16 de Mayo de 2012
Visita al
Laboratorio de Máquinas Primarias
El día 2 de Mayo y con la cátedra Introducción a las
Ingenierías, se realizo una visita al laboratorio de maquinas primarias de la
UNS.
El objetivo principal de la visita era darles a los
alumnos nociones de algunos conceptos del tipo técnico, que son básicos para el
desarrollo de la carrera a futuro. El laboratorio está abocado a la realización
de estudios y ensayos de aquellas primeras maquinas que transformaron la
energía química a energía útil y que puede ser utilizada por el hombre.
Estas maquinas se catalogan en 2 grandes grupos de
acuerdo a una característica muy importante: el primer grupo son aquellas
maquinas de combustión interna, las cuales realizan la transformación de
energía química a energía útil dentro del generador. El segundo grupo es aquel
que está conformado por las maquinas de combustión externa, las cuales se
caracterizan por realizar la transformación de energía fuera del generador.
Dentro del laboratorio podemos apreciar distintos
tipos de estas maquinas llamadas primarias. Por un lado encontraremos una
central térmica compuesta por una caldera, una central de vapor y un
condensador, este último se debe a que esta central térmica es de ciclo cerrado
y por lo tanto recupera el agua usada y la reutiliza. En ella se podrán
realizar estudios de características, y cabe decir que esta central se ubica en
el grupo de las llamadas maquinas de combustión externa.
También dentro del laboratorio podemos encontrar 2
turbinas, una en la parte anterior y la otra en la parte posterior, de las
cuales podemos decir que la primera es un tipo de turbina de las llamadas “de
cámaras de combustión separadas” y la segunda es una del tipo “de cámaras de
combustión anular”. No se profundizaran estas definiciones por el hecho de que
son muy complejas. Lo que si podemos decir es que en la segunda se realizan
ensayos de etapas de funcionamiento de la turbina a presión constante.
Otra de las cosas que se pueden realizar en el
laboratorio son los ensayos y estudios de los combustibles, siendo una de
ellas, la medición de octanaje. Podemos definir el octanaje como la capacidad
de soportar condiciones para no detonar. El octanaje de un combustible es una
de las cosas más importantes para la eficiencia y la vida útil de un motor o
central de energía útil, ya que de él depende si el motor tendrá óptimo
rendimiento, o si por causa de él, el motor se romperá o tendrá un rendimiento
menor al esperado. Cabe destacar que no toda la responsabilidad de un bajo
rendimiento de un motor depende del octanaje, también es posible que un motor
no esté diseñado para cierto octanaje y si uno le coloca más octanaje del que
debe tener, uno estará perdiendo potencia y vida útil del motor. Otro de los
estudios que podemos realizar es el de medir la eficiencia de 1 litro de
combustible, es decir, medir cuanto es útil, cuanto se va en calor y cuanto se
va por el escape.
Mientras se estaba dando la clase se les enseño a los alumnos el Termómetro de Gomer o Psicrómetro, que tiene la particularidad de medir la cantidad o porcentaje de humedad en el ambiente. Funciona de una forma muy simple: se sabe que el agua en una superficie se evapora porque hay lugar para ella en el ambiente, pero si hay mucha humedad, no se evapora porque el aire está cargado de agua. Entonces el termómetro posee una tela mojada con agua en un extremo y de acuerdo a la humedad ambiente, esta se evapora o no, y esta relación se mide de acuerdo a una escala.
Dentro del laboratorio encontraremos un banco de prueba, el cual está conformado por un motor diesel o ciclo Diesel a la derecha, que trabaja por compresión del combustible, y por un motor naftero o ciclo OTTO, que trabajo mediante encendido por chispa, y entre ambos tenemos un freno. En el mismo se realizan ensayos de potencia y torque, y también de balance térmico, es decir, cuanto de lo que se produce es potencia y cuanto es calor.
Algunas definiciones a considerar:
-Se define potencia como la fuerza que se puede
imprimir en una tasa de transferencia. Un ejemplo práctico que podemos dar es:
un hombre es capaz de levantar 60 kg en una hora, si se le pide levantar 600
kg, tardara 10 horas. Ahora si tenemos 10 hombres y se les pide levantar esa
cantidad de kg, tardaran 1 hora, por lo tanto, el hombre solo y los 10 hombres
juntos infligieron la misma potencia, pero el hombre sólo lo hace en 10 veces
más el tiempo que los 10 hombres.
-También definimos al torque en una maquina rotante
como la fuerza necesaria para vencer la inercia estática y el rozamiento
interno de la misma. Podemos relacionar a la potencia y al torque como que el
primero es la tasa de transferencia del segundo. Un ejemplo de torque es que un
motor de automóvil no puede andar a menos de 700 vueltas porque no vence el
rozamiento interno y no puede hacer mover los mecanismos correspondientes.
-Se define a una cupla como a la fuerza inercial
resultante que se produce al imprimirle un freno a una maquina rotatoria.
Hay diferentes tipos de freno en los diferentes
motores que se encuentran en el laboratorio, y podemos clasificarlos en dos
grupos: los frenos por fricción, que solo pueden ser utilizados por motores a
bajas revoluciones (menos de 1000 vueltas para ser más específicos) ya que
estos operan mediante una cinta de freno que roza contra una campana que gira
con el motor y frena mediante la fuerza de rozamiento, pero como el rozamiento
genera calor, a muchas revoluciones, la cinta empieza a derretirse. Y el otro
grupo es el de los frenos hidráulicos, que están compuestos por mordazas
mecánicas que encastran entre sí, y cuando uno “pisa el freno”, se los sumerge
en más o menos agua, y el encastre se hace más difícil y pesado, por lo cual el
motor se frena.
Por último en el laboratorio encontraremos otro banco de prueba con un motor IKA que tiene la particularidad de que se le realizo una perforación al block y a la tapa de cilindros para colocar un sensor directo a la cámara de combustión, y así, por medio de una computadora, poder ver en dimensiones reales y exactas todos los datos que se producen en el momento en el cual el motor está en marcha. También tiene un cuentavueltas con una reducción de 2.5 unidades, un freno hidráulico y otro por fricción (este último por medio de un sistema calienta agua y así se puede observar la magnitud del calor que genera), un rotámetro (medidor de caudal), y lo más importante, está conectado a una balanza que mide la cupla que genera el motor (que está suspendido en el aire) en el momento que a este se le imprime un freno de los ya nombrados.
Teniendo una recopilación de todos los datos que se pueden tomar en función de todo lo anteriormente nombrado, se puede calcular la potencia que genera el motor IKA.
Por lo cual se realizo una experiencia práctica que
se pasara a desarrollar a continuación.
Ejercicio
Lo que haremos será calcular la potencia del motor
en el momento en que este está a ciertas revoluciones y en 2 momentos en los
cuales se le imprime 2 frenos de diferente magnitud. Para lo cual usaremos la
formula:
N = (P x n)/1000
Siendo P el peso en Kg que se genera en la balanza,
n la cantidad de vueltas y el resultado N será dado en la unidad Newton. Las vueltas
serán calculadas de acuerdo a la relación de las poleas y el tacómetro, por lo
cual a la cantidad de vueltas que marcara el tacómetro, habrá que multiplicarla
por 2.5.
Durante el ejercicio, el motor marco siempre 600 RPM
en el tacómetro, por lo cual siempre se mantuvo cte.
600 RPM x 2.5 =
1500 RPM
El primer freno que se le imprimió al motor dio como
resultado 3 Kg en la balanza, a lo cual la potencia fue:
N = (3 Kg x
1500 RPM)/1000 = 4.5 HP
Y el segundo freno marcó 13 Kg en la balanza, por lo
cual la potencia fue:
N = (12 Kg x
1500 RPM)/1000 = 18 HP
Entonces
al imprimirle 3 y 12 Kg de freno al motor, las potencias fueron de 4.5 y 18 HP respectivamente.
