BANCO DE PRUEBAS PARA MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA Se entiende por banco de pruebas para motores, a todo el conjunto de infraestructura, instrumental y equipos necesarios de montaje para realizar las diversas mediciones y comprobaciones a las que deben ser sometidas dichas máquinas. Son utilizados comúnmente en talleres que se dedican a la reparación y reconstrucción de motores, haciendo pruebas para verificar un correcto funcionamiento del motor antes de ser instalado de nuevo en el vehículo. Así mismo los bancos de pruebas de motores son una herramienta útil para los fabricantes de vehículos para generar control de calidad en plantas ensambladoras
IMG1. Banco de pruebas de motores de combustión interna Las pruebas principales que se realizan son las que sirven para obtener los valores relativos al par motor, la presión media efectiva, la potencia desarrollada, el consumo específico de combustible, los diferentes rendimientos así como la composición de los gases de escape. Los ensayos pueden extenderse en complejidad y tiempo todo lo que sea necesario para recabar desde los simples datos de funcionamiento hasta las complicadas determinaciones de la investigación de los fenómenos termodinámicos, fluidodinámicos y de comportamiento de cada uno de los órganos del motor. Esto dependerá de los instrumentos y equipos especiales con que se cuente.
Clasificación de los bancos de pruebas para motores de combustión interna de vehículos comunes en el mercado Los bancos de prueba para motores de vehículos más comunes en el mercado se pueden clasificar desde dos puntos de vista básicos: según el lugar donde se mide la potencia y torque, y según el principio de medición de dichos parámetros
a) Según el lugar donde se mide la potencia y torque Según el lugar de medición, los dinamómetros se pueden clasificar en:
Dinamómetro de chasis: Su principio de funcionamiento está basado en la medición de potencia y torque en las ruedas del vehículo es decir, el lugar en donde el vehículo como un todo convierte la potencia y torque provista por el motor en aceleración y movimiento del mismo, en la figura 2 se muestra un ejemplo de ello
IMG2. Banco de pruebas para chasis Para realizar la medición se utiliza una plataforma de tipo puente que consta de rodillos móviles en donde se hacen las mediciones de torque. El vehículo entra a la plataforma y se estaciona de forma tal que las ruedas que transmiten potencia queden sobre dichos rodillos. Una vez ubicado el vehículo sobre los rodillos, se le colocan amarres de seguridad para evitar que en un momento dado el mismo pueda salir accidentalmente de la plataforma. Se enciende el vehículo y se acelera de forma tal que las ruedas hagan mover los ro dillos, t luego por medio de una trasmisión se lleva la potencia desde los rodillos hasta el freno dinamométrico, dispositivo encargado de disipar la potencia. Luego por medio de una serie de sensores ubicados en el freno dinamométrico y en otros lugares específicos del vehículo, como el escape, se obtienen la data que va a dar los valores característicos del motor y el tren de potencia Es importante mencionar que para poder llevar la potencia producida por el motor hasta las ruedas del vehículo es necesario un sistema de trasmisión en donde se pueden encontrar reducciones o ampliaciones de torque que aunque son indispensables producen una serie de perdidas debido a fricción deformación de componentes movimiento de fluidos y lubricantes. Esto de traduce en una menor potencia de salida en las ruedas en comparación con la potencia provista por el motor. Por tanto medir la potencia en las ruedas tiene l a ventaja de que la dada obtenida se traduce en el desempeño real efectivo del vehículo
Dinamómetro de motor acoplado directamente al eje: Su principio de funcionamiento está basado en la medición de potencia y torque en el eje de salida del motor, evitando todas las pérdidas de potencia debida a las transmisiones mencionadas en el tipo anterior, la figura 3 muestra un ejemplo de este sistema
Figura3. Banco de pruebas para motores acoplado directamente a su eje Dicho dispositivo consiste en una base en donde se monta el motor para luego ser probado. Los apoyos de dicha base deben ser capaces de resistir y disipar las vibraciones mecánicas producidas por el funcionamiento del motor. La potencia se trasmite desde el eje del motor hasta el freno dinamométrico por medio de un acoplamiento flexible para evitar problemas de alineación y vibraciones en dicho dispositivo Debido a que en este caso el motor está fuera del vehículo es importante proveerle al mismo una serie de recursos necesarios para su funcionamiento tales como: un sistema de refrigeración, un sistema de escape, un sistema de control en caso de motores de inyección electrónica un sistema de admisión de combustible, un sistema de encendido y carga entre otros
b) Según el principio de medición de potencia y torque INERCIAL: Consiste en acoplar el eje de potencia a un volante de gran inercia y medir la variación de la velocidad de giro en función del tiempo, esta prueba se hace en un régimen transitorio entre la velocidad mínima y máxima del motor. A partir de esta medición es posible encontrar la curva de aceleración angular en función de la velocidad de giro, y por medio del momento de inercia del volante es posible obtener en torque y la potencia del motor en función de la velocidad de giro
DE ABSORCION: Consiste en acoplar el eje de potencia del motor o transmisión a un dispositivo cuya función es disipar la potencia. El troque y la potencia al freno se miden en función de la energía disipada por el freno. Por medio de este dispositivo es posible mantener el motor funcionando en régimen permanente a cualquier condición de torque y potencia
Tipos de frenos de absorción En la tabla 1 se compararán desde distintos puntos de vista los distintos frenos de absorción. En la comparación existen cinco calificativos posibles con los cuales se clasificarán los bancos de prueba para cada aspecto e comparación (Excelente, muy bueno, bueno, regular y pobre)
Tabla1. Matriz comparativa de los distintos tipos de freno de absorción
Otras opciones para prueba en motores: BANCO DE PRUEBA DE ABORDO: Su principio de funcionamiento, está basado en la medición de la aceleración del vehículo en condiciones normalizadas Consiste en una caja con una serie de sensores de aceleración y velocidad que se utiliza dentro del vehículo para la realización de la prueba. Esta caja está provista de dispositivos electrónicos o mecánicos para filtrar las señales producidas por las vibraciones del vehículo. La prueba más común a realizar con este dispositivo consiste en acelerar el vehículo a mariposa totalmente abierta, desde un estado estacionario hasta alcanzar cierta velocidad de giro del motor, en un lugar plano y despejado evitando el deslizamiento entre las ruedas del vehículo y el suelo La desventaja de este dispositivo es que los resultados de la prueba dependen de la experiencia del conductor y que la data que se pueda obtener no aporta suficiente información para determinar el correcto funcionamiento del motor. Pero la gran ventaja es que debido a la fácil preparación de la prueba y al cómodo traslado del equipo, resulta muy sencillo hacer pruebas en lugares con distintas condiciones climáticas y evaluar el rendimiento del motor en cada una de las mismas
BANCO DE PRUEBAS A MOTOR APAGADO : Su principio de funcionamiento está basado en montar el motor semi-armado en un soporte y hacerlo girar por medio del uso de un motor auxiliar
En un dispositivo concebido básicamente para realizar verificación en motores reconstruido haciendo una serie de pruebas como la medida de la compresión en la cámara y la medida de torque de fricción de motor Pruebas dinámicas como medición de torque y potencia del motor en el eje comportamiento de las temperaturas frente a diversos modelos de carga, son imposibles de realizar por medio de este dispositivo
Figura4. Banco de pruebas a motor apagado
Procedimiento para medición en un banco de pruebas Para ensayar un motor es necesario instalarlo en un banco de pruebas o de ensayos. Este consta básicamente de los siguientes elementos: 1) Una cimentación que absorba las vibraciones que se producen debido a la existencia en el motor de fuerzas de inercia no equilibradas y de los correspondientes momentos resultantes. 2) Bancada, cuya misión es soportar el motor. 3) Soportes para montar y fijar el motor en la bancada, así como regular la altura y alinear el motor con el freno. 4) Freno dinamométrico que absorba la potencia desarrollada por el motor, ofreciendo una resistencia al giro de éste, y que esté provisto de un dispositivo para medir el par motor. 5) Transmisión que permita la conexión freno-motor con una cierta elasticidad y capacidad de absorber desalineaciones. 6) Sistema de alimentación de combustible al motor con instrumentos de medición de consumo. 7) Sistema de refrigeración del motor: Si los motores son refrigerados por agua, normalmente se mantiene la bomba de agua del propio motor. Esta impulsa el agua a través del motor hacia un cambiador de calor (agua/agua o aire/aire), en general con regulación termostática por medio de válvulas motorizadas. En
instalaciones más económicas se suele recurrir a un depósito de mezcla en donde se añade una pequeña cantidad de agua fría a la caliente, que proviene del motor. Si los motores son refrigerados por aire se suele utilizar una soplante dirigida hacia las aletas del motor. 8) Sistema de refrigeración de aceite. En ocasiones también se refrigera el aceite del motor, ya que al no existir una corriente de aire al cárter, éste tiende a sobrecalentarse. El sistema consta de un intercambiador aceite/agua y en ocasiones una bomba auxiliar. 9) Red de agua. Los frenos dinamométricos transforman toda la energía mecánica que reciben del motor en calor. Este calor es eliminado por el sistema de refrigeración del freno que suele ser mediante un abastecimiento continuo de agua. En los frenos hidráulicos se ha de mantener la presión del agua dentro de unos límites, ya que por ser el agua el elemento frenante, cualquier variación de presión provocaría una variación en el par resistente y por tanto una variación en la medida El agua se calienta a su paso por el freno y en algunos casos se suele emplear un circuito cerrado, enfriándose el agua en una torre de refrigeración. 10) Sistema de evacuación de los gases de escape. Los gases de escape son enviados tras pasar por un silenciador a la atmósfera. 11) Sistema de ventilación de la sala. Debe evitar el sobrecalentamiento del local por la radiación de calor del motor. Se efectúa mediante ventiladores axiales o centrífugos de impulsión y extracción. Cuando el banco se instala en una habitación o cámara cerrada y aislada se habla de una celda o cabina de ensayo de motores. En este caso existe un pupitre de instrumentos en el exterior de la celda con los órganos de puesta en marcha y de gobierno del motor y freno, así como los instrumentos de control y registro.
Bibliografía Bolívar, U. S. (2006). Diseño de banco de pruebas para motores de automóviles. Sartenejas. UPV/EHU Campus de Gipuzkoa. (2015). Dto. de Máquinas y Motores Térmicos. Recuperado el 07 de 05 de 2017, de http://www.sc.ehu.es/nmwmigaj/bancomot.htm
