos actuadores reproducen las cargas significativas que experimenta una estructura, las cuales, en el caso de las aeronaves, pueden consistir en maniobras, ráfagas de viento, vibraciones y cargas tierra-aire-tierra (GAG). Se aplica repetidamente una muestra representativa o un bloque de carga hasta que se demuestre la vida útil segura de la estructura o se produzcan fallos que requieran reparación. Se instala instrumentación como células de carga , extensómetros y medidores de desplazamiento en la estructura para garantizar la aplicación correcta de la carga. Se realizan inspecciones periódicas de la estructura en torno a concentraciones de tensión críticas , como orificios y accesorios, para determinar el momento en que se detectaron grietas y asegurar que cualquier grieta que se produzca no afecte a otras áreas del prototipo. Dado que no se pueden aplicar todas las cargas, las cargas estructurales desequilibradas suelen transmitirse al suelo del banco de ensayo a través de estructuras no críticas, como el tren de aterrizaje.

Las normas de aeronavegabilidad generalmente requieren que se realice una prueba de fatiga para aeronaves grandes antes de la certificación para determinar su vida útil segura . [ 5 ] Las aeronaves pequeñas pueden demostrar su seguridad mediante cálculos, aunque normalmente se utilizan mayores márgenes de seguridad o factores de dispersión debido a la incertidumbre adicional que esto implica.

Infraestructura crítica

La infraestructura crítica (IC), como autopistas, ferrocarriles, redes eléctricas, represas, instalaciones portuarias, grandes gasoductos o refinerías de petróleo, está expuesta a múltiples peligros y factores de estrés naturales y provocados por el hombre, incluidos terremotos , deslizamientos de tierra , inundaciones , tsunamis , incendios forestales , efectos del cambio climático o explosiones . Estos factores de estrés y eventos abruptos pueden causar fallas y pérdidas y, por lo tanto, pueden interrumpir servicios esenciales para la sociedad y la economía. [ 6 ] Por lo tanto, los propietarios y operadores de IC necesitan identificar y cuantificar los riesgos que plantean las IC debido a diferentes factores de estrés, para definir estrategias de mitigación [ 7 ] y mejorar la resiliencia de las IC. [ 8 ] [ 9 ] Las pruebas de estrés son herramientas avanzadas y estandarizadas para la evaluación de peligros y riesgos de las IC, que incluyen tanto eventos de baja probabilidad y alta consecuencia (LP-HC) como los llamados eventos extremos o raros , así como la aplicación sistemática de estas nuevas herramientas a clases de IC.

Las pruebas de estrés son el proceso de evaluar la capacidad de un CI para mantener un cierto nivel de funcionalidad en condiciones desfavorables, mientras que las pruebas de estrés consideran eventos LP-HC, que no siempre se tienen en cuenta en los procedimientos de diseño y evaluación de riesgos, comúnmente adoptados por las autoridades públicas o las partes interesadas de la industria. Se ha desarrollado una metodología de prueba de estrés multinivel para CI en el marco del proyecto de investigación europeo STREST, [ 10 ] que consta de cuatro fases: [ 11 ]

Fase 1: Preevaluación , durante la cual se recopilan los datos disponibles sobre el CI (contexto de riesgo) y sobre los fenómenos de interés (contexto de peligro). Se definen la meta y los objetivos, el plazo, el nivel de la prueba de estrés y los costos totales de la misma.

Fase 2: Evaluación , durante la cual se realiza la prueba de estrés en el componente y el alcance del sistema, incluyendo el análisis de fragilidad [ 12 ] y riesgo [ 13 ] de los IC para los factores de estrés definidos en la Fase 1. La prueba de estrés puede dar como resultado tres resultados: Aprobado, Aprobado parcialmente y Suspenso, en función de la comparación de los riesgos cuantificados con los niveles de exposición al riesgo aceptables y un sistema de penalización.

Fase 3: Decisión , durante la cual se analizan los resultados de la prueba de estrés de acuerdo con la meta y los objetivos definidos en la Fase 1. Se identifican los eventos críticos (eventos que tienen más probabilidades de causar que se supere un determinado nivel de pérdida) y las estrategias de mitigación de riesgos.

Fase 4: Informe , durante la cual se formulan y presentan a las partes interesadas los resultados de la prueba de estrés y las directrices de mitigación de riesgos basadas en los hallazgos establecidos en la Fase 3.

Esta metodología de pruebas de estrés se ha demostrado en seis infraestructuras críticas en Europa a nivel de componentes y sistemas: [ 14 ] una refinería de petróleo y una planta petroquímica en Milazzo, Italia; una presa de tierra alpina conceptual en Suiza; el gasoducto Bakú-Tiflis-Ceyhan en Turquía; parte de la red nacional de almacenamiento y distribución de gas Gasunie en los Países Bajos; la infraestructura portuaria de Tesalónica, Grecia; y un distrito industrial en la región de Toscana, Italia. El resultado de las pruebas de estrés incluyó la definición de componentes y eventos críticos y estrategias de mitigación de riesgos, que se formulan y se informan a las partes interesadas.

Finanzas

En finanzas , una prueba de estrés es un análisis o simulación diseñado para determinar la capacidad de un instrumento financiero o institución financiera para afrontar una crisis económica . En lugar de realizar proyecciones financieras basadas en estimaciones aproximadas, una empresa o sus reguladores pueden realizar pruebas de estrés para evaluar la solidez de un instrumento financiero ante determinadas crisis, lo que constituye un análisis de escenarios . Por ejemplo, pueden someter el instrumento a las siguientes situaciones de estrés:

  • ¿Qué sucede si la tasa de desempleo aumenta al v% en un año determinado?
  • ¿Qué ocurriría si los mercados bursátiles se desplomaran más de un w% este año?
  • ¿Qué ocurre si el PIB cae un x% en un año determinado?
  • ¿Qué ocurre si los tipos de interés suben al menos un y%?
  • ¿Qué ocurriría si la mitad de los instrumentos de la cartera rescindieran sus contratos en el quinto año?
  • ¿Qué ocurre si los precios del petróleo suben un z%?
  • ¿Qué ocurre si se produce un vórtice polar en una región determinada?

Este tipo de análisis se ha generalizado cada vez más y ha sido adoptado por varios organismos gubernamentales (como la PRA en el Reino Unido o organismos intergubernamentales como la Autoridad Bancaria Europea (EBA) y el Fondo Monetario Internacional ) como un requisito regulatorio para ciertas instituciones financieras para garantizar niveles adecuados de asignación de capital para cubrir posibles pérdidas incurridas durante eventos extremos, pero plausibles. Las pruebas de estrés regulatorias de la EBA han sido calificadas como "un paseo por el parque" por el Economista Jefe de Saxo Bank . [ 15 ] Este énfasis en una determinación adecuada y ajustada al riesgo del capital se ha visto reforzado por modificaciones a las regulaciones bancarias como Basilea II . Los modelos de pruebas de estrés generalmente permiten no solo probar factores de estrés individuales, sino también combinaciones de diferentes eventos. También suele existir la capacidad de probar la exposición actual a un escenario histórico conocido (como el impago de la deuda rusa en 1998 o los ataques del 11-S ) para garantizar la liquidez de la institución. En 2014, 25 bancos fallaron en una prueba de estrés realizada por la EBA .

Médico

Cardíaco

Una prueba de esfuerzo cardíaco es un examen cardiológico que evalúa la respuesta del sistema cardiovascular al estrés externo en un entorno clínico controlado. Esta respuesta al estrés puede inducirse mediante ejercicio físico (generalmente en una cinta de correr ) o estimulación farmacológica intravenosa de la frecuencia cardíaca. [ 16 ]

A medida que el corazón trabaja cada vez más (se somete a estrés), se monitoriza mediante un electrocardiograma (ECG). Este mide los ritmos eléctricos del corazón y la electrofisiología en general . El personal clínico monitoriza simultáneamente la frecuencia del pulso, la presión arterial y síntomas como molestias en el pecho o fatiga. El personal clínico interrogará al paciente durante todo el procedimiento, formulando preguntas relacionadas con el dolor y las molestias percibidas. Las anomalías en la presión arterial, la frecuencia cardíaca, el ECG o el empeoramiento de los síntomas físicos podrían indicar una enfermedad de las arterias coronarias . [ 17 ]

Las pruebas de esfuerzo no diagnostican con precisión todos los casos de enfermedad de las arterias coronarias y, a menudo, pueden indicar su presencia en personas que no la padecen. La prueba también puede detectar anomalías cardíacas como arritmias y afecciones que afectan la conducción eléctrica dentro del corazón, como diversos tipos de bloqueos fasciculares. [ 18 ]

Una prueba de esfuerzo "normal" no ofrece ninguna garantía sustancial de que una futura placa coronaria inestable no se rompa y bloquee una arteria, provocando un infarto . Como ocurre con todos los procedimientos de diagnóstico médico, los datos solo corresponden a un momento específico. Una de las principales razones por las que la prueba de esfuerzo no se considera un método fiable para la detección de la enfermedad arterial coronaria es que, por lo general, solo detecta arterias con estrechamiento severo (aproximadamente un 70 % o más). [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]

Parto

La prueba de estrés por contracciones (PEC) se realiza cerca del final del embarazo (a las 34 semanas de gestación) para determinar la capacidad del feto para soportar las contracciones del parto . El objetivo es inducir contracciones y monitorizar al feto para detectar anomalías en la frecuencia cardíaca mediante un cardiotocógrafo . La PEC es una técnica de vigilancia fetal prenatal.

Durante las contracciones uterinas, la oxigenación fetal se ve afectada negativamente. Las desaceleraciones tardías de la frecuencia cardíaca fetal que ocurren durante las contracciones uterinas se asocian con un aumento de la tasa de mortalidad fetal, retraso del crecimiento y depresión neonatal. [ 22 ] [ 23 ] Esta prueba evalúa la frecuencia cardíaca fetal en respuesta a las contracciones uterinas mediante monitorización fetal electrónica . La actividad uterina se monitoriza mediante un tocodinamómetro . [ 24 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Nelson, Wayne B., (2004), Pruebas aceleradas: modelos estadísticos, planes de prueba y análisis de datos , John Wiley & Sons, Nueva York, ISBN 0-471-69736-2
  2. ↑ "¡Manténlo estable, idiota! Cómo someter a prueba de estrés el hardware de tu PC" . PCWorld . Consultado el 11 de marzo de 2023 .
  3. ↑ "Programa de pruebas y certificación" . Consultado el 27 de febrero de 2020 .
  4. ↑ "Sistemas de prueba de alta velocidad" (PDF) . MTS . Consultado el 26 de junio de 2019 .
  5. ↑ "FAA PARTE 23—Normas de aeronavegabilidad: Aviones de categoría normal" . Consultado el 26 de junio de 2019 .
  6. ↑ Pescaroli, Gianluca; Alexander, David (2016-05-01). "Infraestructura crítica, panarquías y las rutas de vulnerabilidad de los desastres en cascada" . Natural Hazards . 82 (1): 175– 192. Bibcode : 2016NatHa..82..175P . doi : 10.1007/s11069-016-2186-3 . ISSN 1573-0840 . 
  7. ↑ Mignan, A.; Karvounis, D.; Broccardo, M.; Wiemer, S.; Giardini, D. (marzo de 2019). "Inclusión de medidas de mitigación del riesgo sísmico en el costo nivelado de electricidad en sistemas geotérmicos mejorados para una ubicación óptima" . Applied Energy . 238 : 831–850 . Bibcode : 2019ApEn..238..831M . doi : 10.1016/j.apenergy.2019.01.109 . hdl : 20.500.11850/322346 .
  8. ↑ Linkov, Igor; Bridges, Todd; Creutzig, Felix ; Decker, Jennifer; Fox-Lent, Cate; Kröger, Wolfgang; Lambert, James H.; Levermann, Anders; Montreuil, Benoit; Nathwani, Jatin; Nyer, Raymond (junio de 2014). "Cambiando el paradigma de la resiliencia". Nature Climate Change . 4 (6): 407– 409. Bibcode : 2014NatCC...4..407L . doi : 10.1038/nclimate2227 . ISSN 1758-6798 . S2CID 85351884 .  
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  10. ↑ "STREST: Enfoque armonizado para pruebas de resistencia de infraestructuras críticas frente a riesgos naturales. Financiado por el Séptimo Programa Marco de la Unión Europea FP7/2007-2013, bajo el acuerdo de subvención n.º 603389. Coordinador del proyecto: Domenico Giardini; Director del proyecto: Arnaud Mignan, ETH Zúrich" .
  11. ↑ Espósito Simona; Stojadinović Božidar; Babič Anže; Dolšek Matjaž; Iqbal Sarfraz; Selva Jacopo; Broccardo Marco; Mignan Arnaud; Giardini Domenico (1 de marzo de 2020). "Metodología multinivel basada en riesgos para realizar pruebas de estrés en sistemas de infraestructura crítica". Revista de sistemas de infraestructura . 26 (1): 04019035. doi : 10.1061/(ASCE)IS.1943-555X.0000520 . S2CID 214354801 . 
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