Med de Potencia 2011

Departamento de Ingeniera MecnicaFacultad Regional CrdobaMEDICIN Y ENSAYO DE MATERIALES

MEDICIN Y ENSAYOS DE MATERIALESMEDICIN DE POTENCIA DE MOTORES

NOTAS DE CTEDRA

Realizo: Maximiliano Vzquez Reviso: Ing. Ramrez Ing. Re Emisin: Septiembre 2010


INDICE ndice Introduccin Tipos de ensayos Sala de ensayo Medicin de potencia Absorcin y medicin de la cupla Tipos de dinammetros Funcionamiento de los dinammetros Dinammetro de friccin solida Dinammetro aerodinmico Dinammetro hidrulico Dinammetro Taylor Dinammetro Freude Dinammetro elctricos Corriente de Foucault Celda de carga Medicin de consumo Flujometro volumtrico Flujometro continuo Tobera y orificio calibrado Medicin de consumo y caudal por peso especifico Medicin de consumo y caudal de aire Curvas caractersticas de un motor alternativo Factor de correccin Norma SAE J1349 Accesorios de sala de ensayo Bibliografa 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 MOTORESINTRODUCCINTodos los motores son sometidos a una larga serie de mediciones, alternadas pruebas de durabilidad, de economa, 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 presin media efectiva, la potencia desarrollada, el consumo especfico de combustible, los diferentes rendimientos, as como la composicin de los gases de escape.

TIPOS DE ENSAYOSExisten distintos tipos de ensayos de los motores de combustin interna: ensayos de rutina o produccin, ensayos comparativos, ensayos de investigacin y desarrollo. Ensayo de rutina o produccin: Los ensayos de produccin son aquellos que se realizan a los motores ya fabricados en serie, y que sirven para controlar que sus caractersticas corresponden a las de los prototipos y al mismo tiempo efectuar un periodo de rodaje o asentamiento del motor. Ensayo de comparacin: Se realizan a motores nuevos o modelos en produccin mejorados por cambio de diseo. Son ensayos de importancia por que orientan los estudios, la fabricacin y permiten el progreso y evolucin de la fbrica. Se incluyen los ensayos de aprobacin y homologacin. Ensayos de investigacin:

Constituyen una rama de la investigacin cientfica, son realizado con el objeto de estudiar tan exacta y minuciosamente como sea posible algn aspecto de la produccin de trabajo por el motor que no haya sido completamente comprendido o tambin probado bajo condiciones prcticas, la validez de alguna hiptesis formulada para explicar los complejos fenmenos que se observan. Se trata de ensayos especiales, efectuadas en salas especialmente equipadas (laboratorios de ensayos), por lo que en general se precisa una instrumentacin sofisticada. Las principales pruebas experimentales son aquellas que sirven para determinar los valores de: par motor. potencia. presin media efectiva. potencia absorbida por rozamiento. consumo de combustible. rendimientos. etc.

Tambin se efectan otras pruebas con el objeto de investigar el desarrollo de los fenmenos fsicos y qumicos, determinando por ejemplo: evolucin de las presiones en el cilindro. composicin de los gases de escape. prdidas 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 ENSAYOSPara ensayar un motor es necesario instalarlo en un banco de pruebas o de ensayos. Este consta bsicamente de los siguientes elementos: 1) Cimentacin: 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 funcin es soportar el motor. 3) Soportes: Para montar y fijar el motor en la bancada, as como regular la altura y alinear el motor con el freno. 4) Freno dinamomtrico: Que absorba la potencia desarrollada por el motor, ofreciendo una resistencia al giro de ste, y que est provisto de dispositivo para medir el par motor. 5) Eje de Transmisin: Que permita la conexin freno-motor con una cierta elasticidad y capacidad de absorber desalineaciones. 6) Sistema de combustible: Se suministra al motor mediante caeras directo o a travs de los instrumentos de medicin de consumo. 7) Sistema de refrigeracin del motor: Si los motores son refrigerados por agua, normalmente se mantiene la bomba de agua del propio motor. Esta impulsa el agua a travs del motor hacia un cambiador de calor (agua/agua o aire/aire), en general con regulacin termosttica por medio de vlvulas. En instalaciones ms econmicas se suele recurrir a un depsito de mezcla en donde se aade una pequea cantidad de agua fra 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. 8) Sistema de refrigeracin de aceite: En ocasiones tambin se refrigera el aceite del motor, ya que al no existir una corriente de aire al crter, ste tiende a sobrecalentarse. El sistema consta de un intercambiador aceite/agua y en ocasiones una bomba auxiliar. 9) Sistema de refrigeracin del dinammetro: Los frenos dinamomtricos transforman toda la energa mecnica que reciben del motor en calor. Este calor es eliminado por el sistema de refrigeracin del freno que suele ser mediante un abastecimiento continuo de agua. En los frenos hidrulicos se ha de mantener la presin del agua dentro de unos lmites, ya que por ser el agua el elemento frenante, cualquier variacin de presin y temperatura provocara una variacin en el par resistente y por tanto una variacin en la medida El agua se calienta a su paso por el freno y en algunos casos se suele emplear un circuito cerrado, enfrindose el agua en una torre de refrigeracin o un circuito abierto. 10) Sistema de evacuacin de los gases de escape: Los gases de escape son enviados tras pasar por una cmara de expansin a la atmsfera. 11) Sistema de ventilacin de la sala: Debe evitar el sobrecalentamiento del local por la radiacin de calor del motor. Se efecta mediante ventiladores axiales o centrfugos de impulsin y extraccin. 12) Elementos de medicin:


Se debe contar con los elementos de medicin necesarios para desarrollar el ensayo. Principales (taqumetro, extenciometro (celda de carga), temperatura de motor, presin de aceite, temperatura ambiente, presin atmosfrica, humedad atmosfrica) y secundarios segn 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 habitacin o cmara 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 rganos de puesta en marcha y de gobierno del motor y freno, as como los instrumentos de control y registro.

MEDICIN DE POTENCIAPara efectuar dicha medicin es necesario contar con los instrumentos primarios que son los primarios:

1. 2. 3. 4.

taqumetro: instrumento para la medicin de rotacin del motor. celda de carga: instrumento para poder medir la cupla del motor. central atmosfrica: instrumentos para medir las condiciones meteorolgicas del ambiente dinammetro: instrumento para oponer una cupla resistencia igual a la cupla del motor.


FUNDAMENTO MATEMTICOPara realizar esta medicin 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 ngulo de desplazamiento, para esto es necesario medir tres factores : Tiempo-Fuerza-Distancia Tiempo-Cupla-Angulo.[Kgm] El trabajo efectuado por la cupla aplicada al eje, cuando este rota en un ngulo es:

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

Donde

es la velocidad angular en radianes/segundos.

Midiendo la velocidad del motor en

= RPM se tendr

Si adoptamos una longitud L del brazo de palanca de: L=716.2mm o algn mltiplo de este

Donde K se denomina constante del dinammetro


Absorcin y medicin de la cuplaCualquiera que sea el dinammetro utilizado para la medicin de potencia de un motor es necesario que cumpla con ciertas condiciones: 1. CAPACIDAD: El dinammetro debe ser capaz de absorber una potencia muy superior a la potencia mxima erogada por el motor a ensayar, la curva del motor debe encontrarse en su totalidad dentro del campo de utilizacin del dinammetro que se utilizara. 2. ESTABILIDAD: El dinammetro 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. DISIPACIN DE ENERGA: El dinammetro debe ser capaz de disipar lo mas efectivamente la energa calrica producida por el trabajo mecnico entregado por el motor. Los frenos dinamomtricos 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 DINAMMETROS1. DINAMMETROS DE ABSORCIN O ACCIN DIRECTADinammetro de friccin slida Prony Dinammetros aerodinmicos Molinete Renard Hlices de pasos fijos (molinetes) Dinammetros hidrulicos Taylor Freude Dinammetros elctricos: de corriente continua de corrientes de Foucault.


2. DINAMMETROS DE TRANSMISIN O INDIRECTOSCuplmetro de torsin Dispositivos a tornillos Cuplmetro a engranajes

Funcionamiento de los distintos dinammetrosFrenos dinamomtricos de friccin slida PronyEl freno de friccin mecnico por zapata y tambor fue el primero utilizado, llamado "Freno de Prony", si bien debido a su inestabilidad y dificultad de regulacin y refrigeracin, hoy es slo un antecedente histrico.

N= Velocidad del Motor (RPM) R= Longitud del brazo (mts) P= Medicin 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 rotacin, por medio de este permite medir la cupla resistente en Kg.

Frenos dinamomtricos aerodinmicosMolinete RenardConsiste en un acoplamiento con dos brazos sobre los cuales se montan unas placas cuadradas de reducido espesor, con posiciones simtricas 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 N (N=rpm).


FUNDAMENTO MATEMTICO 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 valdr:


Por cuanto en las constantes K1, K2, K3, est incluido r (radio de rotacin 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 variacin de estas con n ser la misma (parablica). Trazando entonces para la (2) y (3) las curvas representativas, en funcin del nmero de revoluciones por minuto n, se obtendr una serie de parbolas que pasan por el origen representativo de las cuplas y potencias absorbidas por el molinete a distintas velocidades de rotacin y para las diferentes posiciones posibles de placas. Como puede notarse, la potencia es rpidamente creciente con la velocidad, de modo que por medio de un molinete se podra frenar una gran potencia hacindolo girar a la velocidad necesaria, pero este cuenta con una limitacin, que est relacionado con la fuerza centrifuga que impone tenciones excesivas sobre el molinete, de manera que para cada posicin de las placas hay una limitacin de RPM. Las fuerzas centrifugas son proporcionales al cuadrado de la velocidad sern mayores cando mayor es la distancia de las placas al eje de rotacin. Esta es una limitacin de la capacidad del molinete, por lo cual se construyen de diferentes tamaos. La cupla resistente del molinete no est limitada y no existe posibilidad de calentamiento del freno por que la energa calrica generada es entregada al aire disipada directamente.


A una cierta velocidad de rotacin n1 el freno puede absorber las potencias: N1, N2, N3, N4 cv segn sea la pocin de las placas. Si el freno trabaja en la posicin 2, la curva de variacin de la cupla resistente en funcin de la velocidad ser=0-2, si el motor est entregando la cupla Cm1 el molinete le permitir 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 condicin de estabilidad.

Campo de utilizacin de dinammetro Renard

Frenos dinamomtricos hidrulicosLos dinammetros hidrulicos absorben la energa mecnica entregada por el motor en energa calrica a travs de la friccin 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 absorcin de potencia de estos frenos varia con el cubo de la velocidad de rotacin, tambin puede emplearse dispositivos y soluciones que permitan incrementar la absorcin a bajas RPM. La potencia del motor absorbida por el freno se transforma en calor, y para evitar la evaporacin y prdida de capacidad de absorcin es necesaria una alimentacin continua de agua fra. 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 dinamomtrico hidrulico TaylorConsiste en uno o ms discos planos de acero, acoplados al eje de transmisin que giran en el interior de la carcaza oscilante, donde los mismos arrastran una pocin anular del fluido que es mantenida contra la periferia interna de la carcaza por la fuerza centrifuga. Esta es una condicin para que opere este dinammetro es que tiene que tener una mnima velocidad de rotacin 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 accin del disco es que el fluido por friccin arrastre la carcaza consigo mismo en la misma direccin, la cupla as 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 efecta a travs de una conexin cercana al centro del disco y se evacua por un sistema de grifos o vlvulas situados en la parte inferior de la carcaza. La regulacin de la cantidad de potencia a absorber se realiza mediante una llave en la entrada del fluido al dinammetro. En la regulacin por nivel de lquido, al girar el rotor el agua que hay dentro del freno sufre la accin de las fuerzas centrfugas formando un anillo, cuyo espesor se puede regular mediante vlvulas a la salida del dinammetro.

Detalle del corte A. B. C. D. E. Eje de acople la motor Disco de absorcin Carcasa estatora Prensa estopa Entrada de fluido y regulador reguladoras de

F. Vlvulas descarga G.

Porta cojinetes

Corte del dinammetro Taylor


FUNDAMENTO MATEMTICO 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 nmero de discos del dinammetro Donde K es la constante del freno


De esta ecuacin nos dice que este dinammetro puede absorber enormes potencias a altas rpm, por cuanto su capacidad de absorcin en directamente proporcional al nmero 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 ltima parte de la ecuacin hace que sea dificultoso mantener la potencia absorbida en un valor constante, y por lo tanto las rpm del motor tambin, 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 condicin de carga.

Limite trmico Variacin de Ne segn la combinacin de las vlvulas de descargas

Limite Mecnico Max. Ne cargado

Min. Ne descargado

Campo de utilizacin de dinammetro Taylor


Freno dinamomtrico hidrulico freudeConsiste en un rotor solidario al eje principal, que gira en el interior de una carcasa o estator. Montados ambos en rodamientos para su libre rotacin. Funcionamiento: A travs del estator circula el fluido renovado continuamente envolviendo al rotor, que es el que le provee la resistencia hidrulica y disipa el calor generado por la transformacin 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 seccin semielipticas (7), dividido Radialmente por diafragmas oblicuos e inclinados con un plano del rotor de 45, formando as unos alvolos. El estator presenta una construccin similar, formando as unos bolsillos de forma elptica 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 alvolos del rotor es expulsado a gran velocidad por la accin de la fuerza centrfuga introducindose en los alvolos del estator por el permetro externo. Estos ltimos poseen una forma tal que hace que el agua retorne a los del rotor a menor velocidad por la parte ms prxima al eje de rotacin. 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 cmara anular de salida (5) donde despus es evacuada al exterior por el canal (13).

Corte del dinammetro 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 cmara estator sellos sensor (rpm) acople soporte salida salida cmara soporte motor sensor accionador regulador salida contrapeso


FUNDAMENTO MATEMTICO 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 dinammetro

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

Corte del regulador del dinammetro

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 sita en la periferia del estator. Para un correcto funcionamiento del dinammetro es necesario mantener una presin en la entrada del dinammetro de 2 y un caudal de 13 18 , y la temperatura de salida no debe sobrepasar los 80C . Todas las fluctuaciones violentas de estos parmetros 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 utilizacin: La capacidad de absorcin de este dinammetro est comprendida entre las siguientes limitaciones: curvas A (regulador totalmente abierto) y B (regulador totalmente cerrado) del diagrama. Limite por cupla mxima, esto se debe al momento torsor mximo de los ejes del sistema (depende de dimensiones, material, forma y longitud). Por lo tanto, para deformaciones comprendidas dentro del periodo elstico y para un eje determinado, , como el Mt. es constante la expresin representa una funcin lineal de n y en el diagrama est representada por la recta (0-1-2). Limite por fuerza centrifuga que se generan en la masa del rotor. Limite trmico, la energa entregada por el motor se transforma en el dinammetro en energa calrica y es evacuada por el sistema de refrigeracin que es el mismo fluido, esto trae aparejado una limitacin que es la cantidad de calor que podr evacuar el sistema del dinammetro y las instalaciones (capacidad de circulacin y enfriamiento del fluido), esta limitacin est representada por recta (2-3). Estos lmites nos definen el campo de utilizacin del dinammetro.

Limite superior curva A=f ( Ne CV

)

Regulador totalmente abierto

2

Limite trmico

Limite por cupla mxima

1

Limite Mecnico

Regulador totalmente cerrado

0

Lmite inferior curva B=f ( )

RPM

CAMPO DE UTILIZACIN DE DINAMMETRO FREUDE

Frenos dinamomtricos elctricos:Son maquinas concebidas para efectuar ensayos en carga de motores en los que sea necesaria una regulacin rpida y de alta precisin. Las excepcionales caractersticas de este tipo de frenos los hacen especialmente apropiados para trabajos de investigacin, desarrollo, homologaciones, y ensayos automatizados, debido a la facilidad de control directo por ordenador.


Descripcin tcnica Se trata de una mquina elctrica, cuyo principio de funcionamiento se basa en las corrientes de Foucault o corrientes de Eddy que se producen en las mquinas elctricas en su funcionamiento. Un freno de corrientes de Foucault aprovecha las corrientes parsitas, 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 magntico generado por una bobina en el estator y de caractersticas regulables por control electrnico. 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 dinammetro evacundolo por circulacin de un fluido por el dinammetro. La carcasa o estator del freno est balanceada y sera arrastrada por la influencia magntica del rotor. El dinammetro 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 electrnicamente 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 rgimen predeterminados, manualmente o de forma automtica comandado desde el ordenador segn un ciclo de trabajo programado por el usuario. Los dinammetros elctricos son fcilmente regulables y muy estables, pero sus dimensiones en funcin de la potencia disipable son muy elevadas, lo que se ve reflejado en su costo. FUNDAMENTO MATEMTICO [Kgm] El trabajo efectuado por la cupla aplicada al eje, cuando este rota en un ngulo es:

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

Donde K se denomina constante del dinammetro



Corriente de FoucaultLa corriente de Foucault (o corriente parsita) es un fenmeno elctrico que se produce cuando un conductor atraviesa un campo magntico variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulacin de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnticos que se oponen al efecto del campo magntico aplicado (ver Ley de Lenz). Cuanto ms fuerte sea el campo magntico aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores sern las corrientes de Foucault y los campos opositores generados. En los ncleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magntico a que se someten aquellos ncleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parsitas en el ncleo (llamadas corrientes de Foucault), que no son ptimas para la buena eficiencia elctrica de ste. Las corrientes de Foucault crean prdidas de energa a travs del efecto Joule. Ms concretamente, dichas corrientes transforman formas tiles de energa, como la cintica, en calor no deseado.

A medida que la placa metlica circular se mueve a travs de una pequea regin de campo magntico constante entrante a la imagen, las corrientes de Foucault son inducidas en sta. La direccin de esas corrientes est determinada por la Ley de Lenz.

Orgenes de las corrientes de Foucault Si hacemos oscilar un pndulo constituido por una placa de cobre, entre los polos de un electroimn se observar que se va frenando hasta pararse por completo, producindose este efecto ms rpidamente cuanto mayor sea la intensidad del campo. Al tratarse de una placa de cobre, material no magntico, el frenado del pndulo no es debido a la atraccin de los polos del imn. Lo que sucede es que en la placa, al cortar el flujo entre las piezas polares, se induce una fuerza electromotriz, segn predice la ley de Lenz. Como el cobre es un buen conductor y la placa ofrece una gran seccin al paso de la corriente, su resistencia hmica es pequea y las corrientes inducidas intensas. Estas corrientes, se oponen a la accin del origen que las produce, esto es, la propia oscilacin del pndulo, por tanto, actan de freno. La energa cintica del pndulo en movimiento, por el principio conservacin, 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 producir una variacin en su resistencia elctrica. Los materiales que suelen utilizarse para fabricar celdas son aleaciones metlicas, como por ejemplo constantn, nicrom o elementos semiconductores como por ejemplo el silicio y el germanio. Es por ello que podemos clasificar las celdas en dos tipos: las metlicas y las semiconductoras. Celdas metlicas Las principales aleaciones que usan las galgas metlicas son: cobre y hierro platina y silicialista Constantn Nicrom o Karma Isoelastic Aleacin de platino Aleaciones de Nquel-Cromo Nitrxido de Titn Algunos de los materiales usados en el soporte de las celdas metlicas pueden ser Poliamida


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

Tratamiento de la seal Para tratar la variacin de voltaje se utilizar un puente de Wheatstone. ste est formado por cuatro resistencias unidas en un crculo 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 elstico Se necesita una buena adhesin al objeto, para que la medida de la deformacin sea correcta. Un incremento en la temperatura tiene como consecuencia una variacin de la resistencia an sin aplicar ningn esfuerzo. Coeficiente de dilatacin de la celda parecido al del soporte para evitar tensiones mecnicas. Auto calentamiento de la celda por la disipacin de potencia de alimentacin. Ventajas Desventajas Seal de salida dbil Pequeo 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 pequeos la tcnica de construccin es cara Pequeo tamao Pueden ser alimentadas con corriente continua o corriente alterna Tienen una excelente respuesta en frecuencia Pueden utilizarse para medidas estticas y dinmicas Compensacin de temperatura relativamente fcil No son influidas por los campos magnticos

Mediciones de Consumo del motorPara la determinacin de la performance de un motor es necesario conocer los distintos consumos y caudales de combustible, aire, aceite lubricante. Las temperaturas de las partes ms importantes y presiones desarrolladas en el motor. Flujmetro volumtrico Elementos para medicin Flujmetro contino Toberas y orificios calibrados


Flujmetro volumtrico Son de apreciacin aceptables y su tcnica es la ms simple, consiste en medir en que tiempo se consume una cantidad conocida de combustible. A este flujmetro lo compone un bureta especial y con volmenes conocidos delimitado por unas marcas que se encuentran en una seccin menor dimetro 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 vas para que el motor consuma el combustible del flujmetro 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 cm3 (entre marcas de la bureta) de combustible, mientras el motor se encuentra a un rgimen estabilizado con una carga constante, entonces se tendr el consumo horario del motor de combustible que responde a la siguiente ecuacin:

Siendo = peso especifico del combustible en

Por lo tanto el Ce=consumo especifico ser

K=3600 Q

=constante del flujometro (para un combustible especifico)

Flujometro Volumtrico


Posicin de llenado de la bureta y consumo del tanque

Posicin de consumo de la bureta

Posicin de consumo del tanque solamente

LLAVE DE TRES VAS FLUJMETRO CONTINUO Tambin llamado rotmetro, este flujmetro de tubo cnico constituye un orificio medidor especial. Dentro del cual la diferencia de presin H (a travs del orificio) es constante. De esta manera la velocidad en la ecuacin es constante:

Es constante, y de la relacin: Q: flujo volumtrico de combustible A: rea de pasaje del tubo Es evidente que cuando el flujo Q aumenta, el rea de pasaje entre el flotante y las paredes del tubo cnico A, debe aumentar en proporcin directa. Este incremento del rea solo se puede obtener mediante el desplazamiento del flotante, de esta forma se puede correlacionar la graduacin del flujmetro de acuerdo al desplazamiento del flotante en unidades de flujo volumtrico, 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 = cada de presin a travs del flotante Afl= rea del flotante H = diferencia de nivel (carga hidrosttica) = peso especifico del combustible W= flujo gravimtrico de combustible


Ecuaciones :

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

Por otra parte:=Cte.

Adems

Siendo

=dimetro de tubo

Flujmetro Continuo


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

Medicin de consumo y caudal por peso especfico: Se emplean flujmetro de volumtrico construidos por un tanque y una balanza de precisin, que de acuerdo al peso especfico del lquido que estemos ensayando y el tiempo transcurrido en la medicin tendremos el consumo especifico [Lts / Hs].

A

B


Medicin de consumo: Para realizar la medicin de consumo se abre la vlvula A y se cierra la B. Se toma la lectura de la balanza en el momento de comenzar la medicin 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 tendr el consumo especfico: Consumo = P1-P2 [Kg.] Si lo relacionamos con el tiempo trascurrido en el ensayo tendremos:

Consumo especifico

Medicin de caudal: Para la medicin de caudal se cierra la vlvula A derivando el fluido al tanque auxiliar, luego se cierra la vlvula 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 est ingresando fluido y se nos podra llenar produciendo un ensayo fallido.

Esquema del sistema de aceite en banco de ensayo abierto


Medicin de consumo y caudal de aire : Esta medicin resulta menos comn y se lleva a cabo durante ciertos ensayos especiales, para realizarlas se pueden emplear varios dispositivos: Toberas Orificios calibrados Venturi Flujmetro o Flujmetro a orificio en pared delgada

CURVAS CARACTERSTICAS DE UN MOTOR ALTERNATIVO. Curvas caractersticas de grado de carga constante. Para la obtencin en el banco ensayos de las curvas caractersticas de motor, se fija el elemento regulador de carga del motor en la posicin que se desee ensayar (Ej. posicin de plena admisin), y actuando sobre la regulacin de la carga resistente del freno se barre escalonadamente todo el campo de regmenes admisible del motor. Curvas de potencia y torque. Las curvas ms caractersticas 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 mxima admisin. Unidades: Torque Kgm Nm Lb Potencia CV HP Kw

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



Factores de correccin Los factores de correccin son necesarios porque el mismo motor puede producir ms o menos potencia bajo diferentes condiciones atmosfricas. Por ejemplo, el volumen de aire aumentar con el incremento de temperatura (considerando que la presin permanece constante) de acuerdo a la ley de los gases ideales el mismo se hace menos denso. Por consiguiente el aire contiene menos molculas de oxgeno en el mismo volumen a altas temperaturas que a bajas temperaturas y la cantidad de oxgeno afecta significativamente a la combustin. La potencia y el par de un motor dependern 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 oxgeno que es posible hacer ingresar a un cilindro depender de la densidad del aire que ingrese. Lo mismo ocurre con la presin atmosfrica, a menor presin el aire se torna menos denso y bajan el torque y la potencia del motor. La humedad afecta directamente en el desempeo 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 partculas de agua estn ocupando espacio del aire que podra contener ms oxgeno. Los motores producen ms potencia con el aire fro y seco (y con alta presin atmosfrica) que funcionando con altas temperaturas y con gran humedad. La Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) cre la norma SAE J1349 mtodo estndar para la correccin de caballos de fuerza y torque lecturas de modo que parece como si las lecturas haban sido tomadas en la misma sala de prueba estndar, donde la presin del aire, la humedad y la temperatura del aire se mantienen constantes. La ecuacin para el factor de correccin figura en el banco de pruebas SAE J1349, convertidos al uso de la presin en mb, es:

Donde: cf = factor de correccin de banco de pruebas Pd = la presin del aire seco [mb] Tc = temperatura ambiente, [ C]

SAE J1349 Actualizacin: En agosto de 2004, el SAE J1349 lanzado revisado AUG2004 que especifica que el mtodo preferido para determinar la potencia de friccin utilizados por los accesorios del motor es la medida real, y que la asuncin de 85% de eficiencia mecnica (como se utilizaba antes en la norma SAE J1349 Revisin JUN90) slo debe se utiliza cuando los datos reales de friccin no estn disponibles. La ecuacin para el clculo de potencia al freno, suponiendo el 85% de eficiencia mecnica, era muy ligeramente revisada (y se presenta aqu convertidos al uso de la presin en mb) como:

Seccin 5.1 de la norma SAE J1349 revisin AUG2004 tambin deja claro que este factor de correccin no est destinada a facilitar las correcciones precisas a travs 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 ensayoSistema de adquisicin de datos Este sistema nos permite efectivizar el ensayo, ya que por medio de censores (rpm, celda de carga, central atmosfrica, etc.) Y software la recopilacin de datos, luego visualizaremos los datos adquiridos en forma de tablas y grficos

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


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 .

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

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Med de Potencia 2011