laboratorio nº1 (curvas de performace) (autoguardado)

Curvas de Performace de lo MCI 1

CURVAS DE PERFORMACE DE LO MCI

1. INTRODUCCIÓN.

1.1. ANTECEDENTES.

En la construcción de maquinas (motores) se requiere hacer varias pruebas que en si se los hace antes de que sean vendidos al mercado. Esto por norma; además que como información objetiva que caracteriza al producto.Dentro de esta especificación tenemos a curvas de performace que nos señalan las revoluciones por minuto, el par que se aplica, el consumo de horario de combustible.

1.2. OBJETIVOS.

Calcular y construir el diagrama de curvas de performace. Agregar en conocimiento bancos de pruebas para MCI Viendo el conocimiento adquirido complementar sus tecnologías y principios de

medición.

1.3. FUNDAMENTO TEORICO.

Deacuerdo con la teoría podemos indicar las siguientes ecuaciones que nos servirán para trazar las curvas de performace: tanto para el par del motor consumo de combustible:

Para el par del motor tenemos que;

M = 95493 • Pn

[Nm ] ec.1.3.1

Donde: M = Par Motor Teórico Limite [Nm] P = Potencia teórica Limite [kW] n = Numero de revoluciones por minuto [rpm]

En curvas de performance es necesario la curva de consumo especifico de combustible para ello se tiene la ecuación 1.3.2

bef = 3600 • ρ k • nv

Rac • pmef

[grkW-Hr

] ec.1.3.2

Donde : bef = Consumo especifico de combustible. [gr/ Kw-Hr] pmef = Presión media efectiva.[Mpas] ρk = Densidad de carga de alimentación [Kg/m3 ] nv = Rendimiento volumétrico.

Para el consumo Horario combustible tenemos que:

B = bef • P1000

[Kg /H r ] ec.1.3.6

GRUPO 7 INFORME DE LABORATORIO 1


1.3.1. CURVAS CARACTERÍSTICAS

Las curvas características indican como varían las magnitudes físicas en función de las revoluciones del motor. Para representarlas se utilizan diagrama en los que se especifican las revoluciones en el eje de abcisas, y los diferentes parámetros, con sus unidades, en el eje de ordenadas (.En este apartado se explican cuatro curvas características:– Curva de par motor.– Curva de potencia.– Curva de consumo especifico– Curva de consumo horario de combustible.

Fig 1.3.1 Curva de características de un motor MCI

1.3.2. CURVA DE PAR MOTOR

El valor del par motor no es constante ya que, a pesar de que el radio de la muñequilla del cigüeñal sea siempre el mismo, la fuerza que reciba el cigüeñal del pistón a través de la biela varia porque la presión que se genera en la cámara de compresión cambia por una serie de factores.En la figura 1.3.2 podemos apreciar como aumenta el par motor hasta llegar a 2?200 revoluciones, y a partir de aqui empieza a descender.

Fig 1.3.2 Curva de par motor de MCI Fig 1.3.3 Curva potenciade un motor MCI



1.3.3. CURVA DE POTENCIA

La potencia es directamente proporcional al par y al número de revoluciones. El par aumenta con las revoluciones hasta un punto; por lo tanto, a medida que aumentan las revoluciones y el par, la potencia sube rápidamente.A partir de que el par empieza a disminuir, la potencia sigue subiendo, aunque mas lentamente, hasta que la proporción del aumento de revoluciones es menor que la disminución del par. Este es el punto de máxima potencia. El caso particular que describe la figura 1.3.3, la máxima potencia se consigue a 3900 revoluciones por minuto

1.3.4 CURVA DE CONSUMO ESPECÍFICO

Como se puede ver en la figura 1.3.4. el consumo específico en principio va disminuyendo con las revoluciones hasta un punto próximo al máximo par. A partir de ahí, el consumo especifico aumenta a medida que se incrementan las revoluciones.

Fig 1.3.4 Curva de consumo especifico un motor MCI

De este comportamiento se desprende, que si quiere ahorrarse gasolina, deben evitarse las altas velocidades. Los motores Diesel tienen su punto de menor consumo específico a velocidades de rotación mas altas, por lo que en este caso, lo más conveniente, es utilizarlo cerca de la potencia máxima.

1.3.5. CURVA DE CONSUMO HORARIO DE COMBUSTIBLE.

El objeto inmediato de esta mediación es conocer el rendimiento real o efectivo del motor, o sea proporción de la energía consumida bajo forma de combustible es transformada en trabajo útil, y que proporción es pérdida.

El método más simple y el más exacto, es medir con un cronómetro el tiempo que tarda el motor en consumir un un volumen dado de combustible (flujómetro volumétrico).

Oh lo que es necesario para efectuar esta medición es un vaso de capacidad conocida conectado por medio de una llave de tres vías al tubo que transporta el combustible del tanque principal al motor

La capacidad del vaso de medida debe ser tal, que a plena carga el motor demore aproximadamente 1 minuto en consumir su volumen de combustible. Para que la medida del tiempo demorado en consumir el combustible sea exacta, es necesario que se controle visualmente cuando el nivel de combustible desciende rápidamente, de modo que las marcas indicadoras del volumen calibrado deben encontrarse en gargantas estrechas.



1.4. BANCOS DE PRUEBA PARA MCI.

1.4.1 CLASIFICACIÓN DE BANCO DE PRUEBAS.

Bancos de pruebas pueden clasificarse en:

Banco de Pruebas Inerciales o Freno de Prony

Banco de pruebas hidráulicos o Freno de Agua

Banco de pruebas Eléctricos

Banco de Pruebas Banco de pruebas Magnéticos

Banco de pruebas de Rodillos

Banco de pruebas Aerodinámicos

1.4.2. BANCO DE PRUEBAS INERCIALES O FRENO DE PRONY.

Se explica el principio de funcionamiento del freno de Prony para la medición de la potencia en el eje de los motores de combustión interna, se deduce la ecuación para calcular dicha potencia en HP, partiendo de los datos encontrados al llevarse a cabo la operación para esa medición. Se hacen ver los límites dentro de los cuales se puede utilizar esta instalación mecánica con seguridad.

Fig 1.1.1. Esquema freno Prony

La potencia que puede realmente entregar el motor se llama "potencia al freno" (bhp en inglés), y también recibe el nombre de "potencia efectiva", "potencia real" o "potencia en el eje", la cual es menor que la "potencia indicada", que es la desarrollada en los cilindros del motor. Los motores se especifican en el mercado mencionando en sus placas entre otras características, su potencia al freno. Así, un motor especificado en su placa con 160 HP, se le suele llamar "un motor de 160HP".

El término "potencia al freno", deriva de que en las primeras determinaciones, la producción de energía producida por un motor en su eje era disipada o absorbida por el rozamiento de un freno. Aún se utilizan frenos para este propósito para magnitudes pequeños de potencia y de velocidad. Un tipo conocido como freno de Prony se representa esquemáticamente en la figura anterior.

La instalación del freno de Prony comprende un volante o polea grande, y el freno constituido por el fleje y las blocks o zapatas de apriete, las cuales se adaptan alrededor de la superficie perimetral de este volante y son construidas de madera.


http://www.monografias.com/trabajos15/transformacion-madera/transformacion-madera.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO

http://www.monografias.com/trabajos13/mercado/mercado.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/seguinfo/seguinfo.shtml

http://www.monografias.com/trabajos11/basda/basda.shtml

http://www.monografias.com/trabajos10/motore/motore.shtml

http://www.monografias.com/trabajos14/trmnpot/trmnpot.shtml


1.4.1.1. INSTRUMENTACION Y EQUIPO.

El freno consta de un brazo, sobre el que van montados un dinamómetro y una rueda, que tiene adosada una cincha de alto rozamiento. Esta rueda es la que se conecta al eje del motor del cual se quiere medir su potencia. El ajuste de la cincha es variable, pudiéndose controlar así el torque de carga aplicado al motor.

Fig 1.1.2. Esquema freno Prony

Donde:

1. Pesos de equilibrio (brazo)2. Disco del freno conectada al eje del motor.3. Mordazas de freno que ayudan al frenado del eje.4. Topes; sostienen al brazo5. Peso de freno. (también puede ser un marcador analógico)

6. Tornillos tensores: ajustan la carga.

1.4.1.2. PRINCIPIO DE MEDICIÓN.

Este freno provee una forma sencilla de aplicar un torque de carga al eje principal de salida de un motor. La potencia de salida es disipada en forma de calor por el material del freno. Ajustando la fuerza del freno, se puede cambiar la fuerza del torque. Combinando la medición de este torque (mediante un dinamómetro colocado en el brazo del freno, a una distancia conocida del eje del motor) con la medición de velocidad de rotación del eje, puede calcularse la potencia de salida del motor.

Principio de operación: Al girar el motor, un punto cualquiera situado en la periferia de la rueda (unida al eje motor) realizará durante cada revolución de éste un recorrido igual a 2π*r, por lo tanto el trabajo de la fuerza tangencial de fricción (f) será:

Fig 1.1.3. Esquema freno Prony vista de frente



Para la potencia a medir tenemos:

We=2π*r*f ec.1.4.1

Donde:

We = Potencia r = Radio del eje

r*f =momento aplicado al freno del eje motor.

Ahora supongamos que a este eje le colocamos un freno (lo abrazamos) y le clocamos un brazo de palanca a este freno y al final le colocamos un peso, donde el momento aplicado al freno del eje motor, es contrarrestado gracias a este momento R*F donde R= distancia del centro del eje al balancín y F, peso del balancín. Por lo tanto la potencia efectiva será

Ne=2π*R*F*n ec.1.4.2

Donde: Ne = Potencia efectiva en Watts n= velocidad angular medida en el motor en rpm (tacometro)

Para el torque tenemos: T = F * R ec. 1.4.3

Donde: R = Representa el brazo de reacción colocado en el freno. F = La fuerza que marca el dinamómetro

1.4.1.3. HOJA DE PROCEDIMIENTO.

Estos dispositivos generalmente están compuesto por una carga variable y una forma de medir el torque producido por el motor.

Para medir tenemos que:

- Conexión del motor (al disco) en la estación de prueba.- Ordenar la ejecución de la prueba o el freno manual.- Pruebas frenadas, que son:

Frenada a regímenes (velocidad) constantes – mapas; es posible programar uno o más puntos en los cuales el freno interviene bloqueando la aceleración por un número de segundos preestablecido. Además, es posible elegir imponer un rango de adquisición (por ejemplo de 3000 a 12000 rpm) Frenada a carga constante una prueba que sirve para simular el comportamiento real en carretera del modo más fiel posible, incluyendo la resistencia aerodinámica.

Frenada a carga variable Prueba combinada acelerativa-frenada

Rodaje del motor - Lectura de los resultados y registro de datos( fuerza, longitud del brazo, velocidad angular. )

- Tabla de valores Obtenidos. - Curvas Características en base a valores obtenidos en el ensayo.

1.4.2. BANCO DE PRUEBAS HIDRÁULICAS O FRENO DE AGUA.

Están divididos en dos tipos de sistemas fundamentales: Sistemas hidráulicos y los basados en materiales de fricción. En los sistemas hidráulicos, cuando el freno del motor es presionado, un cilindro maestro dentro del motor, se encarga de impulsar líquido de frenos a



través de un tubo hasta los frenos situados en las ruedas, la presión ejercida por el líquido produce la fuerza necesaria para detener el motor.

El freno del agua el amortiguador a veces equivocadamente se llama un “dinamómetro hidráulico”. Los amortiguadores del freno del agua son relativamente comunes, de fabricaciones por muchos años y observados para su capacidad de la alta energía, paquete pequeño, peso ligero, y fabricación relativamente baja costada con respecto a otra, más aprisa reaccionando “tipos del amortiguador de la energía.

Fig 1.1.4. Esquema freno de agua.

Sus desventajas son que pueden tomar un período del tiempo relativamente largo “estabilizan” su cantidad de la carga y el hecho de que requieren una fuente constante de agua “a la cubierta del freno del agua” para refrescarse. En muchas partes del país, las regulaciones ambientales ahora prohíben “atraviesan” el agua y los tanques de agua grandes se deben instalar para evitar que el agua contaminada incorpore el ambiente.


En el motor se utilizará un dinamómetro hidráulico, el cual consiste en un disco montado en una cubierta, la cual contiene un fluido. La resistencia que encuentra el disco al girar es igual y opuesta a la reacción que tiende a hacer girar la funda o cubierta

Fig 2.1.5. Esquema freno hidraulico


http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Water_brake


Los componentes son:

1. Rotor montado alrededor del eje.2. Carcasa; que cubre el interior del rotor.(contenedor del agua)3. Manómetros, que indican la presión en el interior . 4. Lámpara estroboscópica. 5. Motor de combustión interna (maquina a ser evaluada)6. Tacómetro.(miden la velocidad angular del eje en rpm)

Tanto el rotor como el estator están provistos de una serie de alvéolos o cavidades, que tienen forma de elipsoide. Los del estator están enfrentados a los del rotor.


El freno hidráulico consiste en un disco motado en una cubierta la cual contiene un fluido como por ejemplo agua. La resistencia que encuentra el disco al girara es igual y opuesta a la reacción que tiende hacer girar a la funda o cubierta. Montando la funda en los cojinetes que son independientes de los otros cojines la flecha puede medir el esfuerzo de rotación pensando la fuerza ejercida por la cubierta. Para aumentar la carga puede aumentarse la cantidad e liquido en la cubierta mediante las válvulas

Fig 2.1.6. Esquema freno hidráulico vista de frente

Como se observa en la Figura montando la funda en los cojinetes a que son independientes de los b de la flecha, pueden medirse el esfuerzo de rotación pasando la fuerza ejercida por la cubierta. Para aumentar la carga puede aumentarse la cantidad de agua en la cubierta mediante las válvulas c

Durante el funcionamiento, el agua de los alvéolos del rotor es expulsada a gran velocidad por la acción de la fuerza centrífuga introduciéndose en los alvéolos del estator por el perímetro externo. Estos últimos poseen una forma tal que hace que el agua retorne a los del rotor a menor velocidad por la parte más próxima al eje de rotación

La regulación de la carga resistente se puede efectuar interponiendo unas compuertas en el espacio entre los alvéolos del estator y del rotor. Accionando un volante exterior al estator se aproximan o alejan del eje de rotación las dos compuertas haciendo inactivo a los efectos de frenado un número menor o mayor de cavidades.

El par de frenado de los frenos dinamométricos hidráulicos es aproximadamente proporcional al cuadrado del número de revoluciones (curva característica de respuesta aproximadamente cuadrática), lo que les hace muy estables



Los valores de presión (P) son transformados a valores de fuerza (F) mediante la función de medición que define la presión, la cual es:

p = FA

ec.1.4.4

La potencia se calcula con: Potencia = 2 ∙π ∙ T ∙ n60

ec.1.4.5

Si: T= es el par o torque. n= es el numero de revoluciones

1.4.2.3. HOJA DE PROCEDIMIENTO

Los frenos son dispositivos que previenen cualquier tipo de colisión, por ello que los fabricantes dedican parte de su tiempo y esfuerzo al desarrollo de sistemas más efectivos, convirtiéndolos en elementos de seguridad activa más importantes en diseño y ensamblaje automotriz..

Los procedimientos son:

1. Encender el motor de combustión interna y regular la velocidad angular (RPM) hasta un valor máximo.

2. Encerar el dinamómetro hidráulico y prepararse para hacer lecturas.3. Abra lentamente la válvula de admisión de agua (esto hará disminuir el número de

revoluciones por minuto) y regule la velocidad angular.4. Regular los topes del dinamómetro y mida el torque que actúa sobre el eje.5. Anote la lectura del torque y el de revoluciones.6. Repita el procedimiento de 3 a 5 hasta obtener algunas lecturas.7. Con los datos obtenidos haga gráficos: Torque vs Velocidad Angular

Potencia vs Velocidad Angular

1.4.3. BANCO DE PRUEBAS ELÉCTRICOS.

La medida de las magnitudes eléctricas durante un transitorio no puede realizarse con los instrumentos analógicos y digitales convencionales, pues estos están diseñados para realizar medidas en régimen permanente sinodal, y por tanto suministran información errónea durante un transitorio. Aunque la información obtenida con la instrumentación convencional para régimen permanente sinodal (mediante voltímetros, amperímetros, vatímetros, etc.) suele ser suficiente en la mayoría de ensayos y aplicaciones, la medición de magnitudes instantáneas es necesaria en muchas ocasiones.

Fig 2.1.7. Esquema freno eléctrico



En el banco de pruebas presentado en esta comunicación no sólo se van a medir variables eléctricas como las tensiones, corrientes, potencias, factor de potencia del motor y del generador sino que también se van a medir otros parámetros no eléctricos como el par motor y las revoluciones. Estas magnitudes se van a poder medir tanto en régimen transitorio como permanente y se van a poder realizar de una forma automática.


En la figura se muestra el banco de motores diseñado. Se encuentra montado en una bancada común un motor asíncrono de jaula, objeto del ensayo, un cilindro de aluminio sobre el que se instalan las galgas extensiométricas para la medición del par, un medidor de par y revoluciones y un generador de corriente continua. Se ha conectado a este último una caja de resistencias para disipar la energía generada durante la prueba de carga del motor.

Fig 2.1.8. Esquema freno eléctrico

Los componentes son:

1. Rotor(montado al eje)2. Terminal, conectados al rotor , esto permitirá las conexiones a los instrumentos de

medición amperímetro, voltímetro.3. Carcasa, que cubre a todo el rotor.4. Resistencia, conectada a los amperímetros5. Dinamómetro de medición conectado al motor(unidades de fuerza)


Para determinar la potencia efectiva se pueden utilizar generadores de corriente eléctrica. Así por ejemplo si se acopla un motor térmico a una dinamo conectada a una resistencia eléctrica, la potencia del motor se utilizará en accionarla. Esta potencia se puede determinar midiendo con un voltímetro y un amperímetro la potencia eléctrica suministrada por la dinamo. En este método debe tenerse en cuenta, que existirán perdidas por rozamiento, por efecto del aire y pérdidas eléctricas dependientes de la carga en el generador por lo que la medida no es muy precisa. Esto hace que sea mucho más común medir la potencia del motor indirectamente a través del par motor.

Para calcular la potencia tenemos que:



P = E∙I1000

ec.1.6

Para el torque tenemos: T = 60 ∙P2∙ π ∙ n

ec.1.7

Donde: E = Voltaje medido con el voltímetro. I = Amperaje (amperimetro) P= Potencia efectiva (W) T = Par o torque trasmitido desde el eje. n = Numero de revoluciones (rpm)

1.4.3.3. HOJA DE PROCEDIMIENTO

Los bancos de prueba eléctricos frenados son útiles en todos aquellos casos en que se desea valuar el rendimiento del motor sujeto a condiciones de esfuerzo todo esto con un fin; para analizar la curva correspondiente de torque y potencia.

Los pasos a seguir son los siguientes

- Encender el motor de combustión interna ya montado en el instrumento.- Reconocimiento y descripción de posiciones de los instrumentos- Aplicar una carga constante al motor: para simular condiciones particulares.- Realizar una prueba combinada acelerativa-frenada: mientras el motor está

acelerando en el banco.- Anote la lectura del torque y el de revoluciones.- Registrar el amperaje en cada prueba así como el voltaje del mismo.- Con los datos obtenidos haga gráficos: Torque vs Velocidad Angular

Potencia vs Velocidad Angular

1.4.4. BANCO DE PRUEBAS MAGNÉTICOS.

El Freno de Foucault es un freno de accionamiento eléctrico que se encuentra dentro de la familia de los frenos electromagnéticos. Es también llamado freno de excitación por corriente continua o freno de Pasquialini. Este una evolución del freno Prony, que fue el primer dispositivo usado para conocer algunas características de los motores como potencia, torque.

Fig. 2.1.9. Esquema freno de Fouccault Fig. 2.1.10. Vista de frente freno de Fouccault(Magnetico)

Si bien el principio de funcionamiento de los dos frenos tiene mucha similitud, la diferencia radica en que en el freno Prony el efecto de frenado es por fricción mientras que en el freno de Foucault el efecto de frenado es por inducción de corriente continua.




La regulación de la carga, cuando las variaciones no son demasiado grandes, puede ser hecha variando la excitación de la dinamo con un reóstato. Haciendo crecer la reacción electromagnética entre el rotor y el estator, efecto que trasmite el par del rotor al estator, aumenta la carga resistente y viceversa. La corriente producida puede ser disipada en forma de calor en unas resistencias eléctricas.

El freno de Foucault se compone principalmente de una carcasa o bastidor flotante, un eje de salida y contactos con dos electroimanes excitados por la corriente continua, que son los que generan el efecto de frenado por excitación de corrientes parásitas al inducir el voltaje adecuado.El freno tiene unido a la carcasa o bastidor una barra con un contrapeso y un tipo de báscula romana para efectos de la medición como se muestra en la figura

Fig. 2.1.9. Esquema freno de Fouccault

Además de los componentes anteriormente mencionados el freno posee una base que facilita el adecuado acople a cualquier sistema mecánico que lo requiera, así como entradas para corriente continua


Igual que en los frenos hidráulicos, el estator posee un montaje basculante y está unido a un sistema de medida de fuerza. El par motor se transmite del rotor (inducido) al estator (inductor en anillo) por medio del campo magnético.

La regulación de la carga, cuando las variaciones no son demasiado grandes, puede ser hecha variando la excitación de la dinamo con un reóstato. Haciendo crecer la reacción electromagnética entre el rotor y el estator, efecto que trasmite el par del rotor al estator, aumenta la carga resistente y viceversa. La corriente producida puede ser disipada en forma de calor en unas resistencias eléctricas.

Ahora bien, una ventaja de este tipo de freno es que la energía eléctrica generada durante el ensayo puede aprovecharse de alguna forma útil ya que la potencia del motor no se pierde como energía degrada en un sistema de refrigeración. Así podría llevarse a la red, aunque esto solamente se hace cuando el tiempo de trabajo es lo suficientemente grande como para amortizar los costes de acoplamiento.

Teniendo en cuenta que el procedimiento de adquisición de datos es un proceso poco preciso, debido a que depende en mucho del criterio de quien opera el sistema, ya que la



nivelación del brazo en 180° no tiene una referencia que estandarice el proceso. Tomando datos de

Teniendo los datos tabulados correspondientes a frecuencia, brazo y velocidad angular, entran a jugar conceptos como los de torque y potencia, donde:

Torque: T = F • L dado en [N·m]. ec 1.8

Donde T = Torque.F = Fuerza que se transmite.M = Masa del contrapeso (0,4536Kg).L = Longitud de la ubicación del contrapeso en el brazo del freno.

Para la potencia:

P = T • n • 2•π60

[W] ec. 1.9

Donde P = PotenciaT = Torquen = Velocidad angular en [rpm]

1.4.4.3 HOJA DE PROCEDIMIENTO

Para la realización de la práctica se deben tener en cuenta entonces los siguientes pasos:-Encender el módulo para análisis de fallas en rodamientos.

-Verificar la frecuencia actual del variador de velocidades y ajustar el variador a una frecuencia baja para iniciar de forma secuencial la toma de datos.

- Presionar el boton del variador de velocidades para poner en marcha el sistema enla frecuencia elegida.- Teniendo el motor en una baja frecuencia se debe encender el freno.- A cierta frecuencia (aproximadamente 12Hz) y con el freno encendido, se debe notar un desnivel en el brazo que posee el freno.- El brazo posee un contrapeso que se puede ajustar de manera deslizante, de esta manera se debe ubicar el contrapeso a través del brazo hasta que se nivele el brazo formando un ángulo llano.- El contrapeso posee una mirilla en la que se puede observar claramente la longitud en la que se encuentra el contrapeso en ese momento y a la frecuencia del motor introducida por la persona que opera el sistema.- Así consecutivamente y ejecutando los pasos anteriormente mencionados se debe aumentar gradualmente la frecuencia del motor y tomando los datos de la longitud a la que se encuentra el contrapeso en el brazo del freno.- El módulo posee un tacómetro en el que se puede observar claramente la velocidad angular del motor en determinada frecuencia.- Así cuando se tome el dato de la longitud a la cual se encuentra el contrapeso en el brazo cuando se nivela a 180°, también se debe tomar la velocidad angular del motor a esa misma frecuencia y se deben tabular a medida que se aumenta la frecuencia, hasta llegar a la frecuencia máxima del motor que corresponde a 60Hz.

1.4.5. BANCO DE PRUEBAS DE RODILLOS.

Es una herramienta de uso moderno que emplean los talleres automotrices mejor equipados para conocer el estado de un motor, para optimizar su rendimiento, su fuerza, su velocidad (sistema electronico)



Para conocer el estado de salud del motor a combustión interna se efectúa una prueba de fuerza: la fuerza del motor (Cuantos caballos, cuantos hp, etc)

Se utilizan uno o dos cilindros por rueda de tracción, siempre de considerable masa, que le da reacción medible de inercia con exactitud y repetitividad contra el arrastre de las ruedas de transmisión.

Fig. 2.1.10. Freno de rodillos

Estos equipamientos permiten, sin exponer al vehículo a la intemperie, realizar mediciones precisas de corta o larga duración de la potencia y torque de su vehículo con sus respectivas curvas. Permite también determinar los rendimientos de los órganos de transmisión, entre el motor y el contacto sobre el piso y medir aceleraciones con simulación de cuestas a distintas velocidades y pendientes.

Otros tipos de dinamómetros del chasis están disponibles que elimine el resbalamiento potencial de la rueda en los rodillos impulsores del viejo estilo y únalo directamente a los cubos del vehículo para la medida directa del esfuerzo de torsión del árbol.


El desarrollo técnico y la experiencia acumulada luego de instalar miles de equipos dinamométricos en sendos talleres comprueban la facilidad y rapidez de su instalación en el local. El equipo se asenta en el piso del lugar, practicando un alojamiento de hormigón de características comunes y se fija por medio de tornillos.

Fig. 2.1.11. Freno de rodillos (vista de planta)

Está compuesto de las siguientes partes:-Sensores de carga, ubicados a cada extremo del rodillo.-Celda de prendido hidráulico-Rodillos de forma circular o cilíndrica ubicadas a cada lado de las ruedas-Sensores de velocidad (4 rodillos) -Ejes, aboles conectados entre los rodillos.-Rodamiento, sujetados a la periferia de los ejes,



Los equipos se ofrecen instalados en el taller, los mismos permiten ser adaptados para funcionar en fosas o sobre el nivel del suelo mediante rampas simplificando la estructura necesaria. Distintos modelos y accesorios para la medición desde vehículos pequeños hasta camiones de gran porte.


Los dinamómetros modernos de los rodillos pueden hacer mucho más que la RPM, caballos de fuerza, y el esfuerzo de torsión. Con electrónica moderna y aprisa reaccionar, los sistemas bajos de la dina de la inercia, es posible ahora templar para accionar lo más mejor posible y los funcionamientos más lisos, del tiempo real.Se utilizan uno o dos cilindros por rueda de tracción, siempre de considerable masa, que le da reacción medible de inercia con exactitud y repetitividad contra el arrastre de las ruedas de transmisión. Se obtiene la Potencia y Torque del vehículo para cada valor de r.p.m. del motor, midiendo la aceleración de una masa de inercia conocida (rodillos) y de allí se calculan la Potencia y el Torque del motor. No mide el Torque directamente, lo hace aplicando la ecuación:

F = m • a ec.1.10

Donde “F” es fuerza o Torque, “m” es Masa y “a” es aceleración. La aceleración “a” se logra tomando dos valores diferidos de RPM de con ayuda del sensor de RPM y el Clock interno de la interfase, conociendo la masa del tren de rodillos. Se logra mediante el cálculo instantáneo del procesador. (Circuitos electrónicos)

Fig. 2.1.11. Freno de rodillos (esquema isométrico)

De la misma manera, aplicando la ecuación en tiempo real se obtiene el torque y potencia para cada valor de RPM.

La Potencia y el Torque que están disponibles en las ruedas son menores que la potencia en el eje del motor debido a las pérdidas de la transmisión. Para conocer ese valor se debe realizar un “coast down” o pérdida por transmisión.

El coast down es un procedimiento que se hace dejando en punto muerto la caja de velocidades desde máxima velocidad hasta casi cero. El procesador realiza mediante el cálculo de desaceleración una cuantificación de la pérdida y suma esta pérdida a la potencia medida para dar la potencia en el eje del motor.

Los datos de potencia se pueden complementar con mediciones que se realicen en simultáneo de temperatura, humedad, presión atmosférica, factor Lambda, análisis de gases de escape, etc.

1.4.5.3 HOJA DE PROCEDIMIENTO.



Es el ideal método para certificar potencia dada la independencia de variables que tiene y lo simple de su principio de funcionamiento.

Su mayor desventaja es que solo mide en aceleración y desaceleración, no permitiendo mediciones en tiradas continuas como en un dinamómetro hidráulico por ejemplo. Otra desventaja relativa es su considerable peso, que resta practicidad para su instalación, traslado, reparaciones, etc.

Este banco de pruebas tiene los siguientes procesos.

-Solo ara motor o para chasis, Si vamos a trabajar sólo con motores, facilidad de desmontaje del motor, precisión de la medición. -Los de vehículos a medir. Algunos bancos de prueba pueden usarse para diferentes tipos de motores o vehículos. En algunos casos podremos compartir el uso, por ejemplo, en un rolo para motos, karting y cuadriciclos. -Para la realización de las diferentes pruebas, el vehículo debe ser posicionado con sus ruedas motrices sobre los rodillos. La potencia es transmitida entonces por las ruedas a los rodillos, siendo absorbida por estos y pudiendo ser medida.-Para poder calcular el consumo de combustible; llenar el tanque diesel con una cantidad aproximada de combustible esta operación debe ser calibrada con 30-40 litros en un intervalo de tiempo de 2-3 horas caso extremo 4 horas.-Inmediatamente se arranca el motor, acelerando poco a poco, manteniendo constate las revoluciones que serán medidas cada cierto minuto.-El operario el valor de la potencia absorbida por medio de un mando portátil, capaz de crear a voluntad cualquier condición de carga deseada, correspondiente a una determinada condición de funcionamiento del motor. -Para rango de medición de rpm. Los bancos de prueba poseen un rango de rpm mínimo para funcionar eficientemente y un valor de rpm máximo de trabajo, dado por la resistencia de sus materiales. -El Rango de torque. Los bancos de prueba dinamométricos poseen un torque máximo de frenado, que cuando es superado, el dinamómetro ya no puede frenar al motor o vehículo. Es importante no confundir con el límite de potencias que se aplica de forma diferente.

- Finalmente nos permitimos a preparar el equipo para realizar el trazado del gráfico midiendo la evolución del torque y velocidad, aceleración durante 1 minuto o hasta que la velocidad de rotación de los rodillos sea cero. No es posible ingresar a esta opción si no se ha dado nombre y datos.

Debido a pérdidas fraccionales y mecánicas en los varios componentes del drivetrain, el caballo de fuerza de freno posterior medido de rueda es generalmente 15-20 por ciento menos que los caballos de fuerza de freno medidos en el cigüeñal o la rueda volante en un dinamómetro del motor.] Otras fuentes, después de investigar varias diversas paquetes de software del dyno del “motor”, encontradas que el usuario del dyno del motor puede agregar integralmente los factores del canal de la “pérdida friccional” del +10% a +15% a la energía de la rueda volante, levantando la demanda que el 20% a 25% o aún más energías se pierde realmente entre el cigüeñal en las salidas de alta energía.

1.4.6. BANCO DE PRUEBAS AERODINÁMICO.

Las hélices o ventiladores se emplean ocasionalmente en pruebas de mucha duración donde la precisión no es primordial y también para los periodos de asentamiento de los motores nuevos. La principal objeción del ventilador como freno es la dificultad o inconveniencia para justar la carga. Para eso es necesario cambiar el radio, el tamaño o el ángulo de las aspas. estas operaciones requieren regularmente que se pare el motor a menos que se empleen hélices de paso variable. Los cambios de densidad del aire atmosférico durante las pruebas también pueden ocasionar alteraciones en la



carga. Los ventiladores usados como freno tienen una cubierta en torno al ventilador pudiéndose modificar el gasto variando la restricción a la entrada o a la salida del flujo de aire.

Fig. 2.1.11. Freno de Aerodinámico ( isométrico)

La figura líneas arriba ilustra al rotor aerodinámico de la elice y los compuesto por un conjunto de dos palas, acopladas al motor, con un diámetro total de 910mm, este valor será usado para el cálculo de la razón de la velocidad específica de punta de pala, tip speed ratio y la caracterización de las palas del motor. La relativa facilidad de la instalación constituye bastante versatilidad para este modelo de turbina eólica, la cuál puede ser usada así también en embarcaciones que necesiten de suministro de energía eléctrica por batería


Este equipo está compuesto simplemente por las siguientes partes:

- El Rotor, consiste en un cubo de acero con tres rotables en sus ejes. Las aspas son conectadas al cubo mediante unos cojinetes que ayudan a la rotación, esto consiste en unos motores manejadores de la rotación individual de cada aspa. Las aspas rotan de 0º a 90º. El rotor es directamente conectado al eje principal y transmite el torque hacia la caja multiplicadora, y está cubierto con una pieza en forma de cono hecha de fibra de vidrio para proteger las piezas de la intemperie.

- Sistema de Rotación de ángulo de cada aspa es ajustado según los requerimientos del control y seguridad, cada aspa posee un sistema de triple redundancia con su propio sistema de regulación con un motor con su caja de engranaje y convertidor de frecuencia por aspa. Adicionalmente el sistema de control de la turbina posee su sistema de respaldo mediante banco de batería para el mecanismo de movimiento de aspas. El sistema de comunicación y de alimentación de corriente de poder a los equipos es pasado a través del eje del principal de rotor y se conecta con un dispositivo de anillos rozantes.

- Sistema de Frenado que detiene la rotación de las aspas de la turbinas consiste en 2 sistemas:a.- El freno aerodinámico, operado por el sistema de giro de las tres aspas, esto detiene el giro casi completamente y es usado como el sistema de freno estándar durante la operación.b.- El freno mecánico es posible detener las aspas cuando estas ya no se encuentran


http://www.monografias.com/trabajos13/genytran/genytran.shtml

http://www.monografias.com/trabajos/adolmodin/adolmodin.shtml

http://www.monografias.com/trabajos13/cinemat/cinemat2.shtml#TEORICO

http://www.monografias.com/trabajos7/caes/caes.shtml


en funcionamiento y están en posición de vacío o en espera donde la rotación es casi imperceptible.


El sistema de frenado primario de la mayoría de aerogeneradores modernos es el sistema de frenado aerodinámico, que básicamente consiste en girar las palas del rotor unos 90 grados alrededor del eje longitudinal (en el caso de motores de regulación por cambio en el ángulo de paso o de motores de regulación activa por pérdida aerodinámica ), o en girar 90 grados la punta de las palas del rotor (en el caso de turbinas de regulación por pérdida aerodinámica ). Estos sistemas suelen estar accionados mediante resortes con el fin de que, incluso en caso de fallo de suministro eléctrico, sigan funcionando, y son automáticamente activados si el sistema hidráulico de la turbina pierde presión. Una vez que la situación de peligro ha pasado el sistema hidráulico de la turbina suele devolver las palas, o la punta de las palas, a su posición original. La potencia de un motor que acciona un ventilador usado como freno, puede determinarse calibrando por separado al ventilador. Otro método es el de montar el motor en bastidor y medir el esfuerzo de giro de bastidor pesando la fuerza externa de reacción del par torsional desarrollado por el motor. Este ultimo método es el único usado comúnmente. El primero requiere calibradores muy elevados para consignar los efectos de la temperatura, la humedad, la densidad y la velocidad. La experiencia demuestra que los sistemas de freno aerodinámico son extremadamente seguros para un banco de pruebas pero escasos.Frenarán el motor en cuestión de un par de vueltas como mucho. Además, ofrecen una forma muy suave de frenar el motor, sin ningún esfuerzo, desgaste o rotura.

Para la hoja de procesos con que trabaja el banco de prueba es similar a los demás, pero como su uso es restringido al este tipo de ensayos es necesario cambiar de tipo de banco de pruebas; claramente con el desuso del mismo.

2. METODOLOGIA.

El trabajo fue desarrollado por un grupo de 11 estudiantes en el Laboratorio de Maquinas Térmicas, el día miércoles 11 de Agosto del presente año a horas 8:30.

2.1. REGISTRO DE DATOS.-

Las pruebas se realizaron con un diesel de Hui=42780 kJ/kg y una densidad de 838.9 kg/m3

MOTOR 3 om 441la

rpm W [kW] l-15min

800 82 5.03397306

1000 144 8.582667781200 183 10.68899751400 209 12.14536891600 219 12.98754321800 219 13.3138634


http://www.talentfactory.dk/es/tour/wtrb/powerreg.htm

http://www.talentfactory.dk/es/tour/wtrb/powerreg.htm#astall

http://www.talentfactory.dk/es/tour/wtrb/powerreg.htm#astall




1900 250 15.4964835

Tabla 2.1 Registro de datos

2.5. CÁLCULOS.

A partir de los datos obtenidos de bancos de prueba de los 5 motores, calcular y construir el diagrama de curvas de performance del motor asignado.

- Calculamos primeramente el torque T

T = 95493 • Pn

=95493 • 82800

=9788[Nm ]

Resumiendo en una tabla:

rpm T [Nm]

800 97.880

1000 137.5011200 145.6231400 142.7321600 130.7401800 116.2511900 125.643

Tabla 2 Resumen del Torque

Para el consumo Horario combustible tenemos que:

Si : 5.03397306 Lt15 min

• 60min1 Hr

• m3

1 000 Lt = 0.02013[ m3

Hr ]Para hallar el consume horario combustible:

m = ρ • V = 838.9 • 0.02013 = 16.89[ kgHr ]resumiendo en una tabla:

rpm B [kg/Hr]

800 16.89

1000 28.821200 35.861400 40.751600 43.581800 44.681900 52.01



Tabla 3 Resumen del consumo Horario Combustible

Si aplicamos la ecuacion 1.3.6 para hallar el consumo especifico de combustible aplicamos la siquiente relación:

bef = B • 1000P

=16.89• 100082

=205.975[grkW-Hr ]

Para los demas datos tenemos:

rpm bef [gr/Kw-Hr]

800 205.97

1000 200.651200 196.251400 195.081600 199.261800 204.421900 208.33

Tabla 4 Resumen del consumo especifico Combustible

Para el rendimiento tenemos que:

La potencia absorbida es:

P|¿|=m • HUi

3600=16.89• 42780

3600=200.71 [kW ] ¿ Finalmente:

η= PPabs •100 = 82

200.71 •100 = 40.86%

Para los demás datos:

rpm η [%]800 40.86

1000 42.081200 42.941400 43.161600 42.291800 41.251900 40.46



Tabla 5 Tabla Rendimiento vs rpm

Finalmente graficamos:

Fig. 2.2.1 Curvas de Performance del motor diesel om 441la

3. DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

-En el trazo de las curvas de performance se realizaron cuidadosamente pero, pero

como es de notar la curva de la potencia en su punto de inflexión es una recta, para

luego subir en cuanto a potencia se refiere.

- Este dato que fue tomado del banco de pruebas puede estar erróneo que claramente

se identifica en la grafica y como consecuencia afecta al par desarrollado por el motor al

consumo horario combustible que cambia al final de la curva.



- Para aprovechar la mayor potencia, mayor par desarrollado, mejor rendimiento, y

menor consumo especifico de combustible vemos que la grafica contiene un rango

intermedio las curvas, las cuales nos señalan estas características.

- Vemos que entre 1200 y 1400 revoluciones por minuto nuestro motor va tener una

potencia y par considerable deacuerdo al consumo específico de combustible.

4. CONCLUSIONES

En la práctica experimental se reconoció los instrumentos para medir presión más comúnmente empleados en la industria, Como conclusión de este trabajo, los dispositivos de frenado no solo tienen importancia en el ámbito automotriz, aéreo o naval; industrialmente tienen un campo de aplicación grande como en máquinas herramientas y equipos aplicados a la industria. La caracterización de motores MCI arroja datos confiables en equipos que poseen un tiempo de servicio prudente ya que permite conocer su estado actual, con la caracterización se pueden conocer nuevos datos sobre los motores y corroborar algunos otros datos con las curvas de performance.

Con los datos asignados se pudo calcular y construir las graficas correspondientes, las cuales nos indicaron diferentes parámetros característicos del motor.

En una visión adquirida se pudo realizar atravéz de la monografía dada diferentes tipos de banco de prueba, que en cuyo funcionamiento nos mostro la tecnología aplicada y como es de conocer los diferentes procesos en que trabajan.

5. BIBLIOGRAFÍA

Martinez Vedia, Teoría de los Motores Térmicos, Editorial Alisina, Buenos Aires, 1997.Alvarez M.,Tecnicas del Automovil, Editorial Paraninfo, España, 1988.www.Rincón del vago\tipos de dinamometros.com, acceso en 22 de Agosto de 2010www.Rincón del vago\Bancos de prueba.com, acceso en 22 de Agosto de 2010www.Motores Combustion\freno Prony inercial.com, acceso en 25 de Agosto de 2010.www.dinamometros\clasificacion de dianmometros.com, acceso en 29 de Agosto de 2010


laboratorio nº1 (curvas de performace) (autoguardado)

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