Freno De Prony

1- FRENO DE PRONY

1.1- INTRODUCCIÓN:

Se explica el principio de funcionamiento del freno de Prony para la medición de la potencia en el eje de los motores de combustión interna, se deduce la ecuación para calcular dicha potencia en HP, partiendo de los datos encontrados al llevarse a cabo la operación para esa medición. Se hacen ver los límites dentro de los cuales se puede utilizar esta instalación mecánica con seguridad. Estos conocimientos se pueden utilizar para la impartición de materias tales como: Termodinámica, Motores de Combustión Interna y Metrología.

En el sistema inglés, la potencia desarrollada por los motores se especifica normalmente en HP ( Horse Power ). Un motor que puede desarrollar 33000 ft-lb. de trabajo o energía por minuto, es un motor de 1HP, un motor que puede desarrollar 66000 ft.-lb. de energía en un minuto, es un motor de 2 HP.

La potencia que puede realmente entregar el motor se llama "potencia al freno" (bhp en inglés), y también recibe el nombre de "potencia efectiva", "potencia real" o "potencia en el eje", la cual es menor que la "potencia indicada", que es la desarrollada en los cilindros del motor. Los motores se especifican en el mercado mencionando en sus placas entre otras características, su potencia al freno. Así, un motor especificado en su placa con 160 HP, se le suele llamar "un motor de 160HP".

1.2- DESARROLLO:

Este freno provee una forma sencilla de aplicar un torque de carga al eje principal de salida de un motor. La potencia de salida es disipada en forma de calor por el material del freno. Ajustando la fuerza del freno, se puede cambiar la fuerza del torque. Combinando la medición de este torque (mediante un dinamómetro colocado en el brazo del freno, a una distancia conocida del eje del motor) con la medición de velocidad de rotación del eje, puede calcularse la potencia de salida del motor. Fue inventado por Gaspard Clair Francois Marie Riche de Prony (1775-1839), ingeniero francés, quien construyó y mejoró numerosos canales y puertos de Francia, colaboró en la definición del sistema métrico decimal y midió con muy buena aproximación la velocidad del sonido en el aire.

1.3- POTENCIA AL FRENO:

El término "potencia al freno", deriva de que en las primeras determinaciones, la producción de energía producida por un motor en su eje era disipada o absorbida por el rozamiento de un freno. Aún se utilizan frenos para este propósito para magnitudes pequeños de potencia y de velocidad. Un tipo conocido como freno de Prony se representa esquemáticamente en la figura a continuación. La instalación del freno de Prony comprende un volante o polea grande, y el freno constituido por el fleje y las blocks o zapatas de apriete, las cuales se adaptan alrededor de la superficie perimetral de este volante y son construidas de madera.

Es conveniente mencionar que no es recomendable exceder la velocidad periférica de la polea de 2500 ft/min., a fin de evitar que los blocks se incendien por el rozamiento; también es recomendable utilizar algún tipo de enfriamiento en la superficie exterior de la polea para tratar de minimizar este problema.

Otros instrumentos para medir el trabajo en el eje son: un freno hidráulico, un dinamómetro, y sistemas medidores de deformación que informan sobre el momento del par motriz, así como los cuales no se analizan en este trabajo.

1.4- ESQUEMA Y EXPLICACIÓN:

El freno puede ser presionado contra el volante utilizando el tornillo A. Un brazo del freno (en forma de triángulo en la figura), se apoya sobre una báscula.

El volante es accionado por el eje del motor. Cuando el freno es apretado, el rozamiento de las zapatas sobre el mismo, aplica una carga sobre el motor. Al mismo tiempo el rozamiento tiende a hacer girar al freno y al brazo, y este aplica una fuerza sobre la báscula. El ensayo del freno de Prony se efectúa haciendo funcionar al motor a una velocidad constante, y apretando gradualmente el freno sobre el volante. Este imparte una carga por rozamiento cada vez mayor sobre el motor, y el acelerador tiene que ser presionado para que el motor conserve su velocidad.

Al mismo tiempo la carga sobre la báscula aumenta debido a la mayor fuerza de rozamiento del freno sobre el volante.

Para hallar la máxima potencia que el motor puede desarrollar a la velocidad de ensayo, se aumenta la carga gradualmente, aumentando al mismo tiempo la abertura de la mariposa del acelerador para conservar la velocidad del motor. Cuando la mariposa está abierta del todo, se obtiene la máxima potencia. Cualquier aumento de carga haría que la velocidad del motor y por consiguiente la potencia desarrollada por el disminuyese; entonces para determinar la potencia se puede usar la ecuación.

En esta ecuación T y N son lecturas simultáneas de:

T = Par motriz producido por el motor, en lb.- pulg. (Dato proporcionado por el freno de Prony)

N = Velocidad angular del motor en rpm (dato proporcionado por un tacómetro conectado a la flecha del motor)

1.5- DEDUCCIÓN DE LA ECUACIÓN:

La deducción de esta ecuación se lleva a cabo a partir de la figura anterior, representación de la instalación del freno de Prony con el que se lleva a cabo el ensayo. En esta figura:

N = Velocidad angular del motor en rpm

Momento producido por la fuerza de rozamiento =F.D/2

Momento producido por la fuerza de rozamiento = Momento producido por la fuerza P sobre la báscula. Por lo tanto:

PL = F.D/2= T en pulg.-lb.

El trabajo W desarrollado por la fuerza de rozamiento F por revolución es:

W (por revolución) = F x perímetro del volante = FD/12…(1) en lb.ft/rev.

En esta ecuación, D esta en pulg.

Puesto que la potencia por minuto = WN (en esta ecuación

(2)

Sustituyendo W dado por (1) en (2)

Pot. = en FDN/12 = lb.ft/min x FD/2 en N/6

Pero T = lb.ft/min por lo tanto sustituyendo este valor en la ecuación anterior tenemos:

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