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 Haroldrissopale@gmail.com

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