Med de Potencia 2011

Departamento de Ingeniería Mecánica Facultad Regional Córdoba MEDICIÓN Y ENSAYO DE MATERIALES

MEDICIÓN Y ENSAYOS DE MATERIALES MEDICIÓN DE POTENCIA DE MOTORES

NOTAS DE CÁTEDRA

Realizo: Maximiliano Vázquez Reviso: Ing. Ramírez –Ing. Re Emisión: Septiembre 2010


INDICE                           

Índice Introducción Tipos de ensayos Sala de ensayo Medición de potencia Absorción y medición de la cupla Tipos de dinamómetros Funcionamiento de los dinamómetros Dinamómetro de fricción solida Dinamómetro aerodinámico Dinamómetro hidráulico Dinamómetro Taylor Dinamómetro Freude Dinamómetro eléctricos Corriente de Foucault Celda de carga Medición de consumo Flujometro volumétrico Flujometro continuo Tobera y orificio calibrado Medición de consumo y caudal por peso especifico Medición de consumo y caudal de aire Curvas características de un motor alternativo Factor de corrección Norma SAE J1349 Accesorios de sala de ensayo Bibliografía

2 3 3 4 5 7 7 8 8 8 11 12 15 17 20 21 22 23 24 25 26 28 29 30 31 33 35


ENSAYO DE MOTORES INTRODUCCIÓN Todos los motores son sometidos a una larga serie de mediciones, alternadas pruebas de durabilidad, de economía, que se repiten hasta alcanzar los resultados previstos en el proyecto. Las pruebas principales 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.

TIPOS DE ENSAYOS Existen distintos tipos de ensayos de los motores de combustión interna: ensayos de rutina o producción, ensayos comparativos, ensayos de investigación y desarrollo. 

Ensayo de rutina o producción: Los ensayos de producción son aquellos que se realizan a los motores ya fabricados en serie, y que sirven para controlar que sus características corresponden a las de los prototipos y al mismo tiempo efectuar un periodo de rodaje o asentamiento del motor.



Ensayo de comparación: Se realizan a motores nuevos o modelos en producción mejorados por cambio de diseño. Son ensayos de importancia por que orientan los estudios, la fabricación y permiten el progreso y evolución de la fábrica. Se incluyen los ensayos de aprobación y homologación.



Ensayos de investigación:

Constituyen una rama de la investigación científica, son realizado con el objeto de estudiar tan exacta y minuciosamente como sea posible algún aspecto de la producción de trabajo por el motor que no haya sido completamente comprendido o también probado bajo condiciones prácticas, la validez de alguna hipótesis formulada para explicar los complejos fenómenos que se observan. Se trata de ensayos especiales, efectuadas en salas especialmente equipadas (laboratorios de ensayos), por lo que en general se precisa una instrumentación sofisticada. Las principales pruebas experimentales son aquellas que sirven para determinar los valores de:       

par motor. potencia. presión media efectiva. potencia absorbida por rozamiento. consumo de combustible. rendimientos. etc.

También se efectúan otras pruebas con el objeto de investigar el desarrollo de los fenómenos físicos y químicos, determinando por ejemplo:    

evolución de las presiones en el cilindro. composición de los gases de escape. pérdidas de calor. etc.

Todos los motores de nuevo proyecto (prototipos) son sometidos a una larga serie de pruebas experimentales, hasta alcanzar las perspectivas previstas.


SALA DE ENSAYOS Para ensayar un motor es necesario instalarlo en un banco de pruebas o de ensayos. Este consta básicamente de los siguientes elementos: 1º) 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. 2º) Bancada: Cuya función es soportar el motor. 3º) Soportes: Para montar y fijar el motor en la bancada, así como regular la altura y alinear el motor con el freno. 4º) Freno dinamométrico: Que absorba la potencia desarrollada por el motor, ofreciendo una resistencia al giro de éste, y que esté provisto de dispositivo para medir el par motor. 5º) Eje de Transmisión: Que permita la conexión freno-motor con una cierta elasticidad y capacidad de absorber desalineaciones. 6º) Sistema de combustible: Se suministra al motor mediante cañerías directo o a través de los instrumentos de medición de consumo. 7º) 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. 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 de la torre de enfriamiento. Si los motores son refrigerados por aire se suele utilizar un soplante dirigida hacia las aletas del motor. 8º) 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. 9º) Sistema de refrigeración del dinamómetro: 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 y temperatura 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 o un circuito abierto. 10º) Sistema de evacuación de los gases de escape: Los gases de escape son enviados tras pasar por una cámara de expansión a la atmósfera. 11º) 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. 12º) Elementos de medición:


Se debe contar con los elementos de medición necesarios para desarrollar el ensayo. Principales (taquímetro, extenciometro (celda de carga), temperatura de motor, presión de aceite, temperatura ambiente, presión atmosférica, humedad atmosférica) y secundarios según se requieran de acuerdo al ensayo a realizar (medidores de caudal de aire, combustibles, aceite, temperaturas, presiones, analizadores de gases y todos los que crean necesarios para garantizar el ensayo. Cuando el banco se instala en una habitación o cámara cerrada y aislada se habla de una sala o cabina de ensayo de motores, existe un pupitre de instrumentos en el exterior de la sala con los órganos de puesta en marcha y de gobierno del motor y freno, así como los instrumentos de control y registro.

MEDICIÓN DE POTENCIA Para efectuar dicha medición es necesario contar con los instrumentos primarios que son los primarios:

1. 2. 3. 4.

taquímetro: instrumento para la medición de rotación del motor. celda de carga: instrumento para poder medir la cupla del motor. central atmosférica: instrumentos para medir las condiciones meteorológicas del ambiente dinamómetro: instrumento para oponer una cupla resistencia igual a la cupla del motor.


FUNDAMENTO MATEMÁTICO Para realizar esta medición de potencia nos basamos en el trabajo efectuado en la unidad de tiempo, sabiendo que el trabajo es el producto de fuerza por distancia o de un cupla por un ángulo de desplazamiento, para esto es necesario medir tres factores : Tiempo-Fuerza-Distancia ó Tiempo-Cupla-Angulo.[Kgm] El trabajo efectuado por la cupla aplicada al eje, cuando este rota en un ángulo

es:

Y la potencia entregada, suponiendo constante la velocidad de rotación:

Donde

es la velocidad angular en radianes/segundos.

Midiendo la velocidad del motor en

= RPM se tendrá

Si adoptamos una longitud L del brazo de palanca de: L=716.2mm o algún múltiplo de este

Donde K se denomina constante del dinamómetro


Absorción y medición de la cupla Cualquiera que sea el dinamómetro utilizado para la medición de potencia de un motor es necesario que cumpla con ciertas condiciones: 1. CAPACIDAD: El dinamómetro debe ser capaz de absorber una potencia muy superior a la potencia máxima erogada por el motor a ensayar, la curva del motor debe encontrarse en su totalidad dentro del campo de utilización del dinamómetro que se utilizara. 2. ESTABILIDAD: El dinamómetro debe ser capaz de mantener una estabilidad, ante un aumento de la cupla motriz a esto le corresponde un aumento de la cupla resistente opuesta hasta estabilizar las RPM levemente superior a la anterior. 3. DISIPACIÓN DE ENERGÍA: El dinamómetro debe ser capaz de disipar lo mas efectivamente la energía calórica producida por el trabajo mecánico entregado por el motor. Los frenos dinamométricos son los encargados de crear una cupla resistente, que es el que proporciona una cupla resistente al motor, que limita las RPM al motor. Esta carga ha de ser variable para ensayar distintas condiciones operativas del motor. Se han desarrollado varios tipos de frenos basados en distintos principios.

TIPOS DE DINAMÓMETROS 1. DINAMÓMETROS DE ABSORCIÓN O ACCIÓN DIRECTA Dinamómetro de fricción sólida  Prony Dinamómetros aerodinámicos  Molinete Renard  Hélices de pasos fijos (molinetes) Dinamómetros hidráulicos  Taylor  Freude Dinamómetros eléctricos:  de corriente continua  de corrientes de Foucault.


2. DINAMÓMETROS DE TRANSMISIÓN O INDIRECTOS Cuplómetro de torsión Dispositivos a tornillos Cuplómetro a engranajes

Funcionamiento de los distintos dinamómetros Frenos dinamométricos de fricción sólida Prony El freno de fricción mecánico por zapata y tambor fue el primero utilizado, llamado "Freno de Prony", si bien debido a su inestabilidad y dificultad de regulación y refrigeración, hoy es sólo un antecedente histórico.

N= Velocidad del Motor (RPM) R= Longitud del brazo (mts) P= Medición de fuerza (Kg.)

Consiste en un freno de zapatas que acciona directamente sobre un volante que es movido por el motor, sobre un brazo fijo del freno que impide la rotación, por medio de este permite medir la cupla resistente en Kg.

Frenos dinamométricos aerodinámicos Molinete Renard Consiste en un acoplamiento con dos brazos sobre los cuales se montan unas placas cuadradas de reducido espesor, con posiciones simétricas y variables con respecto al centro. Las placas se mueven ortogonalmente al aire. En este tipo de molinete la cupla resistente es proporcionada en su mayor parte por la resistencia al avance F de la placa P que resulta proporcional al cuadrado de la velocidad tangencial V y por lo tanto proporcional a N² (N=rpm).


FUNDAMENTO MATEMÁTICO s=superficie de la placa = constante que depende de la forma y espesor de la placa =densidad del aire Siendo:

Entonces:

Llamando:

Por lo tanto la cupla resistente valdrá:


Por cuanto en las constantes K1, K2, K3, está incluido r (radio de rotación de las placas), se ve que para cada valor de r corresponde un valor para cada constante K y por lo tanto valores diferente de Cr y Ne, pero la ley de variación de estas con n será la misma (parabólica). Trazando entonces para la (2) y (3) las curvas representativas, en función del número de revoluciones por minuto n, se obtendrá una serie de parábolas que pasan por el origen representativo de las cuplas y potencias absorbidas por el molinete a distintas velocidades de rotación y para las diferentes posiciones posibles de placas. Como puede notarse, la potencia es rápidamente creciente con la velocidad, de modo que por medio de un molinete se podría frenar una gran potencia haciéndolo girar a la velocidad necesaria, pero este cuenta con una limitación, que está relacionado con la fuerza centrifuga que impone tenciones excesivas sobre el molinete, de manera que para cada posición de las placas hay una limitación de RPM. Las fuerzas centrifugas son proporcionales al cuadrado de la velocidad serán mayores cando mayor es la distancia de las placas al eje de rotación. Esta es una limitación de la capacidad del molinete, por lo cual se construyen de diferentes tamaños. La cupla resistente del molinete no está limitada y no existe posibilidad de calentamiento del freno por que la energía calórica generada es entregada al aire disipada directamente.


A una cierta velocidad de rotación n1 el freno puede absorber las potencias: N1, N2, N3, N4 cv según sea la poción de las placas. Si el freno trabaja en la posición 2, la curva de variación de la cupla resistente en función de la velocidad será=0-2, si el motor está entregando la cupla Cm1 el molinete le permitirá girar solamente hasta la velocidad n1 y si por cualquier causa aumenta la cupla motriz en , la consecuencia inmediata es que el motor se acelera, pero cuando el incremento de velocidad alcance el valor , la cupla resistente opuesta por el molinete igualara nuevamente la cupla motriz y el motor estabilizara su velocidad en n2. De esta forma cumple el molinete con la condición de estabilidad.

Campo de utilización de dinamómetro Renard

Frenos dinamométricos hidráulicos Los dinamómetros hidráulicos absorben la energía mecánica entregada por el motor en energía calórica a través de la fricción fluida y movimientos turbillonarios. Se compone de un rotor y una carcasa o estator llena de agua que sirve tanto de elemento frenante como refrigerante. La ley de absorción de potencia de estos frenos varia con el cubo de la velocidad de rotación, también puede emplearse dispositivos y soluciones que permitan incrementar la absorción a bajas RPM. La potencia del motor absorbida por el freno se transforma en calor, y para evitar la evaporación y pérdida de capacidad de absorción es necesaria una alimentación continua de agua fría. Para una temperatura de entrada al freno aproximada a la ambiente y una salida de 60° C y un caudal de 13 a 18 lts/cv-hr aproximadamente. Para evitar el deterioro del freno la temperatura del agua a la salida no debe sobrepasar en general los 60° C.


Freno dinamométrico hidráulico Taylor Consiste en uno o más discos planos de acero, acoplados al eje de transmisión que giran en el interior de la carcaza oscilante, donde los mismos arrastran una poción anular del fluido que es mantenida contra la periferia interna de la carcaza por la fuerza centrifuga. Esta es una condición para que opere este dinamómetro es que tiene que tener una mínima velocidad de rotación para mantener el fluido contra la carcaza. El huelgo entre el disco y las carcazas es lo suficiente para evitar su contacto, por cuanto la acción del disco es que el fluido por fricción arrastre la carcaza consigo mismo en la misma dirección, la cupla así generada es medida en el brazo de la carcasa por una celda de carga. Por cuanto el fluido es mantenido por fuerza centrifuga contra la periferia de la carcaza y flujo continuo debe ser asegurado para evacuar el calor generado, mediante el caudal solo para mantener las temperaturas dentro de los limites deseados, el suministro de fluido se efectúa a través de una conexión cercana al centro del disco y se evacua por un sistema de grifos o válvulas situados en la parte inferior de la carcaza. La regulación de la cantidad de potencia a absorber se realiza mediante una llave en la entrada del fluido al dinamómetro. En la regulación por nivel de líquido, al girar el rotor el agua que hay dentro del freno sufre la acción de las fuerzas centrífugas formando un anillo, cuyo espesor se puede regular mediante válvulas a la salida del dinamómetro.

Detalle del corte A.

Eje de acople la motor

B.

Disco de absorción

C.

Carcasa estatora

D.

Prensa estopa

E.

Entrada de fluido y regulador

F. Válvulas descarga G.

Corte del dinamómetro Taylor

reguladoras

Porta cojinetes

de


FUNDAMENTO MATEMÁTICO De acuerdo con Gibson, la potencia absorbida por cada una de las caras de cada disco es:

f=constante 0.004 que depende de la resistencia fluida contra el metal = velocidad angular R1=radio exterior del disco R2= radio interior del disco Integrando:

Para f=0.004:

Donde z es el número de discos del dinamómetro Donde K es la constante del freno


De esta ecuación nos dice que este dinamómetro puede absorber enormes potencias a altas rpm, por cuanto su capacidad de absorción en directamente proporcional al número de discos, al cubo de sus rpm y la diferencia entre las 5° potencias de los radios de los discos y del anillo de agua. Esta última parte de la ecuación hace que sea dificultoso mantener la potencia absorbida en un valor constante, y por lo tanto las rpm del motor también, debido al efecto directo que tiene la diferencia de nivel del fluido en el interior de la carcaza. Esto implica un control riguroso de este nivel para asegurar la estabilidad en cualquier condición de carga.

Limite térmico Variación de Ne según la combinación de las válvulas de descargas

Limite Mecánico Max. Ne cargado

Min. Ne descargado

Campo de utilización de dinamómetro Taylor


Freno dinamométrico hidráulico freude Consiste en un rotor solidario al eje principal, que gira en el interior de una carcasa o estator. Montados ambos en rodamientos para su libre rotación. Funcionamiento: A través del estator circula el fluido renovado continuamente envolviendo al rotor, que es el que le provee la resistencia hidráulica y disipa el calor generado por la transformación del trabajo. El rotor de gran espesor, es una especie de bomba axial doble, sobre cada una de sus caras lleva practicado un canal anular de sección semielipticas (7), dividido Radialmente por diafragmas oblicuos e inclinados con un plano del rotor de 45°, formando así unos alvéolos. El estator presenta una construcción similar, formando así unos bolsillos de forma elíptica entre el rotor y estator. El agua entra por los canales laterales al estator (3) y Luego por las cavidades radiales al estator. Durante el funcionamiento, el fluido de los alvéolos del rotor es expulsado 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. De esta forma la trayectoria del agua es helicoidal, produciendo el torbellino de este movimiento un efecto de frenado entre el rotor y el estator, como consecuencia del rozamiento entre las superficies del freno y el agua existente en su interior. Luego el fluido pasa a la cámara anular de salida (5) donde después es evacuada al exterior por el canal (13).

Corte del dinamómetro Freude

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

protector entrada entrada estator cubierta rotor rotor cámara estator sellos sensor (rpm) acople soporte salida salida cámara soporte motor sensor accionador regulador salida contrapeso


FUNDAMENTO MATEMÁTICO Esta cupla de arrastre es medida por el momento Q.L, que es originada por una carga Q en el extremo de un brazo de longitud L.

K=constante del dinamómetro

La regulación 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.

Corte del regulador del dinamómetro

Suministro de fluido La entrada y salida de fluido se realiza por conductos diferentes, la entrada lleva el fluido cerca del centro del rotor, mientras que la salida se sitúa en la periferia del estator. Para un correcto funcionamiento del dinamómetro es necesario mantener una presión en la entrada del dinamómetro de 2 y un caudal de 13 á 18 , y la temperatura de salida no debe sobrepasar los 80ºC . Todas las fluctuaciones violentas de estos parámetros deben ser evitadas por el peligro de la estabilidad de la cupla resistente ya que se traduce en oscilaciones de la velocidad del motor a ensayar.


Campo de utilización: La capacidad de absorción de este dinamómetro está comprendida entre las siguientes limitaciones: curvas A (regulador totalmente abierto) y B (regulador totalmente cerrado) del diagrama. Limite por cupla máxima, esto se debe al momento torsor máximo de los ejes del sistema (depende de dimensiones, material, forma y longitud). Por lo tanto, para deformaciones comprendidas dentro del periodo elástico y para un eje determinado, , como el Mt. es constante la expresión representa una función lineal de n y en el diagrama está representada por la recta (0-1-2). Limite por fuerza centrifuga que se generan en la masa del rotor. Limite térmico, la energía entregada por el motor se transforma en el dinamómetro en energía calórica y es evacuada por el sistema de refrigeración que es el mismo fluido, esto trae aparejado una limitación que es la cantidad de calor que podrá evacuar el sistema del dinamómetro y las instalaciones (capacidad de circulación y enfriamiento del fluido), esta limitación está representada por recta (2-3). Estos límites nos definen el campo de utilización del dinamómetro.

Limite superior curva A=f ( Ne CV

Limite por cupla máxima

Limite térmico

2

Regulador totalmente abierto

)

Limite Mecánico

1

Regulador totalmente cerrado

0

Límite inferior curva B=f ( )

RPM

CAMPO DE UTILIZACIÓN DE DINAMÓMETRO FREUDE

Frenos dinamométricos eléctricos: Son maquinas concebidas para efectuar ensayos en carga de motores en los que sea necesaria una regulación rápida y de alta precisión. Las excepcionales características de este tipo de frenos los hacen especialmente apropiados para trabajos de investigación, desarrollo, homologaciones, y ensayos automatizados, debido a la facilidad de control directo por ordenador.


Descripción técnica Se trata de una máquina eléctrica, cuyo principio de funcionamiento se basa en las corrientes de Foucault o corrientes de Eddy que se producen en las máquinas eléctricas en su funcionamiento. Un freno de corrientes de Foucault aprovecha las corrientes parásitas, que se producen en el estator, para oponer resistencia al giro del eje. En efecto, el rotor se construye dentado y al girar arrastrado por el motor produce en el estator unas corrientes que se oponen al movimiento bajo la influencia de un campo magnético generado por una bobina en el estator y de características regulables por control electrónico. El par resistente es proporcional a la intensidad que atraviesa la bobina y la potencia de frenada es el producto de ese par por la velocidad de giro. Toda la potencia frenada se transforma en calor, por lo que es necesario refrigerar el dinamómetro evacuándolo por circulación de un fluido por el dinamómetro. La carcasa o estator del freno está balanceada y sería arrastrada por la influencia magnética del rotor. El dinamómetro consta de un brazo palanca (L) que mediante una celda de carga (Q) obtenemos la cupla resistente. El control del par resistente del freno se realiza electrónicamente mediante un regulador que aplicado a la etapa de potencia de transistores adecuadas al tipo de freno, permite estabilizar el conjunto frenomotor en condiciones de par y régimen predeterminados, manualmente o de forma automática comandado desde el ordenador según un ciclo de trabajo programado por el usuario. Los dinamómetros eléctricos son fácilmente regulables y muy estables, pero sus dimensiones en función de la potencia disipable son muy elevadas, lo que se ve reflejado en su costo. FUNDAMENTO MATEMÁTICO [Kgm] El trabajo efectuado por la cupla aplicada al eje, cuando este rota en un ángulo

es:

Si adoptamos una longitud L del brazo de palanca de: l=716.2mm o algún múltiplo de este

Donde K se denomina constante del dinamómetro



Corriente de Foucault La corriente de Foucault (o corriente parásita) es un fenómeno eléctrico que se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado (ver Ley de Lenz). Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados. En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste. Las corrientes de Foucault crean pérdidas de energía a través del efecto Joule. Más concretamente, dichas corrientes transforman formas útiles de energía, como la cinética, en calor no deseado.

A medida que la placa metálica circular se mueve a través de una pequeña región de campo magnético constante entrante a la imagen, las corrientes de Foucault son inducidas en ésta. La dirección de esas corrientes está determinada por la Ley de Lenz.

Orígenes de las corrientes de Foucault Si hacemos oscilar un péndulo constituido por una placa de cobre, entre los polos de un electroimán se observará que se va frenando hasta pararse por completo, produciéndose este efecto más rápidamente cuanto mayor sea la intensidad del campo. Al tratarse de una placa de cobre, material no magnético, el frenado del péndulo no es debido a la atracción de los polos del imán. Lo que sucede es que en la placa, al cortar el flujo entre las piezas polares, se induce una fuerza electromotriz, según predice la ley de Lenz. Como el cobre es un buen conductor y la placa ofrece una gran sección al paso de la corriente, su resistencia óhmica es pequeña y las corrientes inducidas intensas. Estas corrientes, se oponen a la acción del origen que las produce, esto es, la propia oscilación del péndulo, por tanto, actúan de freno. La energía cinética del péndulo en movimiento, por el principio conservación, se transforma en calor por el efecto Joule.


Celda de Carga

Celdas de cargas

Corte de celda de carga Una celda de carga es un sensor basado en el efecto piezorresistivo. Un esfuerzo que deforma a la celda producirá una variación en su resistencia eléctrica. Los materiales que suelen utilizarse para fabricar celdas son aleaciones metálicas, como por ejemplo constantán, nicrom o elementos semiconductores como por ejemplo el silicio y el germanio. Es por ello que podemos clasificar las celdas en dos tipos: las metálicas y las semiconductoras. Celdas metálicas Las principales aleaciones que usan las galgas metálicas son:  cobre y hierro  platina y silicialista  Constantán  Nicrom o Karma  Isoelastic  Aleación de platino  Aleaciones de Níquel-Cromo  Nitróxido de Titán Algunos de los materiales usados en el soporte de las celdas metálicas pueden ser 

Poliamida


 Epoxi  Fibra de vidrio reforzada con epoxi Celdas semiconductoras Los elementos más abundantes para fabricar estas celdas son  Silicio

Tratamiento de la señal Para tratar la variación de voltaje se utilizará un puente de Wheatstone. Éste está formado por cuatro resistencias unidas en un círculo cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida. De esta manera podremos medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Limitaciones El esfuerzo aplicado no debe llevar a la celda fuera del margen elástico  Se necesita una buena adhesión al objeto, para que la medida de la deformación sea correcta.  Un incremento en la temperatura tiene como consecuencia una variación de la resistencia aún sin aplicar ningún esfuerzo.  Coeficiente de dilatación de la celda parecido al del soporte para evitar tensiones mecánicas.  Auto calentamiento de la celda por la disipación de potencia de alimentación. Ventajas      

Pequeño tamaño Pueden ser alimentadas con corriente continua o corriente alterna Tienen una excelente respuesta en frecuencia Pueden utilizarse para medidas estáticas y dinámicas Compensación de temperatura relativamente fácil No son influidas por los campos magnéticos

   

Señal de salida débil Pequeño movimiento de la celda Alta sensibilidad a las vibraciones Estabilidad dudosa a lo largo del tiempo (el envejecimiento de los adhesivos puede afectar a su funcionamiento). Para umbrales pequeños la técnica de construcción es cara

Desventajas



Mediciones de Consumo del motor Para la determinación de la performance de un motor es necesario conocer los distintos consumos y caudales de combustible, aire, aceite lubricante. Las temperaturas de las partes más importantes y presiones desarrolladas en el motor. Flujómetro volumétrico Elementos para medición

Flujómetro continúo Toberas y orificios calibrados


Flujómetro volumétrico Son de apreciación aceptables y su técnica es la más simple, consiste en medir en que tiempo se consume una cantidad conocida de combustible. A este flujómetro lo compone un bureta especial y con volúmenes conocidos delimitado por unas marcas que se encuentran en una sección menor diámetro de la bureta para que aumente su velocidad y por ello disminuir el error visual del operador, para poder medir el consumo es necesario de una llave de tres vías para que el motor consuma el combustible del flujómetro y no del tanque teniendo en cuenta el retorno de combustible del motor. El volumen debe ser tal que a plena carga el motor demore alrededor de un minuto en consumirlo (error probable en 1 minuto es de 0.1 seg.). Medido el tiempo en segundos t que invierte el motor en consumir Q litros ó cm3 (entre marcas de la bureta) de combustible, mientras el motor se encuentra a un régimen estabilizado con una carga constante, entonces se tendrá el consumo horario del motor de combustible que responde a la siguiente ecuación:

Siendo = peso especifico del combustible en

Por lo tanto el Ce=consumo especifico será

K=3600 Q

=constante del flujometro (para un combustible especifico)

Flujometro Volumétrico


Posición de llenado de la bureta y consumo del tanque

Posición de consumo de la bureta

Posición de consumo del tanque solamente

LLAVE DE TRES VÍAS FLUJÓMETRO CONTINUO También llamado rotámetro, este flujómetro de tubo cónico constituye un orificio medidor especial. Dentro del cual la diferencia de presión H (a través del orificio) es constante. De esta manera la velocidad en la ecuación es constante:

Es constante, y de la relación: Q: flujo volumétrico de combustible A: área de pasaje del tubo Es evidente que cuando el flujo Q aumenta, el área de pasaje entre el flotante y las paredes del tubo cónico A, debe aumentar en proporción directa. Este incremento del área solo se puede obtener mediante el desplazamiento del flotante, de esta forma se puede correlacionar la graduación del flujómetro de acuerdo al desplazamiento del flotante en unidades de flujo volumétrico, para un peso especifico del combustible Siendo: Wfl= peso del flotante Wc= peso del combustible desplazado por el flotante Fd= empuje hacia abajo Fu= empuje hacia arriba = caída de presión a través del flotante Afl= área del flotante H = diferencia de nivel (carga hidrostática) = peso especifico del combustible W= flujo gravimétrico de combustible


Ecuaciones :

Para un estado de equilibrio, es decir para una posición fija del flotante, tendremos:

Por otra parte: =Cte.

Además

Siendo

Flujómetro Continuo

=diámetro de tubo


TOBERAS Y ORIFICIOS CALIBRADOS: Como dispositivos de precisión para la medición de caudales de combustible y aire se pueden emplear placas de orificio calibrado, toberas y tubos venturas.

Medición de consumo y caudal por peso específico: Se emplean flujómetro de volumétrico construidos por un tanque y una balanza de precisión, que de acuerdo al peso específico del líquido que estemos ensayando y el tiempo transcurrido en la medición tendremos el consumo especifico [Lts / Hs].

A

B




Medición de consumo: Para realizar la medición de consumo se abre la válvula “A” y se cierra la “B”. Se toma la lectura de la balanza en el momento de comenzar la medición P1, al transcurrir un cierto tiempo determinado (Ej. generalmente de una hora para aceites), se vuelve a registrar la lectura de la balanza P2, se tendrá el consumo específico: Consumo =

P1-P2 [Kg.]

Si lo relacionamos con el tiempo trascurrido en el ensayo tendremos: Consumo especifico



Medición de caudal: Para la medición de caudal se cierra la válvula “A” derivando el fluido al tanque auxiliar, luego se cierra la válvula “B” , en ese instante se registra la lectura de la balanza P1 luego de transcurrido un tiempo se registra la lectura de la balanza P2. Tener en cuenta que el tanque auxiliar le está ingresando fluido y se nos podría llenar produciendo un ensayo fallido.

Esquema del sistema de aceite en banco de ensayo abierto


Medición de consumo y caudal de aire : Esta medición resulta menos común y se lleva a cabo durante ciertos ensayos especiales, para realizarlas se pueden emplear varios dispositivos: 

Toberas



Orificios calibrados



Venturi



Flujómetro o

Flujómetro a orificio en pared delgada

CURVAS CARACTERÍSTICAS DE UN MOTOR ALTERNATIVO. Curvas características de grado de carga constante. Para la obtención en el banco ensayos de las curvas características de motor, se fija el elemento regulador de carga del motor en la posición que se desee ensayar (Ej. posición de plena admisión), y actuando sobre la regulación de la carga resistente del freno se barre escalonadamente todo el campo de regímenes admisible del motor. Curvas de potencia y torque. Las curvas más características en el ensayo de un motor son las de potencia y torque a plena carga. Estas curvas se obtienen ensayando el motor en las condiciones de máxima admisión. Unidades: Torque Kgm Nm Lb Potencia CV HP Kw

Curvas de consumo específico. Estas curvas representan el consumo específico de combustible para un determinado grado de carga en función del régimen de giro, y dan una idea del rendimiento del motor. Unidades: gm/cv.hs. Consumo g/cv.hs Ls/cv.hs



Factores de corrección Los factores de corrección son necesarios porque el mismo motor puede producir más o menos potencia bajo diferentes condiciones atmosféricas. Por ejemplo, el volumen de aire aumentará con el incremento de temperatura (considerando que la presión permanece constante) de acuerdo a la ley de los gases ideales el mismo se hace menos denso. Por consiguiente el aire contiene menos moléculas de oxígeno en el mismo volumen a altas temperaturas que a bajas temperaturas y la cantidad de oxígeno afecta significativamente a la combustión. La potencia y el par de un motor dependerán fundamentalmente de la cantidad de combustible que se logre quemar en cada ciclo del motor, y de las RPM a que haga girar dicho motor. La cantidad de oxígeno que es posible hacer ingresar a un cilindro dependerá de la densidad del aire que ingrese. Lo mismo ocurre con la presión atmosférica, a menor presión el aire se torna menos denso y bajan el torque y la potencia del motor. La humedad afecta directamente en el desempeño del motor porque el vapor de agua disuelto en el aire ocupa volumen. Ese volumen es en definitiva volumen que se resta al del aire puro. Es decir que estas partículas de agua están ocupando espacio del aire que podría contener más oxígeno. Los motores producen más potencia con el aire frío y seco (y con alta presión atmosférica) que funcionando con altas temperaturas y con gran humedad. La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) creó la norma SAE J1349 método estándar para la corrección de caballos de fuerza y torque lecturas de modo que parece como si las lecturas habían sido tomadas en la misma sala de prueba estándar, donde la presión del aire, la humedad y la temperatura del aire se mantienen constantes. La ecuación para el factor de corrección figura en el banco de pruebas SAE J1349, convertidos al uso de la presión en mb, es:

Donde: 

cf = factor de corrección de banco de pruebas



Pd = la presión del aire seco [mb]



Tc = temperatura ambiente, [º C]

SAE J1349 Actualización: En agosto de 2004, el SAE J1349 lanzado revisado AUG2004 que especifica que el método preferido para determinar la potencia de fricción utilizados por los accesorios del motor es la medida real, y que la asunción de 85% de eficiencia mecánica (como se utilizaba antes en la norma SAE J1349 Revisión JUN90) sólo debe se utiliza cuando los datos reales de fricción no están disponibles. La ecuación para el cálculo de potencia al freno, suponiendo el 85% de eficiencia mecánica, era muy ligeramente revisada (y se presenta aquí convertidos al uso de la presión en mb) como:

Sección 5.1 de la norma SAE J1349 revisión AUG2004 también deja claro que este factor de corrección no está destinada a facilitar las correcciones precisas a través de una amplia gama extremadamente, sino que el rango previsto de la temperatura del aire es de 15 a 35 C °, y el rango previsto de presiones de aire seco es 900 a 1050 mb.




Accesorios de sala de ensayo Sistema de adquisición de datos Este sistema nos permite efectivizar el ensayo, ya que por medio de censores (rpm, celda de carga, central atmosférica, etc.) Y software la recopilación de datos, luego visualizaremos los datos adquiridos en forma de tablas y gráficos

Amortiguador torsional Su función es de amortiguar el movimiento alternativo del motor y las vibraciones del motor para que no influyan en el dinamómetro.


Torre de intercambiador de calor Su funcion es de intercambiar el fluido refrigerante del motor con el sistema de enfriamiento de la sala, para mantener la temperatura del motor dentro de sus parametros de temperatura establecidos por el fabricante del mismo.

Sistema de arranque Este sistema es para poder pomer en marcha los motores sin necesidad de contar con el motor de arranque origimal del motor.


Torre de enfriamiento del sistema Su funcion es de disminuir la temperatura del fluido del sistema de enfriamiento , generado por el dinamometro y el motor .

Biografía:

 Apunte : Autor Prof. Ing. Remo j. Toselli Tema: ensayo de motores  Apunte : escuela superior de aerotécnica Tema: teoría de motores  Manual SAE : Norma SAE J 1349  Wikipedia  Id code Guido amarilla tema: factor de corrección  www.mwdynoweb.com.ar

Med de Potencia 2011

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