Medición en el eje de la potencia en HP desarrollada por un motor de combustión interna usando un freno de Prony
Resumen
Se explica el principio de funcionamiento del freno de
Prony para la medición de la potencia en el eje de los
motores de combustión interna, se
deduce la ecuación para calcular dicha potencia en HP,
partiendo de los datos encontrados al llevarse a
cabo la operación para esa medición. Se hacen ver los
límites dentro de los
cuales se puede utilizar esta instalación mecánica con seguridad. Estos conocimientos se
pueden utilizar para la impartición de materias tales como:
Termodinámica, Motores de
Combustión Interna y Metrología.
Introducción
En el sistema inglés, la potencia
desarrollada por los motores se especifica normalmente en HP (
Horse Power ). Un motor que puede desarrollar 33000
ft-lb. de trabajo o energía por
minuto, es un motor de 1HP, un motor que puede desarrollar 66000
ft.-lb. de energía en un minuto, es un motor de 2
HP.
La potencia que puede realmente entregar el motor se
llama "potencia al freno" (bhp en inglés), y
también recibe el nombre de "potencia efectiva",
"potencia real" o "potencia en el eje", la cual
es menor que la "potencia indicada", que es la desarrollada en
los cilindros del motor. Los motores se especifican en el
mercado mencionando en sus
placas entre otras características, su potencia al freno.
Así, un motor especificado en su placa con 160 HP, se le
suele llamar "un motor de 160HP".
Potencia al
Freno
El término "potencia al freno", deriva de que en
las primeras determinaciones, la producción de
energía producida por un motor en su eje era disipada o
absorbida por el rozamiento de un freno. Aún se utilizan
frenos para este propósito para magnitudes pequeños de
potencia y de velocidad. Un tipo conocido
como freno de Prony se representa esquemáticamente
en la figura anterior. La instalación del freno de Prony
comprende un volante o polea grande, y el freno constituido por
el fleje y las blocks o zapatas de apriete, las cuales se adaptan
alrededor de la superficie perimetral de este volante y son
construidas de madera.
Es conveniente mencionar que no es recomendable exceder
la velocidad periférica de la polea de 2500 ft/min., a fin
de evitar que los blocks se incendien por el rozamiento;
también es recomendable utilizar algún tipo de
enfriamiento en la superficie exterior de la polea para tratar de
minimizar este problema.
Otros instrumentos para medir el trabajo en el eje son: un
freno hidráulico, un dinamómetro, y sistemas medidores de
deformación que informan sobre el momento del par motriz,
así como lo cuales no se analizan en este
trabajo.
El freno puede ser presionado contra el volante
utilizando el tornillo A. Un brazo del freno (en forma de
triángulo en la figura), se apoya sobre una
báscula.
El volante es accionado por el eje del motor. Cuando el
freno es apretado, el rozamiento de las zapatas sobre el mismo,
aplica una carga sobre el motor. Al mismo tiempo el rozamiento tiende a
hacer girar al freno y al brazo, y este aplica una fuerza sobre la báscula.
El ensayo del freno de Prony
se efectúa haciendo funcionar al motor a una velocidad
constante, y apretando gradualmente el freno sobre el volante.
Este imparte una carga por rozamiento cada vez mayor sobre el
motor, y el acelerador tiene que ser presionado para que el motor
conserve su velocidad.
Al mismo tiempo la carga sobre la báscula aumenta
debido a la mayor fuerza de rozamiento del freno sobre el
volante.
Para hallar la máxima potencia que el motor puede
desarrollar a la velocidad de ensayo, se aumenta la carga
gradualmente, aumentando al mismo tiempo la abertura de la
mariposa del acelerador para conservar la velocidad del motor.
Cuando la mariposa está abierta del todo, se obtiene la
máxima potencia. Cualquier aumento de carga haría que
la velocidad del motor y por consiguiente la potencia
desarrollada por el disminuyese; entonces para determinar la
potencia se puede usar la ecuación.
En esta ecuación T y N son lecturas
simultáneas de:
T = Par motriz producido por el motor, en lb.- pulg.
(Dato proporcionado por el freno de Prony)
N = Velocidad angular del motor en rpm (dato
proporcionado por un tacómetro conectado a la flecha del
motor)
Deducción de la ecuación:
La deducción de esta
ecuación se lleva a cabo a partir de la figura anterior,
representación de la instalación del freno de Prony con
el que se lleva a cabo el ensayo. En esta figura:
N = Velocidad angular del motor en rpm
Momento producido por la fuerza de rozamiento =
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