LOS BANCOS DE PRUEBAS PARA MOTORES 1

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Marchese Ricardo A. 1, Manuel E. Budeguer , Jorge E. M. Bustos , Jorge L. López

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(1) Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología – Universidad Nacional de Tucumán Av. Independencia 1800 – Tucumán [email protected]

RESUMEN: El presente trabajo tiene como fin poner en conocimiento de los alumnos de las carreras de ingeniería los fundamentos de los bancos de prueba de motores, principalmente de un componente importante de los mismos y su modo de operación. Es conveniente para su mejor comprensión aunque no insalvable, tener una idea concreta del funcionamiento de un motor de combustión interna. Para la utilización de un banco de pruebas en particular, es imprescindible contar con los manuales correspondientes del fabricante y siguiendo las indicaciones que se prescriben para su manejo y contraste periódico. Igualmente la elección del mismo, requiere un estudio previo de los motores que puedan ser ensayados en cuanto a su potencia máxima y velocidad de operación para de ese modo definir el rango de trabajo admisible y necesario de todo el sistema que forma un banco de pruebas. PALABRAS CLAVES: Banco de prueba, Motores, Rendimientos ABSTRACT: The present work has as an aim to show to students from engineering the theories of the engines test, mainly of an important component of them and its way of operation. It’s very convenient for a better understanding, to have a real idea of de working of engine an internal combustion. For the use of engines test in particular, it is a essential to have the correspondent manuals from the manufacturer and following the instructions for its use and periodical contrast. The selection of it requires a previous studio of the engines that can be tested regarding its maximum power and speed of operation do stablish the range of admissible work and necessary of all the system that forms a engine test. KEY WORDS: Engines test, Engines, Efficiency INTRODUCCIÓN: 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 que deben ser sometidas estas máquinas motrices operativas. 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. En este trabajo se darán nociones generales solamente de una parte constitutiva del banco de pruebas, el dinamómetro y su manejo. Si bien es considerado como el corazón del mismo, no significa que sea el único aunque sí el principal dispositivo, pues con el se le impondrá una carga resistente al motor de una manera más o menos perfeccionada, simulando las situaciones reales de la aplicación. Igualmente de todos los ensayos que pueden realizarse, solo se tratará aquí del más simple de ellos, que es la medición del par y la potencia para un estado determinado de carga. De los motores térmicos sometidos a prueba, hablaremos únicamente de aquellos de combustión interna haciendo notar que también son posibles los ensayos en el mismo tipo de banco, de máquinas motoras rotativas como las turbinas de vapor o motores eléctricos donde lógicamente el instrumental secundario y equipos periféricos será diferente. MATERIALES Y METODOS: Bibliografía sobre el tema, Banco de pruebas SCHENCK W230 – Freno dinamométrico de corrientes parásitas

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RESULTADOS: La potencia de los motores de combustión interna La potencia de un motor alternativo de combustión interna de 4 tiempos es: Donde: p [bar], V [l], n [rpm] me

h

Y significan respectivamente presión media efectiva, cilindrada unitaria, número de cilindros y revoluciones por minuto o frecuencia de rotación. Esta potencia así descripta, se encuentra disponible en la brida del cigüeñal del motor. Ahora bien, la potencia de una máquina que tiene movimiento de rotación puede ser puesta de la siguiente manera (por extensión de la potencia en los movimientos lineales que es el producto escalar de fuerza por velocidad): Donde: N [kW], M [Nm], ù [1/s] e

Donde M es el par motor, ù la frecuencia angular y la constante 1.000 para la transformación de [W] a [kW]. Pero esta puede ser modificada de la siguiente manera sabiendo que: si n [1/min] Se tienen ahora dos expresiones como la y la para poder expresar la potencia del motor, pero el problema es: ¿Como medimos la potencia que realmente entrega la máquina considerada?. Si elegimos la deberíamos conocer la presión media efectiva p que además de variar con el régimen depende de muchos otros factores me como el rendimiento térmico h , el grado de bondad h , el rendimiento mecánico h y el gravimétrico h . Dest g m l cartada entonces esta primera elección, veamos que pasa con la ecuación . * (valor exacto de la constante 9549,296) Resulta que es función de un par de valores, uno de los cuales puede ser medido fácilmente como es el número de revoluciones por minuto. Nos queda entonces determinar el valor de M y esto puede conseguirse con un dispositivo como el que se muestra a continuación

figura 1

Acoplamos el motor a un tambor T que gira con él. En el tambor se aplican unas zapatas Z en conjunto con una armadura que termina en una palanca de determinada longitud. Estas zapatas tienen la posibilidad de Avances en la Producción Vegetal y Animal del NOA. 2007 - 2009 | 216

apretarse contra el tambor con mayor o menor fuerza debido a la acción del tornillo J. La fuerza de roce tenderá a arrastrar al conjunto de zapatas y armadura en el sentido de rotación del motor. Esta rotación será convenientemente bloqueada por acción del resorte de una balanza X aplicada en el extremo de la palanca que en el equilibrio medirá una fuerza F. Ahora bien, si conocemos el valor de l (desde el eje de giro del tambor hasta la aplicación en la balanza), tenemos automáticamente determinado el par motor ya que: Y la potencia desarrollada será: N = F . l . n / 9.550 e

donde.

F [N] , l [m] , n [rpm]

Se pueden simplificar aún más las cosas eligiendo la longitud l como submúltiplo de 9.550 por ejemplo 0,9550 [m] y la ecuación anterior pasa a ser:

dos.

Este valor 10.000 es lo que se denomina la constante del freno K y siempre está dada en números redonf

Muchos frenos todavía utilizan el sistema técnico donde el par aparece en [m kg] y la potencia en [CV], por lo que la expresión de la potencia se transforma en:

Donde: F [kgf] , l [m] Si hacemos l = 0,716 [m] entonces la constante del freno valdrá K = 1.000 y la potencia: f

Hasta aquí hemos visto una manera rápida y sencilla para medir la potencia esto es aplicando un sistema de frenos a un tambor o disco que a su vez está acoplado convenientemente al motor que deseamos probar. Pero hay varios sistemas de “frenar” a un motor y precisamente el que acabamos de ver, es el primero y más antiguo de los frenos dinamométricos, el freno de Prony. Tiene algunos inconvenientes serios por lo que su aplicación actual está solamente limitada a la enseñanza y usos didácticos ya que todos los demás se basan en el mismo principio general que es “frenar” con algún sistema, al elemento giratorio acoplado al motor. Lo que varía sustancialmente entre unos y otros es conque y como realizamos esa acción. Condiciones que debe cumplir un freno dinamométrico 1.- Facilidad de regulación 2.- Exactitud de la medición 3.- Estabilidad de funcionamiento 4.- Facilidad de disipar la potencia del motor 5.- Soportar las velocidades de rotación impuestas 5.- Límites de potencia de acuerdo al tamaño Esta lista enumera las principales condiciones que debe cumplir un freno dinamométrico que es parte fundamental de un banco de ensayos. Analicemos ahora el comportamiento de nuestro ya conocido freno de Prony. Para ello me permito presentar la curva de variación del par de un motor de combustión interna alternativo típico y que para simplificar las cosas diremos que es la desarrollada a carga máxima (mariposa de la inyección en máxima apertura para motor ciclo Otto o máxima entrega de la bomba inyectora en un motor ciclo Diesel), dentro del rango de las velocidades de rotación n y n admitidas. min

max

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figura 2

Ahora veamos como es la curva del par de reacción de un freno de Prony en función de la velocidad y según la fuerza aplicada por medio del tornillo J, que actúa como regulador, de acuerdo a nuestro dibujo.

figura 3

Fundamentalmente es casi constante a lo largo del campo de las velocidades de rotación ya que solo depende de la fuerza de roce F y esta es: F = m · F donde m es el coeficiente de roce y F es la fuerza normal r r n n a la superficie de frenado.(figura 4) El momento de reacción, aquel que produce el “frenado” es entonces M = F · r r

r

figura 4

Solo se tiene una pequeña variación desde la condición de n = 0 hasta la de marcha por el cambio entre el coeficiente de roce estático y el dinámico, siendo este último algo menor. En la figura 3 se ha dibujado también la curva del par motor donde se observa que estaría en equilibrio en el punto2. Si en esa condición se ajusta más el freno actuando sobre el tornillo regulador, por ejemplo al punto 3, la velocidad del motor disminuiría y con esto su par motor mientras que el par frenante seguiría en el mismo valor, produciéndose entonces la detención del motor. En otros casos contrario a este, el motor se embalaría. La condición de estabilidad de este tipo de freno es verdaderamente mala. Decimos intrínsecamente inestable. Por otra parte para disipar la potencia es necesario refrigerar al tambor con un medio líquido (agua) y en este diseño es bastante dificultosa. La exactitud de la medición no es buena por su poca estabilidad y lógicamente poco fácil de regular. No soporta altas velocidades y es muy limitado en las potencias. Podemos ahora expresar en un gráfico, la condición de estabilidad que debemos requerir de un buen freno dinamométrico por ejemplo:

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figura 5

Las curvas M , M y M son distintas situaciones de frenado de este hipotético dinamómetro que responde r1 r2 r3 con esas variaciones para cada posición del regulador, dentro del campo de las revoluciones. Se observa que a una disminución de la velocidad n hay una disminución del momento resistente M y vir ceversa. Aquí la condición de estabilidad se cumple totalmente. Estas curvas siguen a una relación por ejemplo 2. M ~ n , aunque también cumplirían con los requerimientos una relación M ~ n r

r

Distintos tipos de frenos dinamométricos Excluyendo el ya estudiado y de poca utilización práctica actual (freno de Prony o de fricción sólida), podemos hacer una lista de los más usuales en la actualidad que son: 1.- Frenos Hidráulicos (o de fricción líquida) 2.- Frenos Eléctricos 2.1 .- Dinamoeléctricos 2.2 .- De corrientes parásitas 3.- Frenos Aerodinámicos, muy usados en alguna época para ensayos de motores alternativos de aviación. No se utilizan más. 1 - Los frenos hidráulicos Citando al más conocido de ellos, el freno de Froude, trabajan de la siguiente manera: Un disco o tambor sólido que posee cavidades en ambas caras, gira acoplado al motor que se desea medir. Una carcaza o estator que envuelve al disco pero sin conexión mecánica con el, posee también cavidades en ambas caras interiores, además esa carcaza envolvente tiene posibilidades de bascular alrededor de los soportes. La palanca unida solidariamente a esta carcaza, está conectada a una balanza que le impide el giro. Por la parte superior de la envolvente, ingresa agua desde un depósito elevado D que mantiene siempre el mismo nivel del líquido, esto es h = constante. Por la parte inferior y a través de una válvula V el agua sale del freno hacia una cisterna C. De acuerdo a R la posición de la válvula más o menos abierta, la cantidad de agua dentro del freno es mayor o menor ejerciendo un mayor o menor roce fluido (por fenómenos turbillonarios al recorrer las cavidades) y con ello un efecto de frenado mayor o menor. El comportamiento es similar al de un embrague hidráulico.

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figura 6

El rotor trata de arrastrar en su giro al estator por ese fenómeno comentado, pero este se encuentra bloqueado por la balanza la cual indicará la fuerza necesaria para ello. Si la distancia l del punto de aplicación de la balanza hasta el eje de giro del rotor está perfectamente determinada, se conoce inmediatamente el momento necesario para ese bloqueo que será el mismo, en el equilibrio, que el que está desarrollando el motor que deseamos medir. En algunos tipos de frenos de está característica se tiene además unas compuertas internas que se abren o cierran cubriendo parcial o totalmente la comunicación hidráulica entre el rotor y la carcaza. En estos casos la regulación se hace con esas compuertas, moviendo una manivela especial para tal fin y puede ser combinada con la válvula V . R

figura 7

El sistema se completa con el circuito hidráulico como muestra el esquema general. En este tipo de frenos, el agua cumple dos funciones, una es la de participar en el frenado (para lo que se construye el freno) y la otra, disipar la potencia desarrollada por el motor a medir. Por esta última causa se debe calcular precisamente el circuito de refrigeración de tal forma de que la temperatura del agua de salida del freno no supere los 60 o 70 ºC. y evitar fenómenos de cavitación Para la operación del freno, los sistemas más antiguos, son manejados manualmente actuando sobre la válvula y un manubrio que cierra o abre las compuertas de regulación. Como la fuerza resultante del par de reacción es aplicada sobre una balanza de resortes, el movimiento angular es muchas veces importante y es necesario corregir al sistema de tal forma que en el equilibrio, el brazo se encuentre en posición horizontal nuevamente. Esto se consigue con un corrimiento vertical de la balanza accionando una manivela “Y” como la indicada en el esquema siguiente.

figura 8 Avances en la Producción Vegetal y Animal del NOA. 2007 - 2009 | 220

De esta forma se lleva nuevamente el brazo a la posición perfectamente horizontal (indicados por dos índices W que se enfrentan). Estos frenos se completan con un amortiguador A para evitar las oscilaciones en la marcha y poder realizar las lecturas con precisión. En los frenos modernos, la balanza de resortes normal, es reemplazada por una celda de carga (strain gauge) y el problema comentado anteriormente no existe. Igualmente todo el manejo del freno y dispositivos auxiliares se realiza a través de interruptores a distancia, potenciómetros, sistemas electrónicos y ordenador. El par es directamente leído en un visor en forma digital. También los modernos frenos hidráulicos, a través de una válvula especial motorizada con sus correspondientes circuitos electrónicos, pueden presentar curvas de variación del momento de reacción con las siguientes funciones: M = cte. r

;

M ~ n2 r

M ~n

;

r

;

n = cte.

;

etc.

De esta forma es posible cubrir un amplio margen de posibilidades y necesidades de medición. En la figura 9 puede verse la variación del par de reacción de un típico freno de fricción fluida como el Froude. Estas curvas responden a la expresión: 2

M =k.r.n r

Donde k es una constante que depende de la posición del regulador del freno (posición de las compuertas y/o válvula V ), r es la densidad del agua y n la velocidad de rotación. R

figura 9

La variación de la posición del regulador implica un cambio en la constante k y por lo tanto se tienen un haz de parábolas 1, 2, 3 etc. De igual forma la potencia es:

Esto representa ahora un haz de parábolas cúbicas 1’, 2’, 3’, etc. que determinan la potencia que puede absorber el freno y en donde en la constante k está incluida la posición del regulado. 1

La capacidad de los frenos de este tipo está limitada por un lado por razones térmicas y por otro la capacidad de absorber los pares torsores superiores a los entregados por el motor a medir en todo el rango de velocidades de trabajo del mismo. Esto significa que la curva de potencia del motor debe encontrarse completamente en la zona de utilización del freno como lo observado en la figura a continuación.

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figura 10

Los frenos dinamométricos hidráulicos se construyen usualmente hasta potencias de 5.700 [kW], pero bajo pedido y en ejecuciones especiales pueden alcanzar potencias tan altas como 75.000 [kW] 2 - Los frenos eléctricos 2.1 - Los Frenos dinamoeléctricos Como la dínamo dinamométrica, es un tipo de freno muy práctico y de mucha utilidad en donde sea posible su aplicación. Trabaja según el esquema siguiente.

figura 11

Una dínamo con posibilidad de bascular (dínamo-péndulo) y unida solidariamente a un brazo de longitud l conocida, que equilibrada por pesas aplicadas (o balanza) a esa distancia, absorbe los momentos de reacción mecánica. La regulación se efectúa variando la corriente de excitación y la energía eléctrica que resulta de la transformación del trabajo mecánico del motor a medir es disipada en una resistencia. Nuevamente la máquina a medir, está conectada con un acoplamiento adecuado a la dínamo. Son frenos de elevada estabilidad y precisión aún con cargas muy reducidas. Además pueden ser utilizados como motor de puesta en marcha o para el arrastre de la máquina a ensayar. Su contra es que no se adaptan a motores de potencia elevada y a altas velocidades de rotación por la gran inercia de sus partes giratorias. 2.2 - Los frenos de corrientes parásitas o de Foucault. Modernamente se han generalizado para el análisis fino, correspondiente a la investigación, de los motores de combustión interna. Se encuentran en potencias nominales absorbibles desde 40 [kW] hasta 2000 [kW] o más y velocidades de hasta 17.000 [rpm], lógicamente de acuerdo al tamaño del freno. En la figura 12 se muestra en forma sencilla la constitución general de estos aparatos. Un rotor de acero de alta permeabilidad magnética, tiene la forma de un grueso disco dentado con dientes rectos y forma parte del circuito magnético. Estos dientes están separados del estator por un entrehierro delgado. El estator es también de acero de alta permeabilidad magnética. En la periferia del estator está instalado un devanado de campo cuyas espiras son coaxiales con el eje de giro del freno. Por este devanado se hace circular una corriente continua que produce un campo magnético toroidal.

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figura 12

Dada la configuración del conjunto, existen líneas de campo magnético que atraviesan los dientes del rotor y cuando este gira, cambia la reluctancia (resistencia magnética) y los anillos del estator son alternativamente magnetizados y desmagnetizados. En estos anillos se producen las corrientes parásitas por esa causa, que disipan el calor por efecto joule de la energía proporcionada al freno por el motor a ensayar. El calor generado debe ser extraído por una corriente de agua que en estos frenos no participa del proceso de frenado. La regulación del momento resistente de frenado se consigue variando la intensidad de la corriente continua que recorre el devanado con potenciómetros regulados por un sistema electrónico que permite obtener especiales características de momento frenante en función de la velocidad. La rotación del estator es impedida por un brazo en cuyo extremo se aplica una balanza y ventajosamente sustituida por una celda de carga. 2

Las posibilidades de variación del par frenante son: M ~ n ; M ~ n ; M = cte. ; n = cte., además es posible cambiar la pendiente de las curvas en forma arbitraria para adaptarlas específicamente a las características del motor que se desea probar. Cuentan además con un dispositivo de seguridad por sobrevelocidad, regulable a voluntad de acuerdo a la velocidad máxima admisible del motor, y otro por sobretemperatura del refrigerante del freno. La marcha de un ensayo Cualquiera sea el tipo de freno utilizado vamos a mencionar el procedimiento utilizado para realizar una prueba simple como es la determinación de la curva de par y potencia a plena carga de un motor en particular montado en el banco de pruebas. Se da arranque al motor verificando que todo esté en correcto funcionamiento (presión de aceite, sistema de refrigeración, sistema de extracción de gases de escape, sistema de ventilación, sistema de seguridad conectado, etc.). Una vez que la temperatura del refrigerante del motor es la especificada para la marcha, comienza el ensayo. 1) Acelerar al motor y conjuntamente se carga al freno. Cuando la mariposa de la inyección está abierta totalmente (Otto) o posición de máxima entrega en la bomba de inyección (Diesel) (carga máxima), se libera algo de la carga del freno hasta que llegamos (sin variar la posición del acelerador) a la velocidad de rotación máxima admisible del motor y en equilibrio con la carga de reacción. En ese momento se leen y anotan los valores del par y consecuentemente la potencia. 2) Ahora, manteniendo la mariposa totalmente abierta como al principio, se aumenta la carga del freno que producirá una caída en la velocidad de rotación por ejemplo de 300 [rpm]. En este nuevo punto de equilibrio se toman las lecturas del nuevo par y potencia. 3) Se repite el procedimiento 2 bajando cada vez 300 [rpm] hasta llegar a la velocidad mínima admisible del motor y anotando los valores en cada posición de equilibrio. Puede resultar conveniente y algunas normas así lo exigen, una vez que se tomaron los últimos datos, hacer una corrida contraria desde la velocidad mínima a la máxima, siempre en la posición del acelerador a carga total, y promediar los resultados.

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Todo este procedimiento en los modernos bancos, es realizado con la ayuda de un ordenador que incluso puede automatizar los procesos y protocolos de ensayos. Además entrega las curvas requeridas que pueden ser impresas inmediatamente. Las mediciones que hemos mencionado son las más simples, pero conjuntamente con el mismo procedimiento o similar, pueden realizarse un sinnúmero de otras determinaciones contando con los instrumentos y equipos adecuados para tal fin. La corrección de los valores Aunque no es el fin de esta publicación, no debemos dejar de mencionar que muchos parámetros del motor, entre ellos la potencia, dependen de las condiciones de la atmósfera donde trabajan. Si analizamos nuevamente la fórmula de la potencia efectiva de un motor alternativo de combustión interna se tiene:

Por otro lado el valor de la presión media efectiva es:

El símbolo r significa la densidad del aire. Deteniéndonos en este punto y suponiendo que todos los demás valores se mantienen constantes, podemos observar que a un aumento de la misma ocurre un aumento directo de la p y por lo tanto de la potencia N . Con la disminución de la densidad del aire ocurre lo contrario. Por me e lo tanto lo que se mide en un banco de pruebas es el denominado “valor observado”. Estos valores deberán modificarse convenientemente a una “atmósfera normal” con un factor de corrección para poder realizar comparaciones donde quiera que se pruebe al motor. Existen muchas normas que especifican el factor de corrección teniendo en cuenta la presión atmosférica y la temperatura ambiente (en algunos también la humedad) en el momento del ensayo, contra temperatura y presión ambiente normalizadas. Otros dispositivos Hasta aquí se ha visto como cargar al motor, para simular la utilización del mismo en distintas aplicaciones. Para ello es necesario extraerlo de la aplicación real, por ejemplo de un vehículo o de una embarcación e instalarlo en nuestro banco de ensayos que contará con algún tipo de los dinamómetros ya mostrados. Muchas veces se requiere la medición de potencia “in situ” de tal máquina y disponer en forma continua de ella, tal el caso del motor de una motonave. Otras veces la potencia del motor es tan grande como una turbina de gas de una central eléctrica (150.000 [kW] o más), o turbinas de vapor de 450.000 [kW] que resulta práctica y económicamente imposible construir un banco de ensayo para ellos, utilizándose la aplicación como tal Para el caso de automóviles, pueden utilizarse los bancos de ensayos con DINAMÓMETRO DE RODILLOS, donde todo el vehículo asienta sus ruedas motoras sobre unos rolos conectados estos a su vez a un dinamómetro convencional. La refrigeración del motor se realiza con potentes ventiladores cuya corriente de aire es dirigida hacia el frente del vehículo y todo el local está dispuesto como un túnel de viento tro.

Ahora me voy a referir a un ingenioso dispositivo para medición de potencia “in situ”, este es el torsíme-

Los dinamómetros de torsión. Con este dispositivo también denominado TORSÍMETRO, la medición puede realizarse en la misma aplicación del motor y prácticamente no tiene límites de potencia ni de velocidad. No es necesario refrigerarlo. El dinamómetro de torsión es usado para medir la potencia absorbida por máquinas de alta velocidad y que ofrezcan una resistencia aproximadamente constante como lo pueden ser bombas centrífugas, turbocompresores, generadores eléctricos o la potencia desarrollada por turbinas hidráulicas, turbinas de gas o de vapor y grandes motores de combustión interna alternativos.

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El principio de este aparato es muy simple y se inserta entre la máquina de accionamiento y la máquina accionada. La cupla es trasmitida entre una máquina y la otra por medio de una barra que se deforma elásticamente. El ángulo de la deformación de torsión de esa barra es lógicamente proporcional al par motor que se está desarrollando, y si por otro dispositivo medimos la velocidad de rotación, el problema de la determinación de la potencia está resuelto. En la siguiente figura aparece el esquema simplificado de un torsímetro.

figura 13

El momento es proporcional al ángulo de torsión Φ, al diámetro de la barra y al módulo elástico a la torsión G de tal forma que es posible indicarlo de la siguiente manera: M = K·Φ

[Nm]

donde K es la constante del torsímerto

Conocido el momento, la determinación de la potencia como antes resulta:

Donde: M [Nm] ; n [rpm] Para cada equipo existen unas curvas de calibración que relacionan al momento con el ángulo de torsión y que además son prácticamente líneas rectas. La forma de obtener la lectura del ángulo va desde una observación directa por efecto estroboscópico a sistemas electrónicos que recogen la información y que es procesada para un resultado en valores de par motor donde la constante del torsímetro ya está considerada. En cuanto a la precisión de las mediciones, puede ser tanto como 0,5 % del momento nominal máximo admisible del dispositivo. Se fabrican para velocidades tan altas como 30.000 rpm (los más pequeños). En cada caso particular debe hacerse un estudio de los fenómenos de velocidad crítica, porque a pesar de que cada uno de estos dinamómetros está perfectamente balanceado y su velocidad crítica se encuentra muy por arriba de la velocidad nominal, es posible que el grupo formado por el motor y el dinamómetro de torsión presente ahora una velocidad crítica en valores dentro del rango de uso. Es de hacer notar que los torsímetros no imponen la carga al motor, a diferencia de los dinamómetros. Solamente es un instrumento de medición acoplado convenientemente entre la máquina de accionamiento y la máquina accionada. Hoy en día son muy utilizados para conocer con alto grado de exactitud la potencia desarrollada por motores marinos en cada situación de marcha y de esa forma poder trabajar dentro de la velocidad y carga necesaria para optimizar los consumos y rendimientos. En consecuencia se puede observar que mediante este tipo de dispositivos, y otros complementarios, transformamos la instalación completa en un gran banco de pruebas con datos extraídos en el mismo momento que se producen en la realidad de la aplicación.

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Caso especial de los turborreactores En la propulsión aeronáutica, con excepción de los motores turbohélices y pequeños motores alternativos a hélice, la utilización directa del chorro de gases que sale de una turbina es utilizada para tal fin. Presenta un problema especial para la determinación de parámetros como son el empuje del motor, muy importante para deducir otros y conclusiones sobre el rendimiento. En este caso se debe utilizar un dinamómetro distinto a los ya estudiados, incluso no es el que impone la carga resistente. Se desea medir el empuje que proporciona el chorro de gases y que es para lo que se construye el motor, a diferentes condiciones de velocidad de rotación de la turbina. En el esquema de la figura 14 se muestra una idea de un dinamómetro para estos menesteres que puede ser simplemente una celda de carga la cual indicará directamente el empuje proporcionado por el motor (empuje en condiciones estáticas). El motor se encuentra suspendido en un soporte adecuado por unos tensores amarrados en la parte superior de la estructura.

figura 14

Conclusiones El desarrollo de los motores de combustión interna y en general de toda máquina térmica lleva como consecuencia, que a cada modificación estudiada previamente por cálculos y teorías, sea necesario su verificación por la influencia que ha de tener en el funcionamiento real. Lo mismo ocurre con cualquier cambio físico o químico de los combustibles utilizados. Medir es una necesidad insoslayable en la ingeniería y los bancos de prueba nos ofrecen esa posibilidad. El ensayo al freno de los motores resulta imprescindible e interesante desde todo punto de vista, tanto para motores que serán luego aplicados en gran serie en automóviles, como aquellos que en pequeñas cantidades son fabricados para alcanzar las grandes potencias específicas que se requieren en las competencias y finalmente para todas las máquinas térmicas, en la búsqueda incesante de los mínimos consumos específicos y los mejores rendimientos sin olvidar disminuir todo lo posible las emisiones contaminantes y los daños al medio ambiente.

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BIBLIOGRAFÍA 1.- Motores Endotérmicos

Prof. Dr. Ing. Dante Giacosa

Ediciones Omega S.A. Barcelona 1988.

2.- Teoría de los Motores Térmicos Conversión de la Energía Prof. Ing. R. Martínez de Vedia Librería y Editorial Alsina Buenos Aires 1997. 3.- Apuntes de clase de Laboratorio de Máquinas I Prof. Dr.Ing. Carlos J. Haug. Instituto de Ingeniería Mecánica Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología U.N.T. Tucumán República Argentina 1973. 4.- Ensayo de Motores al Freno Ing. F. E. Bariffi Revista del Centro de Estudiantes de La Plata Nº 76 blica Argentina.

Buenos Aires Repú-

5.- Catálogo de Dinamómetros Hidráulicos Froude Tipo DPX y DPXR Heenan & Froude Cuaderno de Instrucciones Worcester Inglaterra. 6.- Catálogo de Dinamómetros Hidráulicos Froude Tipo SA & FA Heenan & Froude Cuaderno de instrucciones Worcester Inglaterra. 7.- Catálogo de Bancos de Pruebas SAENZ Sáenz y Araneo S. A. Mar del Plata República Argentina. 8.- Catálogo de Banco de Ensayos G. Durán

Ing. Gustavo A. Durán Santa Fé República Argentina.

9.- Catálogo de Dinamómetros Clayton Delta 17-500-HTR y EE.UU.

17-800-HTR Clayton Manufacturing Company

California

10.- Catálogo de Bancos de Pruebas Mod. 150 Plint & Partners LTD. Berkshire Inglaterra. 11.- Manual de Instrucciones Para Freno a Corrientes de Foucault Carl Schenck A.G Darmstadt Alemania. 12.- Manual de Instrucciones Para Frenos Hidráulicos Carl Schenck A.G. Darmstadt Alemania. 13.- Catálogo de Frenos Dinamométricos Schenck-Dynabar Carl Schenck A. G. Darmstadt. Alemania. 14.- Catálogo de Dinamómetros de Torsión Alfred J. Amsler & Co. Schaffhouse Suiza. 15.- Catálogo de Sensores de Torque EE.UU.

Teledyne Engineering Services Brewer Engineering Laboratories

Massachussets

16.- Trabajos a terceros y de investigación sobre ensayo de motores, validación de combustibles líquidos y gaseosos, etc. en bancos de prueba del Laboratorio de Motores de Combustión Interna del Departamento de Mecánica de la FACEyT U.N.T. Tucumán 1996 al 2008.

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