Prctica 1: FRENO PRONY AC
BENEMRITA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE PUEBLAFacultad Ciencias de la
ElectrnicaMotores y ServoactuadoresVerano 2015
Resumen: Se explica el principio de funcionamiento del freno de
Prony para la medicin mecnica y elctricaen el eje del motor AC, as
mismo se podr medir la fuerza de torque colocando un dinammetro que
se podr ajustar. Con ello y el uso de un tacmetro se busca calcular
la potencia de salida del motor.
Islas Martnez Fernando, Lezama Zepeda Ramiro Adrin, Pale Crdoba
Isidro, Tepox Fernndez [email protected]
INTRODUCCIN:El mundo moderno muestra desde sus comienzos la
utilizacin de mquinas, las cules han requerido diversas formas de
propulsin del movimiento, desde la fuerza humana, hasta lo que se
tiene ahora identificada como fuerza mecnica y elctrica. En la
creacin y desarrollo de los motores, han intervenido diversas
formas de fuerza y energa que el hombre involucra en su da a da. De
esta manera, se tiene en cuenta que el motor necesita ser medido
para confirmar que fuerza necesita para mover una mquina. As como
su potencia que puede llegar a alcanzar para aplicar los clculos y
obtener su eficiencia. Para esto hacemos uso de los dispositivos
como: Tacmetro, Ampermetro, Multmetro etc.OBJETIVOS:Objetivo
General: Construir, Analizar y realizar la implementacin de un
Freno Prony para obtener los parmetros mecnicos y elctricos de un
motor AC y DC.
Objetivos Especficos: 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. Diseo y anlisis de la estructura adecuada
para el Freno Prony. Fabricacin y/o ensamble del diseo del
freno.
MARCO TEORICO:ElFreno de PronyEs unfreno dinamo-mtrico,
utilizado para medir la fuerza de los motores. El freno consta de
un brazo, sobre el que van montados undinammetroy unarueda, que
tiene adosada una cincha o banda de altorozamiento. 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 eltorquede carga aplicado. Muestra de freno prony
figura 1.Figura 1. Freno Prony
Tacmetro:Se conoce como tacmetros, a los instrumentos que sirven
para medir la velocidad de rotacin de piezas giratorias. Casi
universalmente estn calibrados en revoluciones por minuto (RPM),
aunque para fines particulares los hay con otras escalas.
Los tacmetros pueden clasificarse en dos grandes grupos:
Tacmetros de contacto;son aquellos en los que para hacer la medicin
se necesita hacer contacto entre el instrumento y la pieza que
rota.Figura 2. Tacmetro dual twilight LT-DT2236
Tacmetros sin contacto;en estos no es necesario contacto entre
las partes.
En nuestra prctica utilizamos un tacmetro con sensor infrarrojo,
como el que se muestra en la figura 2.
Ampermetro:Un ampermetro de gancho es un instrumento de medicin
de corriente elctrica 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. Despus de ello
solo ves la cartula o display y sabrs con buena precisin cuantos
ampres estn pasando por el conductor que tiene estas ganchos. (UN
SOLO CONDUCTORA LA VEZ). En esta prctica se utiliz un ampermetro
comercial como el que se muestra en la figura 3.Figura 3.
Ampermetro comercial, FOXLUX FX-AA.
Motor ElctricoLos motores elctricos son dispositivos capaces de
transformar la energa elctrica en energa mecnica utilizando el
bobinado, dividido en 2 o ms campos. Estn constituidos bsicamente
por un rotor y un estator que realizan el trabajo de rotacin. Todo
motor tambin cuenta con una carcasa y tapas las cuales sostienen el
eje simtricamente centrado, soportado por rodamientos o bujes.
Figura 4. Partes generales de un motor de CA
En la Figura 4 se muestra la Constitucin general de las maquinas
rotativas CA. Inductor Inducido Escobillas Culata o Carcasa
Entrehierro Cojinetes
Dinammetro: Figura 5.es un instrumento que se emplea para medir
fuerzas o para pesar objetos. Torque: Cuando se aplica una fuerza
en algn punto de un cuerpo rgido, dicho cuerpo tiende a realizar un
movimiento de rotacin en torno a algn eje. Ahora bien, la propiedad
de la fuerza aplicada para hacer girar al cuerpo se mide con una
magnitud fsica que llamamostorque o momento de la fuerza.Figura 5.
Dinammetro analgico de 25Kg
Entonces, se llamatorqueomomentode una fuerza a la capacidad de
dicha fuerza para producir un giro o rotacin alrededor de un
punto.Basndonos en la teora para medir los diferentes clculos
mecnicos y elctricos tenemos las siguiente tabla 1 que nos muestra
las frmulas que nos ayudaran
*Potencia mecnica de un motor: depende de su velocidad de
rotacin y el momento de torsin o par que desarrolle.
P= potenciaN= nivel de torsin (r/min.)T= Torsin (N*m)
*Torsin: Cuando una fuerza ejerce una accin de torsin, la cual
tiende a hacerlo girar.
F= Fuerza (N) r= radio (m)
*Fuerza: F = fuerza de gravedad que acta sobre un cuerpo [N]m =
masa del cuerpo [Kg]g = Fuera de gravedad su constante es
9.81m/s.
Tabla 1. Frmulas para calcular potencia, torque y fuerza.
DESARROLLO:Diseo y fabricacin de la estructuraPara poder
fabricar la estructura que fue utilizada en el Freno Prony se
realiz un diseo en SolidWorks (versin 2012) y se hizo un anlisis
del material a utilizar, contemplando deformaciones y resistencia.
El material elegido fue un ngulo de acero especficamente un acero
ASTM A36 que posee un lmite elstico de 2.5e+008 N/m2. Este material
es cuadrado y de media pulgada. Las medidas del freno Prony son de
50 centmetros de alto por 32 de ancho, y una base cuadrada de 33
cm. En la figura 6. se muestra el resultado de dicho anlisis,
mostrando la figura con su simulacin en donde se muestra su tensin
de Von Mises en toda la estructura planteada, esta simulacin se
hizo tomando en cuenta una fuerza de 35 Kg, actuando nicamente
sobre los dos soportes.
Figura 6. Anlisis de fuerzas de la estructura.En la figura 7
mostramos la estructura del freno prony, para su construccin se
obtuvo soldando los ngulos de acero sujetndose a una base tambin 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
Implementacin del motor AC
Para ser uso de esta prctica el equipo opto por usar un motor
monofsico de lavadora de corriente alterna. Ya que teniendo este
motor utilizamos el tacmetro digital de la figura 2 antes
mencionado para obtener las RPM de dicho motor.
Despus de fabricar nuestro Freno Prony se procedi a Ensamblarlo
y para esto utilizamos El motor AC de lavadora que a continuacin 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.
Implementacin del dinammetro
Despus de colocar el motor se coloc un dinammetro sujetado a la
parte superior de la estructura mediante una brida tipo U y
ponindoles tuerca para que se mantuviera fija y de la parte
inferior del dinammetro se uni 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.
Implementacin de la banda
Para hacer las pruebas de este ensamblaje fue un poco fcil ya
que no tuvimos la necesidad de aadirle 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).
Figura 10. Colocacin de la banda sobre la polea
La banda que no pasa por el dinammetro se uni con dos bridas
primero una brida de tipo U con cuello para ser tensada una ve fija
ala polea del motor y as para que no se recorra y ocasionar alguna
problema y despus esta brida se uni con una brida tipo U a la
estructura como se puede apreciar en la figura 9.
Mediciones
Despus de esto se procedi a hacer las mediciones con el tacmetro
comercial (figura 2) ponindolo a una pequea distancia enfrente de
la polea del motor AC y obteniendo las RPM, Despus poco a poco
fuimos tensando ms la banda del lado de la brida tipo u con cuello
para ir aumentando la carga aplicada entre la banda y la polea, as
como ir midiendo la corriente que hay al aplicarle dicha carga en
el dinammetro. La tensin que aplicamos en el dinammetro iba
aumentando de 2 Kg hasta que llegara un punto donde el motor se
detuviera de tener la carga mxima.Todo esto con un voltaje fijo que
es 127 Volts.Despus se hiso el mismo pero utilizamos el variac para
ir variando el voltaje que alimenta al motor de mximo voltaje al
mnimo, disminuyendo de 20 Volts.
RESULTADOS:En la figura 11 se muestra la grfica 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 afectbamos.
Figura 11. Grafica a un voltaje constanteEn la figura 12 se
muestra la grfica de los valores obtenidos, torque VS RPM para
voltajes variables. Observe que a mayor voltaje, el torque del
motor no decae rpidamente.
Figura 12. Grafica Torque vs RPM a voltajes variables
En la figura 13 se muestra la grfica de los valores obtenidos,
torque VS corriente para voltajes variables. Observe que a mayor
voltaje, el torque del motor no decae rpidamente y la corriente es
ms lineal
Figura 13. Grafica Torque vs corriente a voltajes variables
CONCLUSIONES:Al trmino de esta prctica supimos que estn
completamente relacionados el voltaje, la corriente, el torque, las
revoluciones por minuto (rpm) ya que si varia una de estas influye
en las dems, se tuvo algunos problemas en cuanto a la medicin 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/capitulo/8448173104.pdf1.
http://www.areatecnologia.com/EL%20MOTOR%20ELECTRICO.htm1.
https://www.pce-instruments.com/espanol/instrumento-medida/medidor/dinamometro-kat_70049_1.htm
1.
https://repository.eafit.edu.co/xmlui/bitstream/handle/10784/4322/LauraGutierrez_CarlosCorrales_2008.pdf?sequence=1&isAllowed=y