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Dinamómetro

Un dinamómetro de chasis .

Un dinamómetro o "dyno" para abreviar, es un dispositivo para medir simultáneamente el par y la velocidad de rotación ( RPM ) de un motor , motor u otro motor primario giratorio, de modo que su potencia instantánea pueda calcularse y, por lo general, mostrarse en el propio dinamómetro como kW o caballos de fuerza .

Además de usarse para determinar las características de par o potencia de una máquina bajo prueba, los dinamómetros se emplean en otras funciones. En los ciclos de prueba de emisiones estándar, como los definidos por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos , los dinamómetros se utilizan para proporcionar una carga en carretera simulada del motor (usando un dinamómetro de motor) o del tren motriz completo (usando un dinamómetro de chasis). Más allá de las simples mediciones de potencia y par, los dinamómetros se pueden utilizar como parte de un banco de pruebas para una variedad de actividades de desarrollo de motores, como la calibración de los controladores de gestión del motor, investigaciones detalladas sobre el comportamiento de la combustión y tribología .

Dispositivo dinamómetro para medir la fuerza de la mano.
Evaluación de la fuerza de prensión manual

En la terminología médica, los dinamómetros de mano se utilizan para la evaluación rutinaria del agarre y la fuerza de la mano , y para la evaluación inicial y continua de pacientes con traumatismo o disfunción de la mano. También se utilizan para medir la fuerza de prensión en pacientes en los que se sospecha compromiso de las raíces nerviosas cervicales o de los nervios periféricos.

En los ámbitos de la rehabilitación , la kinesiología y la ergonomía , los dinamómetros de fuerza se utilizan para medir la fuerza de la espalda, el agarre, los brazos y/o las piernas de atletas, pacientes y trabajadores para evaluar el estado físico, el rendimiento y las demandas de la tarea. Normalmente, la fuerza aplicada a una palanca o a través de un cable se mide y luego se convierte en un momento de fuerza multiplicándola por la distancia perpendicular desde la fuerza al eje del nivel. [1]

Principios de funcionamiento de los dinamómetros de potencia de par (absorción).

Dinamómetro hidráulico antiguo, con medición del par de peso muerto

Un dinamómetro absorbente actúa como una carga impulsada por el motor primario que se está probando (por ejemplo, la rueda Pelton ). El dinamómetro debe poder funcionar a cualquier velocidad y cargar a cualquier nivel de par que requiera la prueba.

Los dinamómetros de absorción no deben confundirse con los dinamómetros de "inercia", que calculan la potencia únicamente midiendo la potencia necesaria para acelerar un rodillo impulsor de masa conocida y no proporcionan ninguna carga variable al motor primario.

Un dinamómetro de absorción suele estar equipado con algún medio para medir el par de funcionamiento y la velocidad.

La unidad de absorción de potencia (PAU) de un dinamómetro absorbe la potencia desarrollada por el motor primario. Esta potencia absorbida por el dinamómetro luego se convierte en calor, que generalmente se disipa en el aire ambiente o se transfiere al agua de refrigeración que se disipa en el aire. Los dinamómetros regenerativos, en los que el motor primario acciona un motor de CC como generador para crear carga, generan un exceso de energía de CC y, potencialmente, utilizando un inversor de CC/CA, pueden devolver energía de CA a la red eléctrica comercial.

Los dinamómetros de absorción pueden equiparse con dos tipos de sistemas de control para proporcionar diferentes tipos de pruebas principales.

fuerza constante

El dinamómetro tiene un regulador de par de "frenado": la unidad de absorción de potencia está configurada para proporcionar una carga de par de fuerza de frenado establecida, mientras que el motor primario está configurado para funcionar con cualquier apertura del acelerador, tasa de suministro de combustible o cualquier otra variable que se desee. prueba. Luego se permite que el motor primario acelere el motor a través de la velocidad o rango de RPM deseado. Las rutinas de prueba de fuerza constante requieren que el PAU se ajuste con un par ligeramente deficiente en relación con la salida del motor primario para permitir cierta tasa de aceleración. La potencia se calcula en función de la velocidad de rotación x el par x la constante. La constante varía según las unidades utilizadas.

Velocidad constante

Si el dinamómetro tiene un regulador de velocidad (humano o computadora), el PAU proporciona una cantidad variable de fuerza de frenado (par) que es necesaria para hacer que el motor primario funcione a la velocidad de prueba única o RPM deseada. La carga de frenado PAU aplicada al motor primario puede controlarse manualmente o determinarse mediante una computadora. La mayoría de los sistemas emplean cargas producidas por corrientes parásitas, aceite hidráulico o motores de CC debido a sus capacidades de cambio de carga rápido y lineal.

La potencia se calcula como el producto de la velocidad angular y el par .

Un dinamómetro de motor actúa como un motor que impulsa el equipo bajo prueba. Debe poder impulsar el equipo a cualquier velocidad y desarrollar cualquier nivel de par que requiera la prueba. En el uso común, se utilizan motores de CA o CC para accionar el equipo o "cargar" el dispositivo.

En la mayoría de los dinamómetros, la potencia ( P ) no se mide directamente, sino que debe calcularse a partir de los valores de par ( τ ) y velocidad angular ( ω ) [ cita necesaria ] o fuerza ( F ) y velocidad lineal ( v ):

o
dónde
P es la potencia en vatios
τ es el par en newton metros
ω es la velocidad angular en radianes por segundo
F es la fuerza en newtons
v es la velocidad lineal en metros por segundo

Es posible que sea necesario dividir por una constante de conversión, según las unidades de medida utilizadas.

Para unidades imperiales o habituales de EE. UU.,

dónde
P hp es la potencia en caballos de fuerza
τ lb·ft es el par en libras-pie
ω RPM es la velocidad de rotación en revoluciones por minuto

Para unidades métricas,

dónde
P W es la potencia en Watts (W)
τ N·m es el par en Newton metros (Nm)
ω es la velocidad de rotación en radianes/segundo (rad/s)
ω = ωRPM. π/30  

Descripción detallada del dinamómetro

Configuración del dinamómetro eléctrico que muestra el motor, la disposición de medición del par y el tacómetro.

Un dinamómetro consta de una unidad de absorción (o absorbente/impulsor) y normalmente incluye un medio para medir el par y la velocidad de rotación. Una unidad de absorción consta de algún tipo de rotor en una carcasa. El rotor está acoplado al motor u otro equipo bajo prueba y puede girar libremente a cualquier velocidad requerida para la prueba. Se proporcionan algunos medios para desarrollar un par de frenado entre el rotor y la carcasa del dinamómetro. Los medios para desarrollar el par pueden ser friccionales, hidráulicos, electromagnéticos o de otro tipo, según el tipo de unidad de absorción/impulsor.

Un medio para medir el torque es montar la carcasa del dinamómetro de modo que pueda girar libremente excepto si está restringido por un brazo de torque. Se puede hacer que la carcasa gire libremente usando muñones conectados a cada extremo de la carcasa para soportarla en cojinetes de muñón montados en pedestal. El brazo de torsión está conectado a la carcasa del banco de pruebas y se coloca una báscula de modo que mida la fuerza ejercida por la carcasa del banco de pruebas al intentar girar. El par es la fuerza indicada por la escala multiplicada por la longitud del brazo de par medida desde el centro del dinamómetro. Se puede sustituir las básculas por un transductor de celda de carga para proporcionar una señal eléctrica que sea proporcional al par.

Otro medio para medir el par es conectar el motor a la dinamo a través de un acoplamiento sensor de par o un transductor de par. Un transductor de par proporciona una señal eléctrica que es proporcional al par.

Con las unidades de absorción eléctrica, es posible determinar el par midiendo la corriente consumida (o generada) por el absorbente/impulsor. Este es generalmente un método menos preciso y no se practica mucho en los tiempos modernos, pero puede ser adecuado para algunos propósitos.

Cuando se dispone de señales de par y velocidad, los datos de prueba se pueden transmitir a un sistema de adquisición de datos en lugar de registrarlos manualmente. Las señales de velocidad y par también pueden registrarse mediante un registrador gráfico o un trazador .

Tipos de dinamómetros

Además de la clasificación como de absorción, motorizada o universal, como se describió anteriormente, los dinamómetros también se pueden clasificar de otras formas.

Un banco de pruebas que está acoplado directamente a un motor se conoce como banco de pruebas de motor .

Un banco de pruebas que puede medir el par y la potencia entregados por el tren de potencia de un vehículo directamente desde la rueda o ruedas motrices sin quitar el motor del bastidor del vehículo) se conoce como banco de pruebas de chasis .

Los dinamómetros también se pueden clasificar por el tipo de unidad de absorción o absorbente/controlador que utilizan. Algunas unidades que sólo son capaces de absorber pueden combinarse con un motor para construir un absorbente/impulsor o un dinamómetro "universal".

Tipos de unidades de absorción

Absorbedor tipo corriente de Foucault

Los dinamómetros de corrientes parásitas (EC) son actualmente los absorbentes más comunes utilizados en los dinamómetros de chasis modernos. Los absorbentes EC proporcionan una tasa de cambio de carga rápida para una rápida estabilización de la carga. La mayoría están refrigerados por aire, pero algunos están diseñados para requerir sistemas externos de refrigeración por agua.

Los dinamómetros de corrientes parásitas requieren un núcleo, eje o disco eléctricamente conductor que se mueva a través de un campo magnético para producir resistencia al movimiento. El hierro es un material común, pero también se pueden utilizar cobre, aluminio y otros materiales conductores.

En las aplicaciones actuales (2009), la mayoría de los frenos EC utilizan discos de hierro fundido similares a los rotores de freno de disco de los vehículos y utilizan electroimanes variables para cambiar la intensidad del campo magnético para controlar la cantidad de frenado.

El voltaje del electroimán generalmente está controlado por una computadora, utilizando cambios en el campo magnético para igualar la potencia de salida que se aplica.

Los sofisticados sistemas EC permiten un funcionamiento en estado estable y con una tasa de aceleración controlada.

dinamómetro de polvo

Un dinamómetro de polvo es similar a un dinamómetro de corrientes parásitas, pero se coloca un polvo magnético fino en el espacio de aire entre el rotor y la bobina. Las líneas de flujo resultantes crean "cadenas" de partículas metálicas que se construyen y rompen constantemente durante la rotación, creando un gran torque. Los dinamómetros de polvo suelen estar limitados a RPM más bajas debido a problemas de disipación de calor.

Dinamómetros de histéresis

Los dinamómetros de histéresis utilizan un rotor magnético, a veces de aleación de AlNiCo, que se mueve a través de líneas de flujo generadas entre piezas polares magnéticas. La magnetización del rotor gira así alrededor de su característica BH, disipando energía proporcional al área entre las líneas de ese gráfico mientras lo hace.

A diferencia de los frenos de corrientes parásitas, que no desarrollan ningún par en reposo, el freno de histéresis desarrolla un par prácticamente constante, proporcional a su corriente magnetizante (o fuerza del imán en el caso de unidades de imán permanente) en todo su rango de velocidades. [2] Las unidades suelen incorporar ranuras de ventilación, aunque algunas tienen disposiciones para refrigeración por aire forzado desde un suministro externo.

Los dinamómetros de histéresis y corrientes parásitas son dos de las tecnologías más útiles en dinamómetros pequeños (200 hp (150 kW) y menos).

Dinamómetro de motor/generador eléctrico

Los dinamómetros de motor / generador eléctrico son un tipo especializado de accionamiento de velocidad ajustable . La unidad de absorción/impulsor puede ser un motor de corriente alterna (CA) o un motor de corriente continua (CC). Un motor de CA o un motor de CC puede funcionar como un generador impulsado por la unidad bajo prueba o como un motor que impulsa la unidad bajo prueba. Cuando están equipados con unidades de control adecuadas, los dinamómetros de motor/generador eléctrico se pueden configurar como dinamómetros universales. La unidad de control de un motor de CA es un variador de frecuencia , mientras que la unidad de control de un motor de CC es un variador de CC . En ambos casos, las unidades de control regenerativo pueden transferir energía desde la unidad bajo prueba a la red eléctrica. Cuando esté permitido, el operador del dinamómetro puede recibir un pago (o crédito) de la empresa de servicios públicos por la energía devuelta mediante medición neta .

En las pruebas de motores, los dinamómetros universales no solo pueden absorber la potencia del motor, sino que también pueden impulsarlo para medir la fricción, las pérdidas de bombeo y otros factores.

Los dinamómetros de motor/generador eléctrico son generalmente más costosos y complejos que otros tipos de dinamómetros.

Freno del ventilador

Se utiliza un ventilador para soplar aire y proporcionar carga al motor. El par absorbido por el freno de un ventilador se puede ajustar cambiando el engranaje o el propio ventilador, o restringiendo el flujo de aire a través del ventilador. Debido a la baja viscosidad del aire, esta variedad de dinamómetro está inherentemente limitada en la cantidad de torque que puede absorber.

Freno de cizallamiento con aceite lubricado por fuerza

Un freno de cizallamiento de aceite tiene una serie de discos de fricción y placas de acero similares a los embragues de una transmisión automática de automóvil. El eje que transporta los discos de fricción está unido a la carga mediante un acoplamiento. Un pistón empuja la pila de discos de fricción y placas de acero entre sí creando un corte en el aceite entre los discos y las placas aplicando un par. El par se puede controlar de forma neumática o hidráulica. La lubricación forzada mantiene una película de aceite entre las superficies para eliminar el desgaste. La reacción es suave hasta cero RPM sin stick-slip. Se pueden absorber cargas de hasta cientos de caballos de fuerza térmica a través de la unidad de refrigeración y lubricación de fuerza requerida. En la mayoría de los casos, el freno está conectado a tierra cinéticamente a través de un brazo de torsión anclado por un medidor de tensión que produce una corriente bajo carga alimentada al control del dinamómetro. Las válvulas proporcionales o de servocontrol se utilizan generalmente para permitir que el control del dinamómetro aplique presión para proporcionar la carga de par del programa con retroalimentación del extensómetro que cierra el circuito. A medida que aumentan los requisitos de par, existen limitaciones de velocidad. [3]

Freno hidráulico

El sistema de frenos hidráulicos consta de una bomba hidráulica (generalmente una bomba de engranajes), un depósito de líquido y tuberías entre las dos partes. Insertada en la tubería hay una válvula ajustable, y entre la bomba y la válvula hay un manómetro u otro medio para medir la presión hidráulica. En términos más simples, el motor se eleva a las RPM deseadas y la válvula se cierra gradualmente. Como la salida de la bomba está restringida, la carga aumenta y el acelerador simplemente se abre hasta alcanzar la apertura deseada. A diferencia de la mayoría de los otros sistemas, la potencia se calcula factorizando el volumen de flujo (calculado a partir de las especificaciones de diseño de la bomba), la presión hidráulica y las RPM. La potencia del freno, ya sea calculada con presión, volumen y RPM, o con un banco de pruebas de freno de tipo celda de carga diferente, debería producir cifras de potencia esencialmente idénticas. Los dinamómetros hidráulicos son famosos por tener la capacidad de cambio de carga más rápida, superando ligeramente a los absorbentes de corrientes parásitas. La desventaja es que requieren grandes cantidades de aceite caliente a alta presión y un depósito de aceite.

Amortiguador tipo freno de agua

Un vídeo tutorial de 4 minutos de duración que explica cómo funcionan los amortiguadores de frenos de agua del dinamómetro del motor.

El dinamómetro hidráulico (también conocido como amortiguador de frenos de agua ) [4] fue inventado por el ingeniero británico William Froude en 1877 en respuesta a una solicitud del Almirantazgo de producir una máquina capaz de absorber y medir la potencia de grandes motores navales. [5] Los amortiguadores de frenos de agua son relativamente comunes hoy en día. Se destacan por su alta capacidad de potencia, tamaño pequeño, peso ligero y costos de fabricación relativamente bajos en comparación con otros tipos de "absorbedores de energía" de reacción más rápida.

Sus desventajas son que pueden tardar un período de tiempo relativamente largo en "estabilizar" la cantidad de carga y que requieren un suministro constante de agua a la "carcasa del freno de agua" para su enfriamiento. Las regulaciones ambientales pueden prohibir el "flujo a través" del agua, en cuyo caso se instalan grandes tanques de agua para evitar que el agua contaminada ingrese al medio ambiente.

El esquema muestra el tipo más común de freno de agua, conocido como tipo de "nivel variable". Se agrega agua hasta que el motor se mantiene a unas RPM constantes contra la carga, y luego el agua se mantiene en ese nivel y se reemplaza con un drenaje y llenado constantes (que es necesario para eliminar el calor creado al absorber los caballos de fuerza). La carcasa intenta girar en respuesta al par producido, pero está restringida por la escala o la celda medidora de par que mide el par.

Este esquema muestra un freno de agua, que en realidad es un acoplamiento hidráulico con una carcasa que no puede girar, similar a una bomba de agua sin salida.

dinamómetros compuestos

En la mayoría de los casos, los dinamómetros para automóviles son simétricos; un dinamómetro de CA de 300 kW puede absorber 300 kW, al igual que un motor de 300 kW. Este es un requisito poco común en las pruebas y el desarrollo de motores. A veces, una solución más rentable es acoplar un dinamómetro de absorción más grande a un dinamómetro de motor más pequeño. Alternativamente, se pueden usar de manera similar un dinamómetro de absorción más grande y un motor simple de CA o CC, con el motor eléctrico solo proporcionando potencia cuando sea necesario (y sin absorción). El dinamómetro de absorción (más barato) está dimensionado para la absorción máxima requerida, mientras que el dinamómetro de motor está dimensionado para motorización. Una relación de tamaño típica para los ciclos de prueba de emisiones comunes y la mayoría de los desarrollos de motores es de aproximadamente 3:1. La medición del par es algo complicada ya que hay dos máquinas en tándem; en este caso, el método preferido para medir el par es un transductor de par en línea. Una configuración de este tipo comúnmente utilizada es un dinamómetro de corrientes parásitas o de freno de agua, con control electrónico combinado con un variador de frecuencia y un motor de inducción de CA. Las desventajas incluyen la necesidad de un segundo conjunto de servicios de celda de prueba (energía eléctrica y refrigeración) y un sistema de control un poco más complicado. Se debe prestar atención a la transición entre motorización y frenado en términos de estabilidad del control.

Cómo se utilizan los dinamómetros para probar motores

Los dinamómetros son útiles en el desarrollo y perfeccionamiento de la tecnología de motores modernos. El concepto es utilizar un banco de pruebas para medir y comparar la transferencia de potencia en diferentes puntos de un vehículo, permitiendo así modificar el motor o la transmisión para obtener una transferencia de potencia más eficiente. Por ejemplo, si un banco de pruebas de motor muestra que un motor en particular alcanza 400 N⋅m (295 lbf⋅ft) de torque, y un dinamo de chasis muestra solo 350 N⋅m (258 lbf⋅ft), se sabría que las pérdidas del tren motriz son nominales. Los dinamómetros suelen ser equipos muy costosos y, por lo tanto, normalmente se usan solo en ciertos campos que dependen de ellos para un propósito particular.

Tipos de sistemas dinamómetros

Dyno gráfico 1
Dyno gráfico 2

Un dinamómetro de 'freno' aplica una carga variable en el motor primario (PM) y mide la capacidad del PM para mover o mantener las RPM en relación con la "fuerza de frenado" aplicada. Por lo general, está conectado a una computadora que registra el par de frenado aplicado y calcula la potencia del motor basándose en la información de una "celda de carga" o "medidor de tensión" y un sensor de velocidad.

Un dinamómetro de "inercia" proporciona una carga de masa inercial fija, calcula la potencia necesaria para acelerar esa masa fija y conocida y utiliza una computadora para registrar las RPM y la tasa de aceleración para calcular el par. El motor generalmente se prueba desde algo por encima del ralentí hasta sus RPM máximas y la potencia se mide y se representa en un gráfico .

Un dinamómetro de "motorización" proporciona las características de un sistema de banco de pruebas con freno, pero además, puede "alimentar" (normalmente con un motor de CA o CC) el PM y permitir probar salidas de potencia muy pequeñas (por ejemplo, duplicar velocidades y cargas que se experimentan al operar un vehículo que viaja cuesta abajo o durante las operaciones de encendido/apagado del acelerador).

Tipos de procedimientos de prueba de dinamómetro

Básicamente, existen tres tipos de procedimientos de prueba con dinamómetro:

  1. Estado estacionario: donde el motor se mantiene a unas RPM específicas (o una serie de RPM generalmente secuenciales) durante un período de tiempo deseado mediante la carga de freno variable proporcionada por la PAU (unidad de absorción de potencia). Estos se realizan con dinamómetros de freno.
  2. Prueba de barrido: el motor se prueba bajo una carga (es decir, inercia o carga de frenos), pero se le permite "barrer" hacia arriba en RPM, de manera continua, desde unas RPM "iniciales" inferiores especificadas hasta unas RPM "finales" especificadas. Estas pruebas se pueden realizar con dinamómetros de inercia o de freno.
  3. Prueba transitoria: generalmente realizada con dinamómetros de CA o CC, la potencia y velocidad del motor se varían a lo largo del ciclo de prueba. Se utilizan diferentes ciclos de prueba en diferentes jurisdicciones. Los ciclos de prueba de chasis incluyen UDDS, HWFET, US06, SC03, ECE, EUDC y CD34 para vehículos livianos de EE. UU., mientras que los ciclos de prueba de motores incluyen ETC, HDDTC, HDGTC, WHTC, WHSC y ED12.

Tipos de pruebas de barrido

  1. Barrido de inercia : un sistema de banco de pruebas de inercia proporciona un volante de masa inercial fija y calcula la potencia necesaria para acelerar el volante (la carga) desde las RPM iniciales hasta las finales. Se desconoce la masa rotacional real del motor (o del motor y del vehículo en el caso de un banco de pruebas de chasis), y la variabilidad incluso de la masa de los neumáticos distorsionará los resultados de potencia. El valor de inercia del volante es "fijo", por lo que los motores de baja potencia están bajo carga durante mucho más tiempo y las temperaturas internas del motor suelen ser demasiado altas al final de la prueba, lo que desvía los ajustes de ajuste óptimos del "dinamómetro" lejos de los óptimos. ajustes de sintonización del mundo exterior. Por el contrario, los motores de alta potencia suelen completar una prueba de "barrido de cuarta marcha" en menos de 10 segundos, lo que no es una condición de carga confiable [ cita necesaria ] en comparación con la operación en el mundo real. Al no proporcionar suficiente tiempo bajo carga, las temperaturas de la cámara de combustión interna son irrealmente bajas y las lecturas de potencia, especialmente después del pico de potencia, están sesgadas hacia el lado bajo.
  2. Barrido cargado , del tipo banco de pruebas con freno, incluye:
    1. Barrido de carga fija simple : durante la prueba se aplica una carga fija, algo menor que la potencia del motor. Se permite que el motor acelere desde sus RPM iniciales hasta sus RPM finales, variando su propia tasa de aceleración, dependiendo de la potencia de salida a cualquier velocidad de rotación en particular. La potencia se calcula usando (velocidad de rotación x par x constante) + la potencia requerida para acelerar el banco de pruebas y la masa giratoria del motor/vehículo.
    2. Barrido de aceleración controlado : similar en uso básico a la prueba de barrido de carga fija simple (arriba), pero con la adición de control de carga activo que apunta a una tasa específica de aceleración. Normalmente se utiliza 20 fps/ps. [ ¿ por quién? ]
  3. Tasa de aceleración controlada : la tasa de aceleración utilizada se controla desde motores de baja potencia hasta motores de alta potencia, y se evita la sobreextensión y contracción de la "duración de la prueba", lo que proporciona pruebas y resultados de ajuste más repetibles.

En cada tipo de prueba de barrido, persiste el problema del posible error en la lectura de potencia debido a la masa giratoria total variable del motor/dinamómetro/vehículo. Muchos sistemas modernos de banco de pruebas de frenos controlados por computadora son capaces de derivar ese valor de "masa inercial" para eliminar este error. [ ¿ investigacion original? ]

Una "prueba de barrido" casi siempre será sospechosa, ya que muchos usuarios de "barrido" ignoran el factor de masa giratoria y prefieren utilizar un "factor" general en cada prueba de cada motor o vehículo. Los sistemas de dinamómetro de inercia simples no son capaces de derivar "masa inercial" y, por lo tanto, se ven obligados a utilizar la misma masa inercial (supuesta) en todos los vehículos probados.

El uso de pruebas de estado estacionario elimina el error de masa inercial giratoria de una prueba de barrido, ya que no hay aceleración durante este tipo de prueba.

Características de prueba transitorias

Los movimientos agresivos del acelerador, los cambios de velocidad del motor y el funcionamiento del motor son características de la mayoría de las pruebas transitorias de motores. El objetivo habitual de estas pruebas es el desarrollo y homologación de emisiones de vehículos. En algunos casos, el dinamómetro de corrientes parásitas de menor costo se utiliza para probar uno de los ciclos de prueba transitorios para el desarrollo y la calibración tempranos. Un sistema de banco de pruebas de corrientes parásitas ofrece una respuesta de carga rápida, lo que permite un seguimiento rápido de la velocidad y la carga, pero no permite el motor. Dado que la mayoría de las pruebas transitorias requeridas contienen una cantidad significativa de operación del motor, un ciclo de prueba transitoria con un banco de pruebas de corrientes parásitas generará diferentes resultados de pruebas de emisiones. Es necesario realizar los ajustes finales en un banco de pruebas con capacidad para motor.

dinamómetro de motor

banco de pruebas HORIBA TITAN

Un dinamómetro de motor mide la potencia y el par directamente desde el cigüeñal (o volante ) del motor, cuando se retira el motor del vehículo. Estos dinamómetros no tienen en cuenta las pérdidas de potencia en el tren motriz, como la caja de cambios , la transmisión y el diferencial .

Dinamómetro de chasis (carretera rodante)

Saab 96 en dinamómetro de chasis

Un dinamómetro de chasis , a veces denominado camino rodante, [6] mide la potencia entregada a la superficie del "rodillo motriz" por las ruedas motrices . A menudo se fija el vehículo al rodillo o rodillos, que luego giran y se mide la potencia con ello.

Los sistemas modernos de banco de pruebas de chasis tipo rodillo utilizan el "rodillo Salvisberg", [7] que mejora la tracción y la repetibilidad, en comparación con el uso de rodillos impulsores lisos o moleteados . Los dinamómetros de chasis pueden ser fijos o portátiles y pueden hacer mucho más que mostrar RPM, potencia y par. Con electrónica moderna y sistemas de banco de pruebas de baja inercia y reacción rápida, ahora es posible ajustar la mejor potencia y los funcionamientos más suaves en tiempo real.

Hay disponibles otros tipos de dinamómetros de chasis que eliminan la posibilidad de que las ruedas patinen en los rodillos impulsores de estilo antiguo, y se conectan directamente a los cubos del vehículo para medir directamente el par desde el eje.

Los sistemas de prueba de dinamómetro de homologación y desarrollo de emisiones de vehículos de motor a menudo integran muestreo de emisiones, medición, velocidad del motor y control de carga, adquisición de datos y monitoreo de seguridad en un sistema completo de celda de prueba. Estos sistemas de prueba generalmente incluyen equipos complejos de muestreo de emisiones (como muestreadores de volumen constante y sistemas de preparación de muestras de gases de escape sin procesar ) y analizadores. Estos analizadores son mucho más sensibles y mucho más rápidos que un analizador de gases de escape portátil típico. Los tiempos de respuesta inferiores a un segundo son comunes y son necesarios en muchos ciclos de prueba transitorios. En entornos minoristas también es común ajustar la relación aire-combustible utilizando un sensor de oxígeno de banda ancha que se representa gráficamente junto con las RPM.

La integración del sistema de control del dinamómetro con herramientas de calibración automática para la calibración del sistema del motor se encuentra a menudo en el desarrollo de sistemas de células de prueba. En estos sistemas, la carga del dinamómetro y la velocidad del motor varían en muchos puntos de funcionamiento del motor, mientras que los parámetros seleccionados de gestión del motor varían y los resultados se registran automáticamente. El análisis posterior de estos datos se puede utilizar para generar datos de calibración del motor utilizados por el software de gestión del motor.

Debido a las pérdidas mecánicas y por fricción en los diversos componentes del tren motriz, la potencia de frenado medida en las ruedas es generalmente entre un 15 y un 20 por ciento menor que la potencia de frenado medida en el cigüeñal o el volante en un dinamómetro de motor. [8]

Historia

El dinamómetro Graham-Desaguliers fue inventado por George Graham y mencionado en los escritos de John Desagulier en 1719. [9] Desaguliers modificó los primeros dinamómetros, por lo que el instrumento pasó a ser conocido como dinamómetro Graham-Desaguliers.

El dinamómetro Regnier fue inventado y hecho público en 1798 por Edmé Régnier , un ingeniero y fabricante de rifles francés. [10]

Se emitió una patente (fechada en junio de 1817) [11] [12] a Siebe y Marriot de Fleet Street, Londres, para una báscula mejorada.

Gaspard de Prony inventó el freno de Prony en 1821.

El indicador de carreteras de Macneill fue inventado por John Macneill a finales de la década de 1820, desarrollando aún más la báscula patentada de Marriot.

Froude Ltd, de Worcester, Reino Unido, fabrica dinamómetros para motores y vehículos. Le dan crédito a William Froude por la invención del dinamómetro hidráulico en 1877, y dicen que los primeros dinamómetros comerciales fueron producidos en 1881 por su empresa predecesora, Heenan & Froude .

En 1928, la empresa alemana " Carl Schenck Eisengießerei & Waagenfabrik " construyó los primeros dinamómetros de vehículos para pruebas de frenos que tienen el diseño básico de los bancos de pruebas de vehículos modernos.

El dinamómetro de corrientes parásitas fue inventado por Martin y Anthony Winther alrededor de 1931, pero en ese momento, los dinamómetros de motor/generador de CC se habían utilizado durante muchos años. Una empresa fundada por los hermanos Winthers, Dynamatic Corporation, fabricó dinamómetros en Kenosha, Wisconsin hasta 2002. Dynamatic fue parte de Eaton Corporation de 1946 a 1995. En 2002, Dyne Systems de Jackson, Wisconsin adquirió la línea de productos de dinamómetros Dynamatic. A partir de 1938, Heenan & Froude fabricó dinamómetros de corrientes parásitas durante muchos años bajo licencia de Dynamatic y Eaton. [13]

Ver también

Notas

  1. ^ Robertson, D. Gorden E. "Dinamometría". Universidad de Ottawa. Archivado desde el original el 16 de noviembre de 2009.
  2. ^ "Frenos y embragues de histéresis" (PDF) . Magtrol Inc. A NOSOTROS. Octubre de 2019 . Consultado el 2 de enero de 2023 .
  3. ^ "Reducción drástica del tiempo de prueba con freno de cizallamiento de aceite". Noticias de equipos industriales . Archivado desde el original el 24 de septiembre de 2015 . Consultado el 22 de julio de 2015 .
  4. ^ "Dinamómetros hidráulicos - Froude". Froude | Fabricante de dinamómetro . 24 de diciembre de 2017 . Consultado el 1 de septiembre de 2023 .
  5. ^ "Historia | Quiénes somos". Froude Hoffmann . Consultado el 1 de septiembre de 2023 .
  6. ^ "Rolling Road Dyno". Herramientas de sintonización . Archivado desde el original el 3 de diciembre de 2016 . Consultado el 3 de agosto de 2012 .
  7. ^ "Patente de Estados Unidos: D798762 - Enlace de correa de reloj". uspto.gov . Consultado el 7 de abril de 2018 .
  8. ^ John Dinkel, "Dinamómetro de chasis", Diccionario automotriz ilustrado de carreteras y vías , (Bentley Publishers, 2000) p. 46.
  9. ^ Burton, Allen W. y Daryl E. Miller, 1998, Evaluación de habilidades de movimiento
  10. ^ Régnier, Edmé. Descripción y uso del dinamómetro, 1798.
  11. ^ Hebert, Luke (7 de abril de 2018). "La enciclopedia del ingeniero y el mecánico: comprensión de ilustraciones prácticas de la maquinaria y los procesos empleados en cada descripción de la fabricación del Imperio Británico". Kelly . Consultado el 7 de abril de 2018 a través de Google Books.
  12. ^ "La revista mensual". R. Phillips. 7 de abril de 2018 . Consultado el 7 de abril de 2018 a través de Google Books.
  13. ^ Winther, Martín P. (1976). Corrientes de Foucault . Cleveland, Ohio: Eaton Corporation.

Referencias