Visita al Laboratorio de Máquinas Primarias (16/05/12)

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.