Práctica 4. Curva de Par-Velocidad de un motor.

Transcripción

1 Páctica 4. Cuva de Pa-Velocidad de un moto. 1. Nomenclatua Vaiable Descipción Unidades D Diámeto del disco (volante de inecia) mm M Masa del disco (volante de inecia) kg I Momento de inecia del disco kg m 2 1 Diámeto de la polea del moto mm 2 Diámeto de la polea del disco mm Relación de tansmisión Velocidad angula del disco ad/s Aceleación angula del disco ad/s 2,, neto Paes en el eje del disco: pa moto, pa moto neto y pa esistente N Régimen de gio (velocidad angula) del moto ad/s NN,, N neto Paes en el eje del moto: pa moto, pa moto neto y pa esistente W Potencia kw Relaciones ente vaiables: I 1 md 8 2 / n N 2 1 W N n

2 2. Pincipio físico de la páctica El objetivo de la páctica es detemina la cuva de pa moto N N( n) y de potencia W W( n) de un moto eléctico. Paa ello el moto se conecta a un eje de gio acoplado a un volante de inecia (disco) con un momento de inecia I elevado. La conexión ente eje de gio del moto y eje del disco se ealiza a tavés de una eductoa de elación de tansmisión n/ donde n es el égimen de gio (velocidad angula) del moto y el égimen de gio del eje del disco. En pime luga se deteminaá el pa aplicado al eje de gio del disco a pati de la medida diecta de la aceleación angula de dicho eje egistándola en función de la velocidad angula : ( ). Si el eje de gio del disco sopota también la acción de un pa esistente de la dinámica del volante de inecia (disco) seía: Dado que el pa esistente neto I ( ) la ecuación no es conocido, el ensayo ha de ealizase en dos pates: pimeo con el moto encendido (aceleando), patiendo desde el eposo hasta alcanza el égimen máximo de gio. en segundo luga (justo después) con el moto apagado (fenando), dejando que el disco se vaya desaceleando desde el égimen máximo de gio hasta paase po efecto del pa esistente. Duante la segunda pate del ensayo (fenado) se detemina el pa esistente como I ( ) y una vez conocido, con los datos de la pimea pate se podá obtene el pa moto aplicado ( ) ( ) I. ( ) Dado que el moto no se conecta diectamente al eje de gio, sino que la conexión se ealiza a tavés la eductoa antes mencionada se tendá lo siguiente: n/ N Po tanto, la cuva de pa moto N N( n) buscada seá la siguiente: 1 n N N( n) La cuva de potencia del moto seá W W( n) nn( n)

3 3. Mediciones a ealiza manualmente Manualmente hay que medi lo siguiente: Vaiable Instumento con el que se ealiza la medición Unidades D Regla tanspaente de tazos mm M Balanza + 2 juegos de pesas kg 1 Pié de ey mm 2 Pié de ey mm 4. Medición a ealiza con ayuda del odenado Una vez colocado el disco en el banco de ensayo y conectado el senso de gio al odenado hay que egista, en función del tiempo, la velocidad angula y la aceleación angula del disco. Paa ello, en pime luga se abe el achivo expeimental de la páctica ( medida de cuva pa-velocidad.cap ). Apaece la siguiente pantalla, usando el softwae PASCO-CAPSTONE. Ilustación 1. Aea de tabajo del pogama PASCO Capstone. El espacio de tabajo se compone de 3 gáficos y una tabla de datos. Los gáficos son: o cuva de velocidad angula/tiempo o cuva de aceleación angula/tiempo o cuva de aceleación angula/velocidad angula Existe también una tabla de datos que ecogeá la aceleación angula en función de la velocidad angula.

4 Opeaciones a ealiza: 1. Ajustes pevios: debe compobase (en vacío, sin conecta aún al moto) que la tensión de la fuente de alimentación es cecana a 12,0 V. Debe anotase el valo de la tensión suministada po la fuente. La egulación de la intensidad eléctica debe colocase al máximo. IMPORTANTE: La tensión nunca debe supea los 12,0 V puesto que el valo máximo especificado paa el moto. En caso contaio, giaía excesivamente depisa (el disco podía sali despedido) y el moto podía quemase. 2. Se apaga la fuente de alimentación y se conecta al moto. 3. El egisto de los datos (de velocidad angula y aceleación angula del disco) comienza pulsando el botón ojo de gaba. La fecuencia de toma de datos debe fijase en 5 Hz. 4. Una vez comenzada la toma de datos, se enciende la fuente de alimentación y el disco comienza a gia aceleándose (debido al pa suministado po el moto). 5. Se obseva la evolución de la velocidad angula. Cuando se haya confimado que la velocidad angula ya ha alcanzado su límite y ya no aumenta más, se apaga la fuente de alimentación (peo se siguen egistando datos) 6. El disco comienza a fenase lentamente (debido al pa esistente). Cuando el disco se haya paado completamente se detiene el egisto de datos con el softwae de PASCO (se vuelve a pulsa en el botón ojo). El aspecto de la pantalla debe se paecido a esta imagen: Ilustación 2. Toma de datos expeimentales. 7. Se expotan los datos obtenidos en fomato TXT desde el softwae PASCO.

5 8. Se abe el achivo TXT con EXCEL (con la opción de valoes sepaados po tabuladoes ) y se guada el egisto en un achivo EXCEL paa su posteio tatamiento. IMPORTANTE: Al sali del softwae de PASCO nos peguntaá si queemos gaba el achivo que acabamos de modifica (hemos egistado dados). Le diemos siempe que NO queemos modificalo. Si se han ealizado vaias gabaciones de datos, en el achivo.txt las tendemos todas en columnas adicionales. 5. Pocesado de datos Se abiá el achivo EXCEL del punto 8 del apatado 4 y se ealizaán en él las siguientes opeaciones: 1. Se añadiá una columna donde se calcule el pa neto (en eje del disco) I neto 2. Se añadiá una columna donde se calcule el égimen de gio del moto n 3. Se añadiá una columna donde se calcule el pa neto en el eje del moto N neto neto / 4. Se epesentaá gáficamente el pa neto N neto (en el eje del moto) en función del égimen de gio n La gáfica obtenida seá del tipo siguiente: 0.25 Pa Neto Nneto en el eje del moto () Régimen de gio del moto n (ad/s) Ilustación 3. Cuva del pa neto del moto en función de la velocidad angula.

6 Se puede obseva que en el intevalo ad/s el compotamiento es pácticamente lineal tanto en el caso de moto conectado (aceleación, pate supeio) como en el caso de moto desconectado (fenado, pate infeio). Po ello, y paa facilita el cálculo conviene ajusta unas ectas en el intevalo ad/s (apoximadamente) paa las gáficas de aceleación N1 N1( n) a1 b1 n (pate supeio) y fenado N N ( n) ( a b n) (pate infeio) Pa neto () en el eje del moto Fenado Aceleación N ( n) a b n N ( n) ( a b n) N ( n) Régimen de gio n (ad/s) en el eje del moto Ilustación 4. Detalle de los expeimentos de fenado y de aceleación. Paa facilita los cálculos posteioes se van a detemina los siguientes valoes. Gáfica de Aceleación N N ( n) a b n N ( n) neto Gáfica de Fenado N N ( n) ( a b n) N ( n) a 1 = b 1 = / (ad/s 2 ) a 2 = b 2 = / (ad/s 2 ) Este poceso se puede ealiza manualmente utilizando la opción Agea línea de tendencia que nos facilita EXCEL al pulsa (con el botón deecho del atón) sobe la gáfica. Peo paa que lo anteio sea posible, es necesaio coloca en columnas distintas los valoes de las gáficas de N1 N1( n) (aceleación) y de N2 N2( n) (fenado).

7 N1 = N1(n) Aceleación y = x Ilustación 5. Cuva de pa velocidad del expeimento de aceleación. En la gáfica anteio se han epesentado en EXCEL los esultados del ensayo duante la pimea pate (aceleación), ente 15 ad/s y 45 ad/s. Una vez hecha la epesentación gáfica, se ha pulsado sobe dicha gáfica, con el botón deecho del atón, y se ha elegido la opción Agega línea de tendencia. Se ha seleccionado el tipo lineal y se ha macado la opción Pesenta ecuación en el gáfico. En este caso, la ecta obtenida ha sido N1( n) 0, 257 0, 0057 n. Po tanto, a 1 = 0,257 y b 1 = 0,0057 / (ad/s 2 ). N2 = N2(n) Fenado y = x Ilustación 6. Cuva de pa velocidad del expeimento de fenado.

8 En la figua anteio se ha epetido la misma opeación paa los datos coespondientes al ensayo de fenado ente 45 ad/s y 15 ad/s. En este caso, la ecta obtenida ha sido N2( n) ( 0, , 0003 n). Po tanto, a 2 = 0,0318 y b 2 = 0,0003 / (ad/s 2 ). Una vez hecho lo anteio, se podía ellena la tabla siguiente: Gáfica de Aceleación N N ( n) a b n N ( n) neto Gáfica de Fenado N N ( n) ( a b n) N ( n) a 1 = 0,257 b 1 = 0,0057 / (ad/s 2 ) a 2 = 0,0318 b 2 = 0,0003 / (ad/s 2 ) Utilizando los datos de la tabla anteio es posible obtene los coeficientes ab, de la cuva de pa-velocidad del moto N N( n) a b n a a1 a2 0, 257 0, , 289 b b1 b2 0, , , 0060 / (ad/s ) Po tanto, la cuva de pa moto seía: Nn ( ) ( 0, 289 0, 0060 n) con n expesado en ad/s La cuva de potencia seía Wn ( ) Nn ( ) ny po consiguiente: 2 2 Wn ( ) ( 0, 289 n 0, 0060 n ) W con n expesado en ad/s Con la cuva de potencia-velocidad se puede obtene la potencia máxima y el égimen de gio al que se alcanza dicha potencia máxima.

9 6. Enlaces de inteés En esta página se descibe como constuie un banco de potencia de odillos (inetial dynamomete) paa ensaya los motoes de motocicleta o automóvil. Puede se útil paa mosta imágenes a los alumnos. En esta imagen se puede obseva como se tansmite el movimiento desde la ueda de la motocicleta a un volante de inecia (odillo) que juega el mismo papel que el disco (volante de inecia) en la páctica. Este enlace de la Wikipedia descibe el concepto de "cuva de pa" de un moto. Es inteesante la figua poque en ella se ven, a la vez, las tes cuvas que inteesan: - Cuva de pa (azul), en función del égimen de gio del moto - Cuva de potencia (oja), en función del égimen de gio del moto - Cuva de consumo específico (vede), en función del égimen de gio del moto. El consumo específico está expesado en gamos de combustible (g) dividido po enegía mecánica desaollada (kwh). Si el único objetivo es que el moto popocione la máxima potencia posible, entonces el moto debeía tabaja a 6000 pm y paa ello se debeía utiliza una elación de tansmisión deteminada. Si la elación de tansmisión a está fijada y no se puede cambia y se necesita el máximo pa posible, la mejo opción es hace tabaja el moto a 4400 pm. Po último si es posible vaia la elación de tansmisión y el objetivo es loga un consumo lo más bajo posible, entonces el moto debeía tabaja a 4600 pm.

10 ANEXO 1. PRÁCTICA 4. Cuva de pa velocidad. HOJA DE ENTREGA DE RESULTADOS Nombe: Nº Matícula: Vaiable Unidades Momento de inecia del disco I kg m 2 Relación de tansmisión m a 1 = Cuva de Aceleación b 1 = / (ad/s 2 ) N 1 (n) = a1 b1*n a 2 = Cuva de Fenado b 2 = / (ad/s 2 ) N 2 (n) = -( a2 + b2*n ) a = Cuva de Pa Moto b = / (ad/s 2 ) N(n) = a - b*n Potencia Máxima Wmax W( nw ) W Régimen de potencia máxima nw ad/s Cuestiones: 1. Dibuja a mano las cuvas de potencia y pa en función de la velocidad angula. Señala el punto de potencia máxima y también el de pa máximo. 2. Explica de foma cítica qué pates del expeimento se podían mejoa paa educi la incetidumbe de la medida. Páctica 4. Mecánica ETSII UPM. Cuso 2018/2019