Pruebas de los motores: medicin de potencia

El freno de PronyLa medicin de la potencia o trabajo realizado en la unidad de tiempo, es de importancia bsica al determinar la capacidad de produccin de un motor. Uno de los primeros dispositivos empleados para este objeto, es el freno de prony.

Se fija a la flecha del motor cuya potencia debe medirse un tambor a. Mediante la manivela c puede aprestarse la banda b que envuelve al tambor, el valor de ese ajuste determina la friccin de arrastre f (no indicada) que acta en la periferia del tambor y opone resistencia a la rotacin de la flecha. Mediante un brazo de palanca d apoyado en la plataforma de la bscula, se impide el movimiento de la banda y sus superficies de friccin excepto en un arco limitado.El freno de prony es econmico, simple en su funcionamiento y fcil de construir. Por esta razn se usa ampliamente en pruebas de baja velocidad. En altas velocidades ocurren ondulaciones y chirridos de la banda que dificultan mantener una carga constante. La desventaja principal del freno de prony es su par de torsin constante con cualquier presin de la banda y, por lo mismo, su inhabilidad para compensarse bajo condiciones de carga variable. En otras palabras, si el motor sometido a prueba se carga hasta un valor que ocasione prdidas de velocidad, el freno de prony mantendr su par de torsin, tendiendo a parar el motor.La energa suministrada por la mquina motriz, al freno, se disipa eventualmente como calor. La mayora de los frenos estn provistos de algn medio para suministrarle agua a la llanta interior del tambor y puede suceder que el calor generado evapore al agua o que un vertedor la tire con rapidez suficiente para mantener el tambor a la temperatura deseada.Frenos de aguaLa figura ilustra un freno simple de agua que consiste en un disco montado en una cubierta, la cual contiene un fluido, como por ejemplo, agua. La resistencia que encuentra el disco al girar es igual y opuesta a la reaccin que tiende a hacer girar a la funda o cubierta. Montando la funda en los cojinetes a que son independientes de los cojinetes b de la flecha, puede medirse el esfuerzo de rotacin pesando la fuerza ejercida por la cubierta. Para aumentar la carga puede aumentarse la cantidad de agua en la cubierta mediante las vlvulas c. Con objeto de que la carga sea constante se mantiene inalterable la viscosidad (temperatura constante) del agua hacindola fluir constantemente a la entrada y a la salida de la funda. Se notar que la potencia absorbida por el freno se disipa como friccin fluida a medida que el disco hiende al agua resultando una elevacin de temperatura en ella. Para aumentar la capacidad, puede emplearse un rotor con aspas o paletas.

Los frenos de agua se emplean cuando se tienen cargas muy pesadas y altas velocidades ya que la capacidad es aproximadamente proporcional al cubo de la velocidad de giro. Sin embargo, a bajas velocidades la capacidad de absorcin es relativamente limitada. En contraste con el freno de prony con su par torsional constante, el freno de agua no atasca o para al motor que est bajo estudio. Si el motor se carga hasta su capacidad por lo cual disminuye su velocidad, tambin disminuir la carga del freno sobre el motor y el operador tendr tiempo para reajustar la carga y corregir la velocidad hasta el valor deseado.

El ventilador como frenoLas hlices o ventiladores se emplean ocasionalmente en pruebas de mucha duracin donde la precisin no es primordial y tambin para los periodos de asentamiento de los motores nuevos. La principal objecin del ventilador como freno es la dificultad o inconveniencia para ajustar la carga. Para eso es necesario cambiar el radio, el tamao, o el ngulo de las aspas. Estas operaciones requieren regularmente que se pare el motor a menos que se empleen hlices de paso variable. Los cambios en la densidad del aire atmosfrico durante las pruebas, tambin pueden ocasionar alteraciones en la carga. Los ventiladores usados como freno, tienen una cubierta en torno del ventilador pudindose modificar el gasto variando la restriccin a la entrada o a la salida del flujo de aire.La potencia de un motor que acciona un ventilador usado como freno, puede determinarse calibrando por separado al ventilador. Otro mtodo es el de montar el motor en un bastidor como se indica en la figura y medir el esfuerzo de giro del bastidor, pesando la fuerza externa de reaccin del par torsional desarrollado por el motor. Este ltimo mtodo es el nico usado comnmente, el primero requiere calibraciones muy elaboradas para consignar los efectos de la temperatura, la humedad, la densidad y la velocidad y, sin embargo, los resultados son dudosos incluso si el freno se ha calibrado en el local en el cual se utiliza. La potencia varia aproximadamente con el cubo de la velocidad.

El dinammetro de corrientes parsitasUna de las formas ms antiguas de dinammetro es el de corrientes parsitas. La versin ms simple consiste en un disco que al ser accionado por el motor sujeto a prueba, gira en un campo magntico. La intensidad del campo se controla variando la corriente que pasa por una serie de bobinas colocadas en ambos lados del disco. Este acta como un conductor cortando al campo magntico. En el disco se inducen corrientes, y por no haber un circuito externo, lo calientan. Para la absorcin de una gran potencia se hace excesivo el calentamiento del disco dificultando el control.

El dinammetro elctricoPuede emplearse el generador elctrico para cargar al motor, sin embargo, la produccin del generador debe medirse con instrumentos elctricos y corregirse en magnitud para el rendimiento del generador. Ya que el rendimiento del generador depende de la carga, la velocidad y la temperatura, este dispositivo es ms que inconveniente para usarse en un laboratorio y obtener mediciones precisas. Para salvar esta dificultad, deber soportarse al generador en cojinetes de bolas pudindose medir el esfuerzo de torsin ejercido por el estator del generador. La tendencia al giro o la reaccin del estator ser igual y opuesta al par torsional ejercido sobre la armadura que es movida por el motor.El dinammetro de la figura puede emplearse ya sea como motor elctrico para arrancar y mover al motor de combustin a diferentes velocidades o como un generador para absorber la potencia del motor de combustin. En la figura se muestra un diagrama elctrico simplificado.

Bibliografa Edward F. Obert, Motores de combustin interna: anlisis y aplicaciones, XXV reimpresin, 1999, Ed. Continental, Pg. 47-59.