INTRODUCCIÓN:
El mundo moderno muestra desde sus comienzos la utilización de máquinas, las cuáles han requerido diversas formas de propulsión del movimiento, desde la fuerza humana, hasta lo que se tiene ahora identificada como fuerza mecánica y eléctrica. En la creación y desarrollo de los motores, han intervenido diversas formas de fuerza y energía que el hombre involucra en su día a día. De esta manera, se tiene en cuenta que el motor necesita ser medido para confirmar que fuerza necesita para mover una máquina. Así como su potencia que puede llegar a alcanzar para aplicar los cálculos y obtener su eficiencia. Para esto hacemos uso de los dispositivos como: Tacómetro, Amperímetro, Multímetro etc.
OBJETIVOS:
Objetivo General:
Construir, Analizar y realizar la implementación de un Freno Prony para obtener los parámetros mecánicos y eléctricos de un motor AC y DC.
Objetivos Específicos:
Medir el Torque De un Motor. Medir las RPM (Revoluciones
Por Minuto) de un Motor
Medir la Corriente de un Motor.
utilizar voltaje fijo y voltaje mediante un variac para realizar las mediciones.
Diseño y análisis de la estructura adecuada para el Freno Prony.
Fabricación y/o ensamble del diseño del freno.
MARCO TEORICO:
El Freno de Prony
Es un freno dinamo-métrico, utilizado para medir la fuerza de los motores. El freno consta de un brazo, sobre el que van montados un dinamómetro y una rueda, que tiene adosada una cincha o banda de alto rozamiento. Esta rueda es la que se conecta al eje del motor del cual se quiere medir su potencia. El ajuste de la cincha o banda es variable. Esto es, se puede controlar el torque de carga aplicado. Muestra de freno prony figura 1.
Resumen:Se explica el principio de funcionamiento del freno de Prony para la medición mecánica y eléctrica en el eje del motor AC, así mismo se podrá medir
la fuerza de torque colocando un dinamómetro que se podrá ajustar. Con ello y el uso de un tacómetro se busca calcular la potencia de salida del motor.
Islas Martínez Fernando, Lezama Zepeda Ramiro Adrián, Pale Córdoba Isidro, Tepox Fernández Harold
Figura 1. Freno Prony
Tacómetro:
Se conoce como tacómetros, a los instrumentos que sirven para medir la velocidad de rotación de piezas giratorias. Casi universalmente están calibrados en revoluciones por minuto (RPM), aunque para fines particulares los hay con otras escalas.
Los tacómetros pueden clasificarse en dos grandes grupos:
Tacómetros de contacto; son aquellos en los que para hacer la medición se necesita hacer contacto entre el instrumento y la pieza que rota. Tacómetros sin contacto; en estos no es necesario contacto entre las partes.
En nuestra práctica utilizamos un tacómetro con sensor infrarrojo,
como el que se muestra en la
figura 2.
Amperímetro:
Un amperímetro de gancho es un instrumento de medición de corriente eléctrica que permite medirla sin desconectar nada. Se llaman de gancho porque cuentan con unas tenazas o ganchos que se abren al oprimir una barra lateral con que cuentan y eso permite ensartarlo en el conductor donde se requiere medir la corriente, con seguridad y sin necesidad de desconectar nada. Después de ello solo ves la carátula o display y sabrás con buena precisión cuantos ampéres están pasando por el conductor que tiene estas ganchos. (UN SOLO
CONDUCTOR A LA VEZ). En esta práctica se utilizó un amperímetro comercial como el que se muestra en la figura 3.
Motor Eléctrico
Los motores eléctricos son dispositivos capaces de transformar la energía eléctrica en energía mecánica utilizando el bobinado, dividido en 2 o más campos. Están
Figura 2. Tacómetro dual twilight LT-DT2236 Figura 3. Amperímetro comercial, FOXLUX
FX-constituidos básicamente por un rotor y un estator que realizan el trabajo de rotación. Todo motor también cuenta con una carcasa y tapas las cuales sostienen el eje simétricamente centrado, soportado por rodamientos o bujes.
En la Figura 4 se muestra la Constitución general de las maquinas rotativas CA.
Inductor Inducido Escobillas Culata o Carcasa Entrehierro Cojinetes
Dinamómetro:
Figura 5. es un instrumento que se
emplea para medir fuerzas o para pesar objetos. Torque: Cuando se aplica una fuerza en algún punto de un cuerpo rígido, dicho cuerpo tiende a realizar un movimiento de rotación en torno a algún eje. Ahora bien, la propiedad de la fuerza aplicada para hacer girar al cuerpo se mide con una magnitud física que llamamos torque o momento de la fuerza.
Entonces, se
llama torque o momento de una fuerza a la capacidad de dicha fuerza para producir un giro o rotación alrededor de un punto. Basándonos en la teoría para medir los diferentes cálculos mecánicos y eléctricos tenemos las siguiente
tabla 1 que nos muestra las
fórmulas que nos ayudaran
*Potencia mecánica de un motor: depende de su velocidad de rotación y el momento de torsión o par que desarrolle.
p=
nT
30/ π
P= potencia
N= nivel de torsión (r/min.) T= Torsión (N*m)
Figura 4. Partes generales de un motor de CA
Figura 5. Dinamómetro analógico de 25Kg
*Torsión: Cuando una fuerza
ejerce una acción de torsión, la cual tiende a hacerlo girar.
F= Fuerza (N)
T =F∗r
r= radio (m) *Fuerza:F=m∗g
F = fuerza de gravedad que actúa sobre un cuerpo [N]
m = masa del cuerpo [Kg]
g = Fuera de gravedad su constante es 9.81m/s².
Tabla 1. Fórmulas para calcular potencia, torque y fuerza.
DESARROLLO:
Diseño y fabricación de la
estructura
Para poder fabricar la estructura que fue utilizada en el Freno Prony se realizó un diseño en SolidWorks (versión 2012) y se hizo un análisis del material a utilizar, contemplando deformaciones y resistencia. El material elegido fue un ángulo de acero específicamente un acero ASTM A36 que posee un límite elástico de 2.5e+008 N/m2.
Este material es cuadrado y de media pulgada. Las medidas del freno Prony son de 50 centímetros de alto por 32 de ancho, y una base cuadrada de 33 cm. En la figura 6. se muestra el resultado de dicho análisis, mostrando la figura con su simulación en donde se muestra su
tensión de Von Mises en toda la estructura planteada, esta simulación se hizo tomando en cuenta una fuerza de 35 Kg, actuando únicamente sobre los dos soportes.
Figura 6. Análisis de fuerzas de la estructura.
En la figura 7 mostramos la estructura del freno prony, para su construcción se obtuvo soldando los ángulos de acero sujetándose a una base también de dicho material. La altura de los angulos es de 50 cm de alto y 35 de ancho, y la base es de 33 cm largo por 33 cm De ancho.
Figura 7. Estructura de nuestro
Freno Prony
Implementación del motor AC
Para ser uso de esta práctica el equipo opto por usar un motor monofásico de lavadora de corriente alterna. Ya que teniendo este motor utilizamos el tacómetro digital de la
figura 2 antes mencionado para
obtener las RPM de dicho motor. Después de fabricar nuestro Freno Prony se procedió a Ensamblarlo y para esto utilizamos
El motor AC de lavadora que a continuación se muestra en la
figura 8. El cual se atornillo en la base del freno prony y quedando bien ajustado para que cuando encienda no vibre.
Figura 8. Motor Ac de lavadora
utilizado. Implementación del dinamómetro
Después de colocar el motor se colocó un dinamómetro sujetado a
la parte superior de la estructura mediante una brida tipo U y poniéndoles tuerca para que se mantuviera fija y de la parte inferior del dinamómetro se unió una banda de caucho la cual pasa por la polea del motor que esta fija y se vuelve a unir por 2 bridas tipo U como se muestras en la siguiente figura 9.
Figura 9.Ensamblaje del freno
prony con motor sujeto a la base. Implementación de la banda Para hacer las pruebas de este ensamblaje fue un poco fácil ya que no tuvimos la necesidad de añadirle otra cosas como por ejemplo una polea o riel, ya que este motor de AC trae en su eje una polea fija con riel el cual solo acomodamos la banda de caucho sobre la polea (figura 10).
La banda que no pasa por el dinamómetro se unió con dos bridas primero una brida de tipo U con cuello para ser tensada una ve fija ala polea del motor y así para que no se recorra y ocasionar alguna problema y después esta brida se unió con una brida tipo U a la estructura como se puede apreciar en la figura 9.
Mediciones
Después de esto se procedió a hacer las mediciones con el tacómetro comercial (figura 2) poniéndolo a una pequeña distancia enfrente de la polea del motor AC y obteniendo las RPM,
Después poco a poco fuimos tensando más la banda del lado de la brida tipo u con cuello para ir aumentando la carga aplicada entre la banda y la polea, así como ir midiendo la corriente que hay al aplicarle dicha carga en el dinamómetro.
La tensión que aplicamos en el dinamómetro iba aumentando de 2
Kg hasta que llegara un punto donde el motor se detuviera de tener la carga máxima.
Todo esto con un voltaje fijo que es 127 Volts.
Después se hiso el mismo pero utilizamos el variac para ir variando el voltaje que alimenta al motor de máximo voltaje al mínimo, disminuyendo de 20 Volts.
RESULTADOS:
En la figura 11 se muestra la gráfica de los valores obtenidos, torque VS RPM y torque VS corriente; para un voltaje constante. Tomamos al torque como variable independiente debido a que la fuerza era nuestra variable que afectábamos.
0 1 2 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 AC - Voltaje constante (127 V)
Torque VS rpm Torque vs corriente
Torque
RPM Corriente [A]
Figura 11. Grafica a un voltaje constante
En la figura 12 se muestra la gráfica de los valores obtenidos, torque VS
Figura 10.
Colocación de la banda sobre la polea
RPM para voltajes variables. Observe que a mayor voltaje, el torque del motor no decae rápidamente. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 AC - Voltaje variable V= 127V V= 100 V V = 80V V=60 V V= 40V V = 20V Torque rpm
Figura 12. Grafica Torque vs RPM a voltajes variables
En la figura 13 se muestra la gráfica de los valores obtenidos, torque VS corriente para voltajes variables. Observe que a mayor voltaje, el torque del motor no decae rápidamente y la corriente es más lineal 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 V= 60V V = 100V V= 80V V= 40 V = 127 V V= 20 V Torque Corriente
Figura 13. Grafica Torque vs corriente a voltajes variables
CONCLUSIONES:
Al término de esta práctica supimos
que
están
completamente
relacionados el voltaje, la corriente, el
torque, las revoluciones por minuto
(rpm) ya que si varia una de estas
influye en las demás, se tuvo algunos
problemas en cuanto a la medición ya
que no existe el material suficiente en
el laboratorio y el materia que hay no
tiene pilas.
Observamos que en un motor de
corriente alterna, a mayor voltaje la
corriente y las rpm se mantienen a
pesar de que el torque se vea
incrementado.
BIBLIOGRAFIA:
1 Mcgraw-Hill. (Sin Fecha). Motores Electricos. 17 Enero 2015, (PDF) web: http://www.mcgrawill.es/bcv/guide/cap itulo/8448173104.pdf 2 http://www.areatecnologia.com/EL %20MOTOR%20ELECTRICO.htm 3 https://www.pce-instruments.com/espanol/instrumento -medida/medidor/dinamometro-kat_70049_1.htm 4 https://repository.eafit.edu.co/xmlui/bit stream/handle/10784/4322/LauraGuti errez_CarlosCorrales_2008.pdf? sequence=1&isAllowed=y
