Torsiómetro

El torsiómetro es un dispositivo empleado para analizar la potencia efectiva realizada por el par motor a través de la medida del ángulo de torsión y las revoluciones del eje de cola. 


Índice:

1-Métodos para hallar la potencia efectiva

1.1-Método Directo

1.2-Método Indirecto

2-El Torsiómetro 

2.1-Conceptos Previos 

2.2-Mediciones y cálculo de potencia efectiva

2.3-Tipos de Torsiómetros 

3-Bibliografía

 


1-Métodos para hallar la potencia efectiva

A modo introductorio cabe mencionar que para medir la potencia efectiva desarrollada por un motor se puede hallar a través de dos métodos, el directo y el indirecto.

1.1-Método Directo

El método directo sería un Freno acoplado al eje que absorbería la potencia desarrollada por el motor, midiendo el par, y con ello se calcula la potencia efectiva.

El uso de frenos es bastante escaso, se emplean generalmente en bancos de pruebas de motores, pero a bordo están extinguidos.

Existen frenos de varios tipos, los generales son:

  • Frenos de Fricción
  • Frenos Hidráulicos
  • Frenos Eléctricos
    • De corriente continua
    • De corriente alterna
    • De corrientes parásitas

1.2-Método Indirecto

El método indirecto sería el objeto de análisis de este artículo, un Torsiómetro, dispositivo acoplado al eje de cola que a diferencia del método directo, no absorbe la potencia ejercida por el motor sino que analiza el efecto provocado por el giro del eje que trasmite dicha potencia. El torsiómetro analiza el ángulo de giro y las revoluciones del eje, con esos parámetros puede calcularse la potencia efectiva.


2-El Torsiómetro 

Como se ha dicho en la primera parte del artículo,el torsiómetro es un sistema indirecto para calcular la potencia efectiva desarrollada por el par motor, es un sistema que podemos emplear a bordo acoplándolo al eje de salida del motor y en función del ángulo de torsión y las revoluciones podremos calcular la potencia efectiva.

En los modelos comerciales actuales,el medidor es capaz de medir la potencia efectiva, las revoluciones, el torque del eje, y el empuje además de servir como un monitor de rendimiento del barco (Factor de eficiencia) a través de la entrada de información como el flujo de combustible y la velocidad del barco. Las señales del sensor de desplazamiento de alta sensibilidad se procesan a alta velocidad para proporcionar información instantánea sobre la torsión del eje. La tensión vibratoria máxima está constantemente en exhibición.

2.1-Conceptos Previos 

  • Torsión: En este concepto emplearemos dos definiciones, una sencilla para el entendimiento de todos y otra más técnica.
  1. La torsión es un término que alude al acto y el resultado de torcer, suele referirse específicamente a aquello que se tuerce en sentido helicoidal (como hélice).
  2. En el ámbito de la ingeniería, la torsión mecánica consiste en la aplicación de un momento de fuerza sobre el eje longitudinal de una pieza prismática.
  • Par Motor: El par motor es el momento de fuerza que ejerce un motor sobre el eje de transmisión de potencia  (T en la figura anterior)
  • Ángulo de Torsión: Conforme se aplica el par de torsión, un elemento a lo largo de la superficie externa del miembro, inicialmente recto, un pequeño ángulo denominado ángulo de torsión es el generado. (Φ en la figura anterior)
  • Par Resistente:es la oposición a que el propio sistema ejerce al movimiento de sí mismo

Potencias:

  • La potencia indicada puede calcularse partiendo del ciclo indicado, cuyo área del diagrama representa el trabajo realizado en el cilindro durante un ciclo. 
  • La potencia efectiva se obtiene midiendo con máquinas apropiadas (torsiómetro o freno) el trabajo que se desarrolla en el eje.
  • La potencia absorbida es la diferencia entre las dos anteriores, que puede ser medida también por el trabajo necesario para hacer girar el motor, sin que éste funcione.

2.2-Mediciones y cálculo de potencia efectiva

Para realizar las mediciones de una forma adecuada y los cálculos de potencia efectiva, se deben tener en cuenta ciertas condiciones de operación:

  1. El régimen de giro del motor deberá ser estable
  2. Deberán anotarse todos los parámetros de funcionamiento del motor (presiones temperaturas,consumos,caudales, condiciones del buque, etc.
  3. Todos los datos obtenidos deben compararse con los datos que se obtuvieron durante las pruebas de mar del buque 
  4. Se analizan las variaciones de parámetros.

Presión Media Efectiva (PME): Nos ofrece una indicación del empuje de los gases durante las fases de combustión y expansión, así como de las pérdidas por calor o fricción durante un ciclo operativo en un motor. Se trata, por tanto, de un parámetro fundamental para valorar las prestaciones del motor.

La presión media efectiva se obtiene al despejar el parámetro Pme de la fórmula del rendimiento mecánico; siendo la multiplicación de Potencia indicada por el rendimiento mecánico.

Pme=Pi*μm

Nota*:La PME no es una presión tangible sino un concepto empleado para comparar motores.

 

Potencia Efectiva(PE): La potencia efectiva es la potencia desarrollada en el eje

  • Pe: Potencia efectiva
  • Pme: Presión media efectiva
  • D: Diámetro del cilindro
  • C: Longitud de la carrera
  • N: Revoluciones por minuto
  • n: Número de cilindros
  • z: constante
    • z=2, para motores 4 tiempos.
    • z=1, para motores 2 tiempos.

 

2.3-Tipos de Torsiómetros

Existen diversos tipos de Torsiómetros, los más conocidos son los siguientes:

  • Torsiómetro mecánico: La siguiente figura es un banco de ensayos destructivo de torsión,nos vale para entender el concepto de torsiómetro mecánico. En la siguiente figura podemos ver una probeta (un eje por ejemplo) al que se le aplica un esfuerzo de torsión girando el volante. Podemos observar los parámetros como ángulo de torsión a través del dispositivo de medición móvil.

  1. Amplificador de medida con indicador
  2. Engranaje de tornillo sin fin
  3. Codificador incremental
  4. Volante para el momento de torsión
  5. Probeta
  6. Dispositivo de medición móvil con árbol de momento de torsión de galgas extensométricas y unidad de compensación
  • Torsiómetro óptico: Proporciona una medición de alta precisión con un tramo del eje de solo 70 mm -120 mm de longitud aparentemente hay poca torsión del eje en un tramo tan corto de análisis, no obstante es suficiente para alcanzar una lectura precisa con un sensor de desplazamiento de alta sensibilidad que dispone de una resolución mínima de 0.07 micras. 

Los torsiómetros instalados actualmente en buques suelen ser de este tipo ya que combinan dos mediciones en un mismo dispositivo; el Torque (Torsion Detector Ring) y el Empuje del eje ( Thrust Load Sensor), este último mide el movimiento longitudinal del eje.

 

 

Nota*:La fotografía de portada es del tipo óptico

 

  • Torsiómetro con bandas extensiométricas: Una galga exensiometrica es un sensor que  mide la deformación,presión,carga,par,posición, etc y se basa en el efecto piezorresistivo, propiedad que tienen ciertos materiales a cambiar su valor nominal en cuanto a la resistividad como se les somete a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos. Un esfuerzo que deforma la banda extensiométrica producirá una variación de su resistencia eléctrica, esta deformidad produce una variación en la logitud de onda que recibe el trasductor y a través de una unidad de proceso, representa los esfuerzos a los que se ve sometido el eje.

 

3-Bibliografía: 

  • Motores de Combustión Interna. Apuntes
  • Kongsberg Maritime
  • http://www.shoyo-e.co.jp
  • www.apmaritime.com
  • www..resistenciadelosmaterialeseip445.blogspot.com.es
  • www.wikipedia.com

Autor: Roberto García Soutullo

2017-12-07T19:41:34+00:00

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