Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: ensayos de velocidad constante, fuerza constante, aceleración 0-100 y otros
Abstract
El proyecto que se presenta a continuación trata del análisis y la validación del nuevo software de control para el banco de rodillos del Taller de Motores Térmicos de la Escuela Politécnica Superior. Este proyecto forma parte del desarrollo de un nuevo software de control que va a gestionar, a partir de ahora, el banco de rodillos de la Universidad de Málaga.
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A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 1 Índice
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A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 3 Contenido 1. INTRODUCCIÓN. .................................................................................................................... 9 1.1. Objetivos. ...................................................................................................................... 9 1.2. Justificación. ................................................................................................................ 10 2. ESTADO DEL ARTE. .............................................................................................................. 13 2.1. Banco dinamométrico. ................................................................................................ 13 2.1.1. Banco de rodillos dinamométrico. ...................................................................... 13 2.1.2. Ejemplo de prueba con un banco dinamométrico. ............................................. 14 2.1.3. Banco BD NET 2 WD. ........................................................................................... 15 2.1.4. Banco BDR 400 IE Tecner. ................................................................................... 19 2.2. Software actual. .......................................................................................................... 21 2.2.1. Calibración de la rueda. ....................................................................................... 21 2.2.2. Prueba de velocímetro. ....................................................................................... 21 2.2.3. Prueba de tacómetro. ......................................................................................... 21 2.2.4. Prueba 0-100 km/h.............................................................................................. 22 2.2.5. Prueba 0-1000 metros. ........................................................................................ 22 2.2.6. Prueba de curva de potencia. ............................................................................. 22 2.2.7. Prueba a fuerza constante. ................................................................................. 22 2.2.8. Prueba a velocidad constante. ............................................................................ 22 2.2.9. Prueba de carretera. ........................................................................................... 23 2.3. Sistema de control del banco. ..................................................................................... 24 2.4. Factores que afectan a un vehículo durante la conducción. ...................................... 26 2.4.1. Resistencia al avance. .......................................................................................... 26 2.4.2. Resistencia a la rodadura. ................................................................................... 27 2.4.3. Resistencia a la pendiente. .................................................................................. 30 2.4.4. Resistencia a la aceleración. ................................................................................ 32 2.4.5. Resistencia al aire. ............................................................................................... 33 2.5. Renault kangoo D55 1.9. ............................................................................................. 37 3. MÉTODO DE ANÁLISIS. ........................................................................................................ 43 3.1. Método de trabajo con el banco. ................................................................................ 43
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 4 3.1.1. Puesta en marcha del sistema. ............................................................................ 43 3.1.2. Introducir vehículo. ............................................................................................. 44 3.1.3. Uso del banco. ..................................................................................................... 46 3.1.4. Sacar el vehículo. ................................................................................................. 47 3.1.5. Apagado del sistema. .......................................................................................... 47 3.2. Desarrollo del software. .............................................................................................. 48 3.2.1. Interfaz y funcionamiento del programa. ........................................................... 49 3.2.2. Funcionamiento de las pruebas. ......................................................................... 52 3.3. Trabajo individual. ....................................................................................................... 53 3.4. Horas de trabajo realizadas. ........................................................................................ 54 4. ANALISIS DEL NUEVO SOFTWARE. ...................................................................................... 57 4.1. Freno utilizado. ............................................................................................................ 60 4.1.1. Freno en vacío. .................................................................................................... 60 4.1.2. Freno Fuerza constante. ...................................................................................... 61 4.1.3. Freno velocidad constante. ................................................................................. 61 4.1.4. Freno de carretera............................................................................................... 62 4.2. Datos. .......................................................................................................................... 68 4.2.1. Distancia. ............................................................................................................. 69 4.2.2. Velocidad lineal. .................................................................................................. 69 4.2.3. Aceleración angular de la rueda. ......................................................................... 70 4.2.4. Par motor. ........................................................................................................... 71 4.2.5. Potencia del motor. ............................................................................................. 71 4.2.6. Fuerza resistente. ............................................................................................... 72 4.2.7. Par resistente. ..................................................................................................... 72 4.2.8. Potencia resistente. ............................................................................................. 73 4.2.9. Temperatura. ....................................................................................................... 73 4.2.10. Presión. ................................................................................................................ 74 5. COMPARATIVA ENTRE LOS DOS SOFTWARE. ...................................................................... 77 5.1. Inicio del software. ...................................................................................................... 77 5.2. Gestión de usuarios. .................................................................................................... 79 5.3. Configuración. ............................................................................................................. 81
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 5 5.4. Gestión de vehículos. .................................................................................................. 83 5.5. Factor de corrección. ................................................................................................... 87 5.6. Incidencias. .................................................................................................................. 89 5.7. Guardar pruebas. ........................................................................................................ 91 5.8. Informes. ..................................................................................................................... 95 5.9. Grabar vídeo. ............................................................................................................... 97 5.10. Mando a distancia. .................................................................................................. 98 5.11. Cuentarrevoluciones. .............................................................................................. 98 5.12. Inicio de pruebas. .................................................................................................... 99 5.13. Prueba de cuentakilómetros. ................................................................................ 100 5.14. Prueba de 0-100 km/h........................................................................................... 103 5.15. Prueba de Fuerza constante. ................................................................................. 105 5.16. Prueba de Velocidad constante. ........................................................................... 108 5.17. Prueba de circuitos. ............................................................................................... 111 5.18. Pruebas realizadas en grupo. ................................................................................ 114 5.18.1. Prueba de velocímetro. ..................................................................................... 114 5.18.2. Prueba de aceleración 0-1000 metros. ............................................................ 116 5.18.3. Prueba de carretera. ......................................................................................... 117 5.18.4. Prueba curva de potencia. ................................................................................ 118 6. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS. ......................................................................................... 123 6.1. Prueba de cuentakilómetros. .................................................................................... 123 6.2. Prueba 0-100 km/h. .................................................................................................. 127 6.3. Prueba de Fuerza constante...................................................................................... 131 6.4. Prueba de Velocidad constante. ............................................................................... 133 6.5. Prueba de circuito. .................................................................................................... 135 6.6. Pruebas realizadas en grupo: .................................................................................... 136 6.6.1. Prueba de velocímetro. ..................................................................................... 136 6.6.2. Prueba de aceleración 0-1000 metros. ............................................................. 139 6.6.3. Prueba de carretera: ......................................................................................... 141 6.6.4. Prueba de curva de potencia: ........................................................................... 143 7. PRESUPUESTO. .................................................................................................................. 153
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 6 8. PROPUESTAS Y CONCLUSIONES. ....................................................................................... 157 8.1. Conclusiones: ............................................................................................................ 157 8.2. Propuestas de futuro: ............................................................................................... 159 8.2.1. Tarjeta de adquisición de datos: ....................................................................... 159 9. BIBLIOGRAFÍA. ................................................................................................................... 163 9.1. Fuentes bibliográficas. .............................................................................................. 163 9.2. Direcciones Electrónicas. ........................................................................................... 164 ANEXO 1: PROGRAMACIÓN ...................................................................................................... 169 ANEXO 2: INFORMES ................................................................................................................. 201 ANEXO 3: MANUAL RYME ......................................................................................................... 217 ANEXO 4: MANUAL NUEVO ....................................................................................................... 279
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 7 Introducción
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A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 9 1. INTRODUCCIÓN. 1.1. Objetivos. El objetivo de este proyecto, es el análisis y la validación del nuevo software de control del banco de rodillos de la Escuela Politécnica superior de la Universidad De Málaga, ayudar a la programación del mismo en algunos aspectos, como a la simulación real de las fuerzas que se oponen a un vehículo mientras circula por una vía, además de analizar a fondo el software de control actual del banco. Para la realización del nuevo software trabaja un equipo de tres ingenieros formado por: - Alejandro Garrido López: Ingeniero Eléctrico, encargado de la validación y el análisis del software y de algunos aspectos de programación, centrándose en el análisis de las siguientes pruebas: Ensayo de velocidad constante, fuerza constante, aceleración 0-100, cuentakilómetros y prueba de circuito. -Fabián Barea Vizuete: Ingeniero Eléctrico, encargado de la validación y el análisis del software y de algunos aspectos de programación, centrándose en el análisis de las siguientes pruebas: Ensayos de carretera, velocímetro, aceleración 0-1000, curva de potencia y prueba de circuito. - Alberto Acebedo García: Ingeniero informático, encargado de la programación el software.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 16 • Freno: Como freno se utiliza una máquina de corriente Foucault montada sobre rodamientos que está acoplada mecánicamente al eje de transmisión de los rodillos delanteros, pudiendo bascular sobre su eje. Utiliza valores de tensión desde 0 a 10 voltios que van frenando el vehículo con la fuerza necesaria en cada momento, vemos que al ser una máquina que funciona por efectos electromagnéticos no tiene rozamiento entre el eje y el freno, cosa que hace que el mantenimiento de la máquina sea mucho menos costoso que si fuese un freno mecánico que se iría degradando y habría que ir revisándolo periódicamente. Figura 2.4 Freno de Foucault ǀ Fuente: Bancos para la obtención de la potencia (artículo).
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 17 • Software: Un ordenador con el software de la marca RYME, que se encarga del control por parte del usuario del banco, y de mostrar los resultados obtenidos en cada ensayo. • Tarjeta de adquisición de datos: Conecta el ordenador con el banco, que se encarga de llevar los datos que queremos enviarle al banco, transformándolos en la señal correspondiente, ya sea eléctrica o numérica, y de recoger todos los datos que leen los sensores en el banco y llevarlos hacia el software para que podamos verlos. Figura 2.5 Ordenador que gestiona el banco de rodillos de la EPS ǀ Fuente: Ryme
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 18 • Características generales del banco: Velocidad máxima 300 km/h Potencia máxima 300 Cv Fuerza máxima 10 Kn Distancia máxima 1.000 km Tiempo máximo 1 hora Peso máximo 4 toneladas Diámetro rodillos 352 mm Longitud rodillos 750 mm Distancia entre centros de rodillos 510 mm Ancho interior de paso de vehículo 810 mm Ancho exterior de paso de vehículo 2320 mm Diámetro mínimo de rueda 12” Figura 2.6 Características técnicas del banco ǀ Fuente: Ryme
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 19 2.1.4. Banco BDR 400 IE Tecner. Para situar el banco de rodillos de la Escuela Politécnica Superior en el mercado, lo vamos a comparar con el banco de rodillos, de la misma gama, de su empresa competidora: Tecner BDR 400 IE, que tiene prácticamente el mismo funcionamiento que el de la EPS, con dos rodillos por rueda motriz, un freno de Foucault refrigerado por aire, un sistema neumático para la elevación del vehículo y el bloqueo total de los rodillos. El control y la toma de datos del banco son muy similares, con un software de control y una tarjeta de adquisición de datos similares, que a través del mismo número de sensores y con las mismas características captan los mismos datos que el software de Ryme. A continuación se comparan los aspectos más significativos entre los dos bancos: Parámetro Ryme Tecner Velocidad máxima 300 km/h 300 km/h Potencia máxima 300 Cv 340 Cv Peso máximo 4000 kg 3500 Kg Ancho interior de paso de vehículo 810 mm 700 mm Ancho exterior de paso de vehículo 2320 mm 2150 mm Figura 2.7 Comparativa entre bancos ǀ Fuente: Ryme y Tecner Como vemos, el banco Ryme Puede ensayar vehículos más pesados, y más grandes, mientras que Tecner puede ensayar coches más pequeños y de mayor potencia, pero prácticamente no son diferencias verdaderamente significativas.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 20 Comparándolo con otros bancos de gamas más altas, la diferencia se basa en frenos y ventiladores más potentes refrigerados por agua, para evitar calentamientos y poder ensayar coches de más potencia a más velocidad (para coches de competición suelen ser de 1 rodillo por rueda motriz), y con un sistema de elevación neumática más potente para poder ensayar vehículos más pesados (para vehículos comerciales y camiones suelen ser de dos rodillos por rueda motriz). Figura 2.8 Banco de rodillos de alta gama ǀ Fuente: HRE wheels
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 21 2.2. Software actual. El software de control proporcionado por Ryme ofrece la posibilidad de realizar 8 pruebas diferentes al vehículo, además de calibrar el perímetro de la rueda, introducir y sacar el vehículo, y generar informes de las pruebas realizadas. Las pruebas que podemos realizar son las siguientes: 2.2.1. Calibración de la rueda. Se trata de calcular el perímetro real de la rueda, ya que está formada por un material elástico que se deforma, haciendo que el giro de la rueda no forme una circunferencia perfecta, además influye en esto la presión del neumático ya que si la presión es baja la rueda se deformará más aun. Se calcula un factor de corrección que se utiliza para subsanar el pequeño error que pueda producir esta circunstancia en las mediciones realizadas. 2.2.2. Prueba de velocímetro. Esta prueba se basa en comparar la velocidad real del vehículo hallada por los sensores del banco con la velocidad que marca el velocímetro del vehículo, y nos da como resultado el error en tanto por ciento del velocímetro del coche respecto a su velocidad real, algo muy útil para el usuario del vehículo para cuando circula por una vía saber la velocidad real a la que va. 2.2.3. Prueba de tacómetro. Esta prueba se basa en comparar la distancia real que recorre el vehículo, hallada por los sensores del banco, con la distancia que marca el cuentakilómetros del vehículo, y nos da como resultado el error en tanto por ciento del cuentakilómetros del coche respecto a la distancia real recorrida.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 22 2.2.4. Prueba 0-100 km/h. En la prueba de 0-100 km/h el banco simula las fuerzas opositoras reales de una conducción por carretera para calcular el tiempo que tarda el vehículo en alcanzar los 100 km/h. 2.2.5. Prueba 0-1000 metros. En esta prueba el banco simula las fuerzas opositoras reales de una conducción por carretera para calcular el tiempo que tarda el vehículo en recorrer 1 km. 2.2.6. Prueba de curva de potencia. La prueba de curva de potencia calcula la curva de potencia en rueda y en el motor, además de la curva del par del vehículo en aceleración libre, es decir, sin simular las fuerzas opositoras reales de una conducción por carretera. Esto hace que la potencia obtenida sea mayor que la ofrecida realmente por el vehículo en carretera, ya que en esta situación no tiene ninguna fuerza que vencer. 2.2.7. Prueba a fuerza constante. El objetivo de esta prueba es determinar la potencia de la rueda del vehículo cuando se aplica un par de frenado constante que establecemos al principio de la prueba, y vamos cambiando manualmente durante la prueba cuando se van alcanzando los valores deseados. 2.2.8. Prueba a velocidad constante. El objetivo de esta prueba es determinar la potencia en rueda cuando la velocidad del vehículo se mantiene constante a una velocidad determinada que establecemos al principio de la prueba, y vamos cambiando manualmente durante la prueba cuando se van alcanzando los valores deseados.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 23 2.2.9. Prueba de carretera. Esta prueba se trata de simular la conducción real en carretera, pudiendo aplicar cambios de pendiente durante la conducción, siendo la prueba perfecta para ensayar el vehículo en las condiciones deseadas para estudiar el consumo del vehículo y la emisión de gases. Figura 2.9 Pantalla de pruebas del software Ryme ǀ Fuente: Software Ryme
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 24 2.3. Sistema de control del banco. Todo el sistema de control del banco está gobernado por una tarjeta de adquisición de datos fabricada exclusivamente para este modelo de banco, por la cual pasan tanto las órdenes que nosotros mandamos al banco a través del software, como los datos recogidos por los sensores del banco antes de ser mostrados por pantalla. Figura 2.10 Sistema de control del banco ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 25 1A través del software se mandan los datos con los que se va a trabajar, como pueden ser la masa del vehículo, su superficie frontal, el coeficiente aerodinámico, el coeficiente de rodadura dependiendo del material del suelo, o directamente la fuerza con la que queremos frenar ( prueba de fuerza constante), entre otros. 2La tarjeta recibe estos datos y realiza unas transformaciones internas con las que calcula los tensión eléctrica que debe de mandarle al freno para que frene lo que se quiere. 3La máquina de Foucault recibe esta tensión y produce un par de frenado sobre los rodillos delanteros. El intervalo de tensiones que acepta la máquina es de 0 a 10 V produciendo un par de frenado de 0 a 1760 N·m, siendo éste último valor el bloqueo total del rodillo. 4Los encoder y la galga captan la señal de velocidad y par y devuelven esta señal a la tarjeta en forma binaria. 5La tarjeta realiza las transformaciones pertinentes para poder mandar al ordenador valores coherentes para poder mostrarlos en pantalla, y se calculan a partir de estos parámetros todos los demás resultados que buscamos como por ejemplo la distancia o la potencia. 6Se muestran en pantalla y/o se almacenan los datos obtenidos y se vuelven a mandar los nuevos datos de funcionamiento hacia la tarjeta, produciéndose así una retroalimentación.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 32 2.4.4. Resistencia a la aceleración. La resistencia a la aceleración se basa en la segunda ley de Newton, que enuncia que la fuerza es igual a la masa multiplicada por el incremento de la velocidad respecto del tiempo, es decir, la aceleración. Cuando el vehículo esta decelerando esta fuerza se suma a la del movimiento, y por lo tanto hace que tengamos que ejercer más fuerza en frenar el vehículo que si esto no ocurriese. Cuando el coche está acelerando esta fuerza se opone al movimiento, y además es muy alta para aceleraciones altas, lo que hace que para conseguir una gran aceleración haga falta un motor muy potente. Esto lleva al segundo sumando de la fórmula [2.1]: ó =& '( ·a Siendo : [2.3] & '( =Masa del vehículo Nº de ejes con tracción ==>?>@óA (m/s2)
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 33 2.4.5. Resistencia al aire. La aerodinámica es uno de los aspectos más a tener en cuenta a la hora del diseño de un vehículo, sobre todo para evaluar su comportamiento a altas velocidades, que es cuando esta fuerza es realmente importante. El efecto del aire en un vehículo en circulación produce tres importantes fuerzas a tener en cuenta, la de resistencia, sustentación y las fuerzas laterales. Figura 2.14 Resistencia al aire ǀ Fuente: Apuntes de mecánica de fluidos Las fuerzas lateares son aquellas que aparecen cuando nos enfrentamos a un viento lateral, o cuando el vehículo se encuentra realizando un giro, lo que puede producir el giro del vehículo sobre sí mismo, aunque lo más común es que se produzca un momento de cabeceo. Es importante en el diseño del vehículo por su seguridad, pero en la simulación en el banco de rodillos no la vamos a tener en cuenta.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 34 La sustentación es la fuerza que aparece en un vehículo que se desplaza por una corriente de aire y que es perpendicular a la velocidad del vehículo. Si ésta es positiva, impulsará al vehículo hacia arriba, como por ejemplo en una avioneta, pero si ésta es negativa, lo que produce, es el efecto de pegar el coche al suelo. En los coches de competición se utilizan formas aerodinámicas y alerones para conseguir esto y conseguir más adherencia. Para la simulación en el banco de rodillos tampoco vamos a tener en cuenta esta fuerza, ya que en los vehículos de calle es un factor que apenas se tiene en cuenta. La fuerza de resistencia es fuerza contraria al movimiento de un vehículo generada por la acción del aire que lo rodea. Esta resistencia es producida por el rozamiento producido por el deslizamiento de las capas fluidas unas sobre otras durante el movimiento del vehículo. Estos rozamientos hacen que se produzca una pérdida de trabajo en forma de calor, y que éste no sea restituido por el aire que se junta detrás del vehículo. Esta pérdida se manifiesta en la estela que se produce detrás del vehículo, en la cual las presiones son inferiores a las de la parte delantera del vehículo e incluso a la presión ambiental. Figura 2.15 Mercedes Slr cx:0.374 ǀ Fuente: Forocoches
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 35 Los factores de los que depende esta fuerza son la densidad del aire, la velocidad, el coeficiente aerodinámico y la superficie frontal. - Densidad del aire: La densidad del aire afecta de forma proporcional a la resistencia, es decir, con una densidad de aire mayor, al coche le cuesta más avanzar a través de éste. Sin embargo, si nos centramos en el conjunto entero del vehículo, sabemos que con una densidad de aire mayor el comportamiento del motor también es mejor, por lo tanto en cada caso concreto habría que estudiar si un aumento de densidad produce buenos, o malos efectos sobre el vehículo, dependiendo de la velocidad a la que circule. - Velocidad: La resistencia al aire es una fuerza exponencial dependiente de la velocidad, es decir, a bajas velocidades, a penas se tiene en cuenta, pero conforme aumenta la velocidad se convierte en la fuerza más importante a tener en cuenta. - Superficie frontal: Es un elemento muy importante, respecto a la resistencia del aire, ya que puede hacer que un vehículo con un buen coeficiente aerodinámico, pero con una gran superficie frontal, como puede ser un camión moderno, tenga una elevada resistencia al aire, y que por el contrario, una moto que tenga un mal coeficiente aerodinámico, como una moto, tenga poca resistencia al aire ya que tiene muy poca superficie central. Depende del diseño del vehículo. - Coeficiente aerodinámico: Es un coeficiente que depende de la forma de la carrocería del vehículo. Si este es bajo, la resistencia del aire será menor, (teniendo también en cuenta las factores anteriores), y por lo tanto el vehículo tendrá más aceleración y podrá llegar a velocidades más altas, sin embargo perderá adherencia a la hora de tomar una curva, por ello, los coches deportivos incorporan a su carrocería alerones y formas determinadas para ganar facilidades en la conducción, aunque pierdan velocidad punta y aceleración, problema que subsanan añadiendo potencia al motor.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 36 A continuación se muestra una tabla con varios coeficientes aerodinámicos de ciertos vehículos: Vehículo Coeficiente aerodinámico Cx Formula 1 0.70 – 1.10 Motocicleta 0.60 – 0.90 Grandes todoterrenos 0.40-0.57 Coches deportivos 0.35-0.50 Pequeños todoterrenos y furgonetas 0.32-0.40 Utilitarios 0.25-0.35 Mercedes CLA 0.22 Prototipos de velocidad 0.15 -0.20 Figura 2.16 Tabla de coeficientes aerodinámicos ǀ Fuente: Autopista Con esta información se concluye el tercer sumando de la fórmula [1], con la que se simula en el banco la fuerza correspondiente a una circulación normal por carretera: á =B C ·D ·S·F " 2 Siendo: [2.4] B C =CoeIiciente aerodinámico D = Densidad del aire S= Superficie frontal del vehículo V= Velocidad lineal
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 37 2.5. Renault kangoo D55 1.9. El vehículo utilizado para realizar las pruebas ha sido una furgoneta Renault Kangoo D55, 1.9, modelo del año 1997, cedida a la universidad por Tahermo. Figura 2.17 Renault Kangoo ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 38 En la fotografía vemos como para ensayar con ella en el banco de rodillos, se le ha quitado el capó, para favorecer el enfriamiento del motor por parte del ventilador auxiliar, además de facilitar así cualquier tipo de reparación que haya que hacerle, como por ejemplo usar un arrancador externo si la batería falla. Además de esto, tiene anulado el depósito de combustible, teniendo en lugar de esto, las tuberías que cogen y devuelven el combustible del depósito sueltas en el maletero, para poder utilizar como depósito cualquier tipo de embase graduado para medir el consumo. Características técnicas: Cilindrada 1870 cc Potencia / RPM 55 Cv / 4000 RPM Par motor / RPM 120 N m / 2250 RPM Situación del motor Delantero transversal Nº cilindros - Disposición 4 – En línea Nº Válvulas 2 por cilindro Material del bloque / Culata Hierro / Aluminio Distribución OHC Diámetro x Carrera 80 x 93 mm Combustible Gasóleo Relación de compresión 21.5 a 1 Alimentación Inyección indirecta Tracción Delantera
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 39 Caja de cambios Manual, 5 velocidades Neumáticos 175/65 R14 Largo/Ancho/Alto 3995/1663/1828 mm Coeficiente aerodinámico 0.35 Superficie Frontal 2.61 m2 Peso vacío 1055 kg Velocidad máxima 135 km/h Aceleración 0-100 km/h 21,1 s Aceleración 0-1000 m 40.2 s Consumo urbano 7.9 l/100km Consumo extraurbano 5.4 l/100km Consumo mixto 6.3 l/100km Figura 2.18 Características Renault Kangoo ǀ Fuente: Renault
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A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 41 Método de análisis
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 48 3.2. Desarrollo del software. Para el desarrollo de este software ha trabajado, como veíamos en la introducción, un equipo de 3 ingenieros formado por Alejandro Garrido López y Fabián Barea Vizuete, ingenieros eléctricos, encargados del análisis y la validación del software, junto con Alberto Acebedo García, encargado de la programación del mismo. El trabajo como ingeniero eléctrico, con respecto al software, se basa en estos tres aspectos: - Interfaz: Es el aspecto del programa, la misión es asegurar que todas las pantallas tengan el aspecto correcto, que se vean bien todos los datos, sin cortes en palabras, que se visualicen todos los datos necesarios, y que no aparezcan pocos decimales en los datos, ni tampoco excesivos. - Funcionamiento del programa: Respecto al funcionamiento general del programa, la misión es probar todos y cada uno de los comandos posibles, desde la configuración, hasta la gestión del banco pasando por las bases de datos, para asegurarse de que el funcionamiento sea el correcto. - Funcionamiento de las pruebas: El fin de este software se basa en el control del banco dinamométrico para poder realizar ensayos con un valor y dar validez a los resultados obtenidos en dichas pruebas, cosa que no se conseguía con el software antiguo. La misión es probar todas las pruebas, probando diferentes tipos de fórmulas en cada una de ellas hasta dar con el resultado que más se acerque a la realidad. A continuación se desarrollara el método de trabajo utilizado para cada uno de estos aspectos:
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 49 3.2.1. Interfaz y funcionamiento del programa. El método de trabajo a seguir ha sido el siguiente: 1ºRecibir una lección de uso del nuevo software por parte del Ingeniero informático, para aprender a utilizar el programa y poder trabajar con él. 2ºEvaluar los contenidos de la interfaz y del funcionamiento de software inicial. 3ºEnviar al ingeniero informático los errores y propuestas de mejora. 4ºUna vez instalada la nueva versión del software, volver a evaluar los nuevos contenidos, y proponer nuevas mejoras. En esta fase del desarrollo del software, para probar tanto el funcionamiento como el aspecto de las pruebas, se realizó prueba por prueba, evaluando exclusivamente el aspecto, los datos que queríamos mostrar y no mostrar, tanto en la realización de la prueba como en el informe y en el funcionamiento del programa en sí para llegar a realizar la prueba, es decir, la serie de pasos que hay que dar para llegar a realizar una prueba, el proceso de guardado de los informes o el acceso a los resultados, todo ello sin analizar en si los resultados que obteníamos en las pruebas eran correctos o no. En el interfaz, los objetivos han sido los siguientes: - Conseguir un aspecto claro, limpio y presentable. - Mostrar solo los datos necesarios, sin exceso ni defecto de ellos. - Mostrar los resultados con un número de decimales acorde al dato. - Que no hubiese ningún número o palabra cortado. - Poder ver los datos necesarios desde el coche mientras se realiza una prueba.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 50 - Fácil de leer para el usuario. - Saber en todo momento en que prte del programa nos encontramos. - Eliminar las faltas de ortografía. A continuación se muestran algunos ejemplos de fallos con el interfaz que se han ido solucionados: Figura 3.4 Errores de interfaz ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 51 Quedando definitivamente con el siguiente aspecto: Figura 3.5 Interfaz final ǀ Fuente: Nuevo software Respecto al funcionamiento del programa se ha probado hasta la última función que se puede realizar con el software, desde el acceso al programa hasta cada pestaña del menú de configuración, asegurando que todas cumplen su función. Se ha buscado siempre dar la facilidad al usuario del software para trabajar sencillamente con él, poniendo botones con significados claros, con pestañas aclarativas y guiando siempre al usuario para que sepa en qué parte del programa se encuentra, ofreciendo siempre la posibilidad de volver atrás o a la pantalla principal, en el manual de uso del banco se detallarán cada uno de los detalles y posibilidades que ofrece el software. Como vemos en las imágenes anteriores se sustituyeron los botones inferiores por otros más intuitivos que hacen que el manejo del programa sea más sencillo.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 52 3.2.2. Funcionamiento de las pruebas. Para verificar el funcionamiento de las pruebas el método de trabajo ha sido diferente que para los otros dos aspectos del software. 1ºRealizar todas las pruebas con el programa antiguo, y con la documentación pertinente, decidir que prueba tiene un buen funcionamiento, y cual no. 2ºRealizar las pruebas con el programa nuevo, comparando los resultados con los del programa antiguo, si esa prueba había sido dada como válida, o comparando los resultados, con los estimados correctos, si esta prueba no tenía un buen funcionamiento en el software antiguo. 3ºComunicar los resultados al ingeniero informático, y fijar un día para trabajar en conjunto. 4ºProbar en conjunto, junto con el ingeniero informático, las nuevas fórmulas implementadas para el desarrollo correcto de la prueba. Para analizar todos los datos que influían en las pruebas que daban problemas, se realizaba la prueba sobre el leguaje de programación, es decir, se realizaba la prueba correspondiente, pero en pantalla no se mostraba la interfaz, sino el fragmento de programación que interfería en la prueba en el que se podía observar cada uno de los datos instantáneos de la prueba. En los próximos apartados se detallarán todas las fórmulas utilizadas en cada prueba y los problemas que se tuvieron en algunas de ellas para llegar al resultado final.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 53 3.3. Trabajo individual. Para la verificación de las pruebas, y la búsqueda de información, para poder llegar a los resultados válidos para cada prueba, se dividieron las pruebas para optimizar el trabajo, y cada uno se encargó de la mitad de las pruebas, estudiando a fondo cada uno de los parámetros que intervenían en cada prueba, para después probar con el ingeniero informático la programación válida que diese el resultado óptimo esperado. Todo ello siempre sin dejar de lado el trabajo del otro, ya que muchas de las pruebas estaban relacionadas entre sí, entonces cada uno buscaba información por su parte y después se hacía una puesta en común con toda la información para cada prueba, incluyendo al ingeniero informático que también ayudaba en este sentido. Esta ha sido la división del trabajo individual durante el desarrollo del programa: Figura 3.6 Trabajo individual ǀ Fuente: Elaboración propia Una vez terminado el software y dejarlo funcionando en el taller de la escuela, cada uno se encarga de la propia redacción de su proyecto, siguiendo sus propios métodos de documentación y de escritura sobre el trabajo realizado.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 54 3.4. Horas de trabajo realizadas. El presente Trabajo Fin de Grado, ha tenido una duración en el tiempo de 11 meses, desde Octubre, en donde se empezó a trabajar con el programa prácticamente desde cero, hasta el 28 de Agosto, fecha en la que se terminó la redacción de este proyecto. A continuación se muestra como ha sido el reparto de horas durante la realización del proyecto: Función Nº de horas Ensayos y verificaciones en el taller 140 horas Búsqueda de información 80 horas Redacción 110 horas Total 330 horas Figura 3.7 Horas de trabajo individual ǀ Fuente: Elaboración propia
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A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 57 4. ANALISIS DEL NUEVO SOFTWARE. En este apartado se va a mostrar cómo se obtienen los datos que se muestran en cada prueba a partir de los sensores de par y velocidad del banco, así como el freno utilizado para simular lo que se requiere en cada prueba. Con el nuevo software se pueden realizar, además de la calibración de la rueda. 9 pruebas diferentes, las mismas que en el programa de Ryme, mas una prueba adicional que se ha añadido. Estas pruebas son las siguientes: • Calibración de la rueda: Se trata de calcular el perímetro real de la rueda, ya que está formada por un material elástico que se deforma, haciendo que el giro de la rueda no forme una circunferencia perfecta, además influye en esto la presión del neumático ya que si la presión es baja la rueda se deformará más aun. Se calcula un factor de corrección que se utiliza para subsanar el pequeño error que pueda producir esta circunstancia en las mediciones realizadas. • Prueba de velocímetro: Esta prueba se basa en comparar la velocidad real del vehículo hallada por los sensores del banco con la velocidad que marca el velocímetro del vehículo, y nos da como resultado el error en tanto por ciento del velocímetro del coche respecto a su velocidad real, algo muy útil para el usuario del vehículo para cuando circula por una vía saber la velocidad real a la que va. • Prueba de cuentakilómetros: Esta prueba se basa en comparar la distancia real que recorre el vehículo, hallada por los sensores del banco, con la distancia que marca el cuentakilómetros del vehículo, y nos da como resultado el error en tanto por ciento del cuentakilómetros del coche respecto a la distancia real recorrida.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 64 Para hallar el valor de la fuerza, sin necesidad de hallar antes la aceleración o la velocidad por separado, cosa que supondría cálculos ajenos a la fórmula final, y por tanto, un retraso en el envío de datos al banco, Ryme utiliza la siguiente fórmula [4.2], que se basa en la fórmula anterior [4.2], pero con datos más accesibles para el funcionamiento interno del software y la tarjeta, por lo tanto, se realiza más rápido el control del freno: =B 0 +B ·ST?NUN−T?NUN V+B ·T?NUN 2 [4.3] Siendo el valor pulsos, el dato que envía directamente el sensor de velocidad del banco, y el valor T?NUN AP el valor anterior del dato pulsos. Ahora se va a desarrollar cada uno de los factores que aparecen en la fórmula [4.3], viendo que se corresponden con la fórmula [4.2], pero sin incluir la velocidad y la aceleración. Primer factor: B 0 =W UW@??UN ·&·K·L+! \1 + ! 2 −X >?@Y _OAU 2 · = >?@Y _OAU [4.4] Siendo: m= Masa total del vehículo g= Aceleración de la gravedad: 9.81 m/N 2 P= Pendiente en tanto por uno μ=Coeficiente de rodadura W UW@??UN =W@&APU UW@??UN= 0.352 & = >?@Y _OAU = 0.176 X >?@Y _OAU = 0
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 65 Segundo factor: B >?>@UA = (&−4 · Z W UW@??UN 2 )·W UW@??UN 2 ·K T ·O T 4 90 · = >?@Y _OAU ·P T 2 [4.5] Siendo: m= Masa total del vehículo W UW@??UN =W@&APU UW@??UN= 0.352 & = >?@Y _OAU = 0.176 Z=ZA>@ YA>U = 20.54 [K·& 2 K T =KWUN TU T?NU A>UW=360 NU?>@UA A>UW=360 1000 O T =O>PU >U>>@oWA TıW&PU W P T =P@&TU TU T?NU=1 O>A>@ WPUN=1 25 (N)
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 66 Y por último: B U = (WUW@??UN·KT·OT·\ 2·90·PT)2·WUW@??UN·BR·M·D@ 2 2·=>?@Y _OAU [4.6] Siendo: B R =CoeZiciente aerodinaWmico D @ = Densidad del aire S= Superficie frontal del vehículo W UW@??UN =W@&APU UW@??UN= 0.352 & = >?@Y _OAU = 0.176 K T =KWUN TU T?NU A>UW=360 NU?>@UA A>UW=360 1000 O T =O>PU >U>>@oWA TıW&PU W P T =P@&TU TU T?NU (N)=1 O>A>@ WPUN=1 25 (N)
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 67 Una vez calculado internamente el valor de la fuerza con la que tiene que frenar el banco en Newton, se le envía al banco en milivoltios con la siguiente transformación: 1 Newton = 1 milivoltio Fuerza = &F >UAN@KA _OAU Después de esta transformación, pasa por el siguiente suavizado, en el que interviene la lectura de la galga: &F N?@W =&F N?@W−1 +B OAU · (&F >UAN@KA _OAU −&F K?K ) [4.7] Siendo: &F N?@W =&@?@QU?P@UN ] NP >@Y@AWU ? OAU &F N?@W−1 =&@?@QU?P@UN ] >@Y@oW ? OAU A ? AP@U &W@>@oWA &F K?K =^>P W ? K?K B OAU = 0.01 Siendo el valor de &F N?@W , el valor en Newton con el que se está frenando al coche en cada momento.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 68 4.2. Datos. El banco consta de tres sensores, a partir de los cuales hallamos todos los datos que necesitamos para la realización de las pruebas y para mostrar los resultados deseados. El primer sensor es un captador de velocidad, que envía el dato “Pulsos”, a partir del cual se obtienen los datos de velocidad lineal, aceleración, par y potencia del motor. El segundo sensor es un captador de distancia acumulada, que envía el dato “pulsos_desp”, a partir del cual se obtiene la distancia acumulada. El tercer sensor, es una galga dinamométrica que mide la fuerza en el banco y envía el dato “ Milivoltios”, a partir del cual se calcula la fuerza, el par y la potencia resistente. A parte de estos tres sensores, tiene un sensor de presión y otro de temperatura, que no influyen en ningún cálculo de dato, simplemente se muestra la medición de cada sensor. Una vez conocidos los sensores que tiene el banco, se va a detallar el proceso matemático por el cual se obtienen los datos deseados:
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 69 4.2.1. Distancia. La distancia es un dato fundamental en las pruebas 0-1000 metros, y cuentakilómetros, apareciendo también como dato en el resto de las pruebas exceptuando la curva de potencia, y se calcula, a partir del dato “pulsos_desp”, recibido directamente por el sensor de distancia, con la siguiente fórmula: _@NPA>@ = pulsos_desp · !@&PU ·O [4.8] Siendo: _@NPA>@ (&PUN) O T =O>PU >U>>@oWA TıW&PU W _@&PU = 0.352 metros !@&PU =_@&PU ·` 4.2.2. Velocidad lineal. La velocidad es fundamental, ya que es un elemento básico de trabajo que se muestra en todas las pruebas, es calculada de la siguiente manera, a partir del dato “pulsos” recibido del sensor de velocidad: F?U>@WW =a_@NPA>@ b !?N c@& d· 3.6 · O [4.9] Siendo: _@NPA>@ b =Nºvueltas·_@&PU ·` Nºvueltas= pulsos fA>UW F?U>@WW (Km/h) _@&PU UW@??U = 0.352 metros Pulse Time= 0.02 segundos fA>UW UW@??U = 1000 T?NUN/Q?P O =O>PU >U>>@óA Tí&PU W
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 70 4.2.3. Aceleración angular de la rueda. La aceleración angular de la rueda es el dato con el que se calcula el par motor, haciendo siempre esta prueba en la marcha en la que la relación de engranajes se acerque más a uno, para que el valor sea el más cercano a la realidad. Se calcula a partir del dato “pulsos con las siguientes fórmulas: g W =h W −h W−1 P T ·O T [4.10] Siendo: i W =i UW@??U ·`·_@&PU UW@??U !ıW&PU W i W−1 = velcidad angular de la rueda en la letura anterior i UW@??U = 2 · `·O>A>@ O>A>@ =Nºvueltas P Nºvueltas = pulsos fA>UW UW@??U g W =>?>@oWA AK? A W (W N 2 ) _@&PU UW@??U = 0.352 metros O T =O>PU >U>>@oWA TıW&PU W P T =P@&TU TU T?NU (N)=1 O>A>@ WPUN=1 25(N)
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 71 4.2.4. Par motor. El par motor es el que se utiliza únicamente en la prueba de curva de potencia, en la que se hallan la potencia y el par del motor, hallando primero el par que ofrece el vehículo sin resistencia alguna, y sumándole las pérdidas mecánicas calculadas en al deceleración del coche al soltar el pie del acelerador, la fórmula utilizada es la siguiente: ! jUPU = I · g W [4.11] Siendo: ! jUPU (Nm) Z=ZA>@ YA>U = 20.54 [K·& 2 g W =>?>@oWA AK? A W (W N 2 ) 4.2.5. Potencia del motor. La potencia del motor se calcula a partir del par motor y el régimen del motor en cada momento: !UPA>@ jUPU =! jUPU ·i T& 735 [4.12] Siendo: i =k!j·2·` 60 ! jUPU (Nm) !UPA>@ jUPU (Cv) k!& =keWK@&A W? &UPU
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 72 4.2.6. Fuerza resistente. Es la fuerza que mide el sensor de la galga dinamométrica que se encuentra en el banco, que nos envía el dato “ milivoltios”, del cual hallamos la fuerza resistente en ese momento en el rodillo, y por lo tanto en la rueda del vehículo, este dato se visualiza en las pruebas de Fuerza y velocidad constante, además de en la de Carretera. Fuerza = &F K?K [4.13] Siendo: Fuerza (N) 4.2.7. Par resistente. Se calcula a partir de la fuerza resistente, y es el par resistente que ofrece el rodillo al vehículo en el avance: ! N@NPAP =·kW@U UW@??U [4.14] Siendo: ! N@NPAP (n&) kW@U UW@??U = 0.176
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 73 4.2.8. Potencia resistente. Se calcula a partir del par resistente, y es la potencia resistente que ofrece el rodillo al vehículo en el avance: !UPA>@ N@NPAP =! N@NPAP ·i UW@??U 735 [4.15] Siendo: i UW@??U =T?NN· 2 · `·O T !?N c@&·fA>UW UW@??U !UPA>@ N@NPAP (Cv) fA>UW UW@??U = 1000 T?NUN/Q?P Pulse Time= 0.02 segundos O =O>PU >U>>@óA Tí&PU W 4.2.9. Temperatura. Este sensor capta la temperatura ambiente que envía un dato en “milivoltios”, que se transforma de la siguiente forma a grados centígrados: c&TP == ·&@?@QU?P@UN +X [4.16] Siendo: Temperatura (ºC) = P&TP =0.176 X P&TP =0
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 80 El administrador puede ver, el uso del banco, tanto por usuarios como por grupos, viendo la hora de llegada y de salida, todas las pruebas realizadas por cada usuario, además de las posibles incidencias que hayan podido pasar durante el desarrollo de la prueba. El usuario, solo podrá ver las pruebas realizadas por él mismo, o por los componentes de su grupo, y su perfil, pudiendo modificar sus datos, pero no podrá ver las pruebas realizadas por otros , ni crear nuevos usuarios ni grupos, para ello necesitará acceder al software con un administrador. Figura 5.4 Pantalla de información personal ǀ Fuente: Nuevo software
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 81 5.3. Configuración. • Software Ryme: Para acceder a la configuración se necesita la clave proporcionada por Ryme, no pueden acceder todos los usuarios del banco. En este apartado del programa se pueden modificar algunos de los datos internos que utilizan el software y la tarjeta para hallar algunos datos; si estos datos se modificasen podrían cambiar notablemente los resultados obtenidos durante la realización de las pruebas, por eso su acceso está restringido. Realmente, el fin de esta configuración es poder cambiar ciertos parámetros como el diámetro del rodillo, su inercia, algunas constantes para suavizar los resultados, o el número de tarjetas de adquisición utilizadas y sus puertos, por si se utiliza este mismo software con otro banco dinamométrico u otra tarjeta diferente. Por tanto, no se debe tocar nunca ninguno de estos factores, ya que pueden alterar los resultados obtenidos. La única aplicación que tiene este apartado, una vez configurado todo para el tipo de banco que se va a utilizar, es el modo diagnóstico, con el que se calibran los sensores del banco. Figura 5.5 Configuración ǀ Fuente: Software Ryme
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 82 • Software nuevo: En el nuevo software, la configuración es exactamente igual que en el programa nuevo, ya que incorporar alguna novedad podría haber supuesto una alteración de los resultados. A este apartado, al igal que en el programa antiguo, solo podrá acceder el administrador, por seguridad, ya que no se pueden modificar ninguno de estos datos. Debido a la falta de información por parte de la empresa no se ha podido incorporar al nuevo software el modo diagnóstico, por tanto, para realizar la calibración de los sensores del banco hay que realizarlo con el programa original de Ryme. Figura 5.6 Configuración ǀ Fuente: Nuevo software
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 83 5.4. Gestión de vehículos. • Software Ryme: La gestión de vehículos por parte del software oficial del banco es un poco pobre y engorrosa. Para poder introducir un vehículo hay que acceder a la base de datos y pulsar la pestaña vehículo, entonces aparece una pantalla en la que se puede introducir un nuevo vehículo, o buscar vehículos introducidos anteriormente. Figura 5.7 Gestión de vehículos ǀ Fuente: Software Ryme Una vez introducido el vehículo, no se ven sus datos en ninguna pantalla que no sea esta, solo se utiliza la matricula para guardar las pruebas realizadas en la base de datos en ese vehículo, para poder visualizarlas después.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 84 • Software nuevo: En el nuevo software se ha mejorado por completo la gestión de vehículos, al cual se puede acceder desde el menú principal, viendo de forma clara todos los vehículos introducidos y algunas de sus características, teniendo la opción de ver el vehículo seleccionado, eliminarlo o crear un nuevo vehículo. Figura 5.8 Pantalla de selección de vehículo ǀ Fuente: Nuevo software
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 85 Al introducir un nuevo vehículo, se ha añadido, a parte de los datos que se introducían en el programa antiguo, la potencia y el par motor, las características del neumático, la superficie frontal y la masa. Figura 5.9 Pantalla de introducción de vehículo ǀ Fuente: Nuevo software La opción del modelo del neumático se ha añadido para facilitar, a la hora de calcular el factor de corrección, el cálculo del perímetro teórico, que con el software antiguo había que calcular a mano.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 86 Además de esto, cada vez que se accede al menú principal de pruebas, aparece una pantalla en la que se indica el vehículo con el que se va a ensayar con algunas de sus características, para dejar claro antes de hacer alguna prueba si el vehículo seleccionado es el correcto, y directamente las pruebas realizadas se guardan en ese vehículo. Figura 5.10 Pantalla de información de vehículo ǀ Fuente: Nuevo software
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 87 5.5. Factor de corrección. • Software Ryme: En este software, para calcular el factor de corrección hay que calcular a mano, el perímetro teórico de la rueda, a partir de los datos del neumático, introducirlo, y a partir de ahí, calcular el factor de corrección de la rueda, que no se guardará en ninguna base de datos, sino que solo estará disponible para la realización de las pruebas que se realicen sin salir del menú pruebas, es decir, si se vuelve al menú principal, esta información se habrá perdido. Figura 5.11 Factor de corrección ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 88 • Software nuevo: En este software el factor de corrección está dentro del las características del vehículo, es decir, una vez hallado, se guarda dentro de las características del vehículo, y no se borra cada vez que se entre o se salga del programa. Es recomendable que cada vez que se vaya a utilizar el banco, volver a realizar el cálculo del factor de corrección ya que puede haber cambiado la presión del neumático o la temperatura ambiente, factores que influyen a la hora de calcular este factor. Otra ventaja es la de que no hay que calcular el perímetro teórico a mano, sino que basta con introducirle las características del neumático. Figura 5.12 Factor de corrección nuevo ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 89 5.6. Incidencias. • Software Ryme: El software original del banco no dispone de un control de incidencias, por tanto, se realiza esta función en una libreta de incidencias que se guarda siempre en el lugar de trabajo. • Software nuevo: Al nuevo software se le ha incorporado la opción de generar un aviso de incidencia si algo ocurriese, al salir del programa siempre se pregunta si ha ocurrido algo, y si este apartado se rellena, le aparece una notificación al próximo usuario del banco. Figura 5.13 Incidencia ǀ Fuente: Software nuevo
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 96 • Software nuevo: En el nuevo software, cada prueba crea un informe individual, cosa que es mucho más útil que con el software anterior, ya que siempre que se realice una prueba, puede ser que no se quiera realizar todas las demás, y así el informe queda más limpio. Figura 5.20 Informe ǀ Fuente: Nuevo software
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 97 5.9. Grabar vídeo. • Software Ryme: Para gravar en vídeo una prueba en este software hay que salir del programa, abrir un programa que video, activarlo, volver al programa, realizar la prueba, y al terminar, volver a salir del software para parar la grabación de video. • Software nuevo: En el nuevo software se ha añadido un botón de acceso directo al programa de video justo antes de cada prueba, para gravar directamente la prueba que se va a realizar, sin tener que salir del programa para hacerlo. Figura 5.21 Grabar pruebas en vídeo ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 98 5.10. Mando a distancia. El software original consta de un mando a distancia, con el que se puede trabajar directamente desde el vehículo, navegar por el menú, comenzar a realizar una prueba, o incluso hacer mediciones durante la misma. Es una función bastante útil para trabajar en el banco de rodillos, ofrece la posibilidad de trabajar solo en el banco, sin necesidad de un acompañante que se encargue del trabajo en pantalla, pero por seguridad, no debe de hacerse. En el nuevo software no se ha conseguido la incorporación de este mando al funcionamiento, ya que la señal del mando estaba encriptada y Ryme no proporcionó la información suficiente para poder utilizarlo. 5.11. Cuentarrevoluciones. Al software original cabe la posibilidad de incorporar un cuentarrevoluciones, que se conecta, por una parte, a la batería del coche, y por otra parte a la tarjeta de adquisición de datos, que mide el régimen del motor con una precisión aún más exacta que el propio cuentarrevoluciones del vehículo, y que es muy útil a la hora de calcular la potencia exacta a partir del par motor, además de conocer el régimen del motor en ciertas condiciones de ensayo que se quieran mostrar, como a que régimen va el motor a una cierta velocidad en cierta marcha, para hallar también la relación en la caja de cambios. Debido al mismo motivo que con el mando a distancia, por falta de información por parte de Ryme, no se ha podido incorporar este sensor al nuevo software, por lo tanto, la potencia calculada no es exacta, ya que para calcular las revoluciones en el nuevo software, se hace una aproximación del régimen del motor con el régimen de giro del rodillo, pulsando el botón “énter”, cuando en el cuentarrevoluciones del vehículo vemos las revoluciones que se piden en pantalla.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 99 5.12. Inicio de pruebas. • Software Ryme: En este programa, al iniciar una prueba, aparece directamente la pantalla de inicio de la prueba, no hay ninguna pantalla intermedia entre el menú principal de las pruebas y la propia prueba. • Software nuevo: En el nuevo software aparece una nueva pantalla, antes de empezar la prueba, en la que aparecen los datos del vehículo seleccionado, para asegurar, que es el vehículo con el que se quiere ensayar, y no haya ninguna confusión, la presión y la temperatura ambientales, además de poder seleccionar el número de medidas que se quieren realizar, si se quiere comenzar el guardado desde el inicio o desde el momento en el que se elija, si el guardado es continuo o discreto y si se quiere utilizar el factor de corrección o no. Figura 5.22 Pantalla intermedia ǀ Fuente: Software nuevo
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 100 5.13. Prueba de cuentakilómetros. A continuación se van a evaluar las principales diferencias en la prueba de cuentakilómetros entre los dos software. • Aspecto principal: A continuación se pueden observar las pantallas principales, antes del inicio, de cada uno de los software, viendo como el nuevo software, resalta más los datos mostrados, debido al contraste de colores que se produce entre el fondo y el dato, mientras que en el software original la lectura desde el vehículo resulta difícil a veces, debido al poco contraste de colores ( Siempre que aparezca una comparativa de imágenes, siempre se mostrará primero la imagen del software original, y después la del nuevo software) . Figura 5.23 Interfaz cuentakilómetros ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 101 • Comprobación de datos: En el software original únicamente aparece un recuadro en verde, con el número de comprobación momentáneamente sobre el recuadro, mientras que en el nuevo software se puede observar el número de comprobación, la distancia real, y la distancia teórica, además de un mensaje confirmando que la comprobación ha sido válida: Figura 5.24 Toma de datos ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 102 • Gráfica: En el nuevo software se ha incorporado a la gráfica original, la señalización de la comprobación realizada, algo que hace más sencillo e intuitivo seguir la prueba, además de mostrarla después en el informe, facilitando la lectura de los resultados. Figura 5.25 Gráficas ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 103 5.14. Prueba de 0-100 km/h. • Inicio de la prueba: En el software original aparece, al abrir la prueba, una pequeña pantalla para introducir la masa del vehículo, su superficie, coeficiente aerodinámico y de rodadura. En el nuevo software esta opción aparece en la pantalla intermedia de acceso a la prueba, en la que a parecen los datos del vehículo, y el tipo de guardado que se requiere: Figura 5.26 Datos del vehículo ǀ Fuente: Elaboración propia Como se puede observar, en el nuevo software no aparece la opción de introducir la masa y la superficie del vehículo, ya que estos datos se introducen junto con los datos principales del vehículo en el menú principal, y se añade la opción de masa adicional, para poder realizar ensayos, añadiéndole una carga ficticia al vehículo.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 104 • Aspecto principal: Las diferencias principales se basan, a parte de los colores, comentados ya en la anterior prueba, en el aumento de tamaño de la gráfica, para que resulte más cómoda la visualización de datos, y en mostrar los datos escogidos para la realización de la prueba, como el coeficiente aerodinámico, el coeficiente de rodadura y la masa adicional, para evitar posibles errores. Figura 5.27 Pantalla 0-100 km/h ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 105 5.15. Prueba de Fuerza constante. • Aspecto principal: Las diferencias en el aspecto en esta prueba son más notables que en las pruebas anteriores, como vemos, en el nuevo software no se ha mantenido el bonito velocímetro analógico por razones técnicas, además de esto, las gráficas que se muestran no son las mismas; en el software original se muestran las gráficas de fuerza y potencia, mientras que en el nuevo, se muestran velocidad y par. Además de estos cambios, se ha cambiado el aumento que producían las “flechitas” de subir y bajar la fuerza, que en el programa antiguo subían y bajaban con el rango de 1 KN, y en el nuevo lo hacen con el rango de 0.1 KN, algo mucho más razonable. Figura 5.28 Pantalla fuerza constante ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 112 • Introducir un circuito nuevo: Para introducir un nuevo circuito, aparece la pantalla que se muestra a continuación, en la que se van introduciendo sencillamente los tramos, a través de los valores de velocidad inicial y final, la duración del tramo, las condiciones aerodinámicas y del terreno, así como la pendiente y una posible carga adicional. Figura 5.37 Crear circuitos ǀ Fuente: software nuevo Una vez añadidos todos los tramos, se le da nombre al circuito, y se almacena en la base de datos, pudiéndose utilizar a partir de ahí, por todos los usuarios del banco.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 113 • Realización de la prueba: Durante la realización de la prueba, van apareciendo unos mensajes con lo que debe de hacer el piloto del vehículo, aceleraciones, deceleraciones, tramos a velocidad constante o paradas, junto con una gráfica en la que aparece en azul, el recorrido a seguir, y en rojo, el recorrido seguido por el vehículo, y una cuenta atrás por tramo. Figura 5.38 Prueba de circuitos ǀ Fuente: software nuevo
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 114 5.18. Pruebas realizadas en grupo. 5.18.1. Prueba de velocímetro. • Textos: Dentro de la prueba la primera modificación realizada ha sido en los textos que se muestran durante el transcurso de la prueba para poder llevar un mejor seguimiento de los pasos que debemos de seguir durante el transcurso de la misma, como se puede observar en la siguiente imagen: Figura 5.39 Textos ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 115 • Comprobación de datos: La siguiente modificación tiene como objetivo poder ver la lectura de la velocidad real y la velocidad que debería de marcar el velocímetro del automóvil durante la prueba. En el programa antiguo estos datos no se podían visualizar durante el transcurso de la prueba. Figura 5.40 Toma de datos ǀ Fuente: Elaboración propia • Gráficas: En la grafica de la prueba se utilizan unos puntos negros para marcar la velocidad real a la que circula el vehículo, con el fin de proporcionar a simple vista una mejor visión general de la prueba. Figura 5.41 Gráfica ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 116 5.18.2. Prueba de aceleración 0-1000 metros. • Aspecto principal: -En esta prueba se ha realiza un cambio significativo en el apartado de interfaz introduciendo en la pantalla principal 3 recuadros donde se pueden observar durante el transcurso de la prueba los datos introducidos para la realización de la misma como son: Masa adicional para simular un vehículo con más personas o más carga en el portamaletas etc. Coeficiente de rozamiento, donde podemos cambiarlo para simular diferentes terrenos en la que se realiza la prueba. Coeficiente aerodinámico, por si queremos realizar una prueba simulando que le hemos añadido un alerón al vehículo por ejemplo. Figura 5.42 Pantalla 0-1000 ǀ Fuente: Software nuevo
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 117 5.18.3. Prueba de carretera. • Aspecto principal. En esta prueba se han realizado cambios en la interfaz, añadiendo tres recuadros donde en todo el transcurso de la prueba se observan los datos introducidos al comienzo de la prueba como son la masa adicional, el coeficiente aerodinámico y el coeficiente de rozamiento. Como detalle, estas al iniciar la prueba, el color del recuadro pasa a ser rojo. Debido a que con el programa nuevo no se pueden obtener las revoluciones, se ha eliminado el recuadro de las mismas para darle mayor tamaño a los demás datos. El velocímetro con forma circular de aguja también se ha eliminado sustituyéndolo por uno digital. Se ha introducido un recuadro en la que se muestra la distancia recorrida por si en la simulación de carretera se pretende hacer pruebas de consumo. En la siguiente imagen podemos observar las diferencias aquí mencionadas visualmente sobre la interfaz. Figura 5.43 Pantalla prueba de carretera ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 118 5.18.4. Prueba curva de potencia. • Funcionamiento: En esta prueba se halla en una gráfica con la potencia del vehículo en rueda y motor, calculándola a partir del par ejercido por las ruedas en los rodillos y las revoluciones del motor, estas revoluciones son tomadas mediante un medidor de RPM. La potencia del motor son la suma de la potencia en rueda más las pérdidas por transmisión. En el software nuevo debido a la poca información aportada por la empresa “Ryme” no se ha podido poner en funcionamiento el medidor de revoluciones, por lo tanto, la potencia calculada en la prueba con el programa nuevo no es exacta, ya que si se realiza la curva de potencia en una marcha diferente no se tiene en cuenta la relación de transmisión de la caja de cambios. En el software nuevo al no utilizar el medidor de RPM, para solucionar el problema desarrollado en el párrafo anterior se deben de seguir los siguientes pasos: 1. Ver si el vehículo tiene cuenta revoluciones o no. 2. En caso de no tener, se deben seguir los siguientes pasos: seleccionar la marcha y a las revoluciones que vamos a tomar para calcular las constantes de la relación de transmisión entre la velocidad angular del cigüeñal y las ruedas. 3. Conectar el medidor de revoluciones al ordenador y a sus correspondientes polos de la batería. 4. Abrir el programa de “Ryme” y obtener en la marcha que vamos a realizar la prueba, la velocidad a las revoluciones determinadas. 5. Cerrar programa antiguo y abrir programa nuevo.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 119 6. Cuando la velocidad del vehículo en la prueba de curva de potencia, esté a la velocidad hallada con el programa antiguo, se pulsa la tecla Enter para comenzar la prueba. 7. En el caso de realizar la curva de potencia en una marcha diferente se deben realizar de nuevo los pasos detallados. • Aspecto principal: Una mejora realizada respecto al software antiguo es la posibilidad de generar el informe directamente tras realizar la prueba, al igual que guardar la gráfica. En el programa antiguo hay que salir a la pantalla principal pulsar la tecla “grabar pruebas” y posteriormente buscar la prueba en una base de datos. Figura 5.44 Pantalla curva de potencia ǀ Fuente: software Ryme
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 120 Figura 5.45 Pantalla curva de potencia ǀ Fuente: software nuevo
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 121 Análisis de los resultados
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 128 Se volvió a realizar la prueba con estos datos, y el vehículo tardó en alcanzar los 100 km/h, 44.4 segundos, por lo tanto, se investigó cual podría ser la base del problema. Para simular el freno de carretera, se utilizan las siguientes fórmulas, que ya fueron justificadas y detalladas en el apartado “Análisis del software”: &F >UAN@KA _OAU =B 0 +B >?>@UA ·(T?NUN−T?NUN AP )+B U ·T?NUN 2 [6.1] &F N?@W =&F N?@W−1 +B OAU · (&F >UAN@KA _OAU −&F K?K ) [6.2] Durante el desarrollo de la prueba, se accedió al funcionamiento interno del programa y se obtuvieron los siguientes valores para las fórmulas anteriores, y se compararon con los datos teóricos que se debían de mandar [6.1]. Valor teórico Valor leído durante la prueba o p 147 122.13 o qrstsuqrvwx 471.9529 236.9618 o qsuw 1.0914·10 -3 1.0914·10 -3 Figura 6.6 Datos utilizados en fórmula 6.1 ǀ Fuente: Elaboración propia Se puede observar que el valor de "B 0 " es prácticamente igual que el teórico, el valor de "B U " es exactamente igual que el teórico, pero el valor de "B >?>@UA " es prácticamente la mitad de lo que debería ser. Mirando solo estos datos, el freno debería ser más suave de lo que debería ser teóricamente, cosa que no ocurre, por lo tanto, se indagó en la siguiente fórmula que afectaba al freno. [6.2]
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 129 Se tomaron varias muestras de entre unos 6000 datos captados en varias pruebas, viendo que al principio los valores eran cercanos a la realidad, pero que después se disparaban, debido al hecho de que valor de "B OAU " que debería de ser 0.01, realmente era de 0.046511, convirtiendo lo que debería de ser un suavizado en un incremento no deseado del freno. Tiempo (s) Pulsos yz rwx#v{xq _ }usxw yz {qt{q yz #qtv~q 3.2 68 517 412 1357 3.3 69 463 420 1359 Figura 6.7 Resultados para la fórmula 6.2 ǀ Fuente: Elaboración propia • Software nuevo: Una vez localizados los errores, se programaron las fórmulas en el programa nuevo y se realizó la prueba con los mismos datos con los que se había evaluado el programa antiguo, obteniendo los siguientes resultados en la fórmula 6.1: Valor teórico Valor leído durante la prueba o p 147 147 o qrstsuqrvwx 471.9529 471.9529 o qsuw 1.0914·10 -3 1.0914·10 -3 Figura 6.8 Datos utilizados para la fórmula 6.1 ǀ Fuente: Elaboración propia Viendo que estos datos eran iguales que los teóricos, hicimos la misma comprobación para la fórmula 2, obteniendo los mismos resultados que con el software antiguo, por lo tanto, se intento cambiar el parámetro "B OAU ", pero este dato estaba guardado en algún punto inaccesible del ordenador o de la tarjeta de adquisición de datos, y daba igual el valor que se le diese que siempre utilizaba 0.046.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 130 Por lo tanto, la solución que se tomó fue dividir los datos "&F >UAN@KA _OAU " • "&F K?K ” entre 4.6, ya que al multiplicarlos por el "B OAU erróneo” que utiliza la tarjeta de adquisición de datos, se compensa el error y es como si se utilizase la fórmula original [6.2], quedando la siguiente formula, en que "B OAU " valdría finalmente 0.01, y los demás datos no se verían afectados: &F N?@W =&F N?@W−1 +B OAU · 4.6 · &F >UAN@KA _OAU −&F K?K 4.6 [6.3] Una vez realizadas estas modificaciones, realizamos la prueba obteniendo un tiempo de 13.6 segundos, demasiado rápido para un coche de esta categoría pero teniendo en cuenta que los datos no eran los originales del vehículo, sino que se había modificando, siendo menos duros, para poder comprarlo con el software antiguo. Al introducir los datos originales del vehículo se obtuvo un tiempo de 17.4 segundos, un tiempo adecuado a un vehículo de esta categoría. Por lo tanto, este tiempo, da validez a esta prueba en el nuevo software.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 131 6.3. Prueba de Fuerza constante. Esta prueba tiene como objetivo determinar la fuerza real que se desarrolla en rueda al aplicar una fuerza constante de frenado que introducimos como consigna, y vamos variando. En esta prueba no se utiliza la simulación del freno real en carretera, sino que se frena el rodillo con la fuerza deseada hasta que la galga detecta que la fuerza del vehículo es igual a la fuerza consigna, y entonces registra el valor real obtenido. • Software Ryme: Al realizar esta prueba con el software original del banco, solo podemos realizar la prueba hasta 0.2 KN, ya que cuando se manda como consigna una fuerza mayor, el banco frena demasiado y el vehículo no llega a alcanzar nunca la fuerza deseada y no se obtiene ningún resultado. Para valores menores o iguales de 0.2 KN el programa funciona correctamente, y obtiene los siguientes valores: Medición Fuerza consigna (KN) Fuerza real (KN) Nº1 0.10 0.09 Nº2 0.20 0.19 Figura 6.9 Resultados prueba fuerza constante software Ryme ǀ Fuente: Elaboración propia Como se puede observar en los resultados, el error entre la fuerza consigna, y la fuerza real es de 0.01 KN, debido a las pérdidas mecánicas entre los elementos que intervienen en la simulación.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 132 • Nuevo software: Para comparar la prueba realizada con el software nuevo con la del software original, como en todas las pruebas, se realizaron las pruebas en las mismas condiciones, con el mismo vehículo, y varias veces para comprobar la veracidad de la prueba. Al realizar la prueba con este software se puede llegar a valores más altos de fuerza en la prueba, ya que este programa utiliza el freno correctamente y no frena más de la cuenta a partir de ciertos valores, llegando en este caso hasta 0.4 KN, ya que el vehículo con el que se realizan las pruebas es de poca potencia y no entrega más fuerza, pero con vehículos de más potencia si se han podido alcanzar mayores fuerzas, por lo tanto, el funcionamiento del programa es correcto en ese sentido. Los resultados obtenidos al realizar la prueba en las mismas condiciones que con el otro programa con este software son los siguientes: Medición Fuerza consigna (KN) Fuerza real (KN) Nº1 0.10 0.09 Nº2 0.20 0.19 Nº3 0.30 0.29 Nº4 0.40 0.39 Figura 6.10 Resultados prueba fuerza constante software nuevo ǀ Fuente: Elaboración propia Como vemos, los resultados obtenidos son los mismos que con el software de Ryme, añadiendo dos tomas de datos más, que con el otro software no se llegaban a tomar. Por lo tanto estos datos dan veracidad a las pruebas que se realicen en esta prueba con este software.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 133 6.4. Prueba de Velocidad constante. Esta prueba se trata de calcular la fuerza en rueda necesaria para que un vehículo circule a cierta velocidad constante. Para ello, al vehículo no se le opone ninguna fuerza hasta que supera la velocidad deseada en 5 km/h, momento en el que se recibe el aviso para que se mantenga la posición del pedal, mientras que el freno va frenando poco a poco con más fuerza hasta que se estabiliza la velocidad, entonces se guarda la fuerza que ha sido necesaria para llegar a conseguirlo. En esta prueba es necesario un pilotaje excepcional para conseguir buenos resultados, ya que si la posición del pedal de aceleración del vehículo cambia lo más mínimo, puede falsear los resultados notablemente, ya que si se acelera un poco el banco necesitará más fuerza para estabilizar la velocidad, y si se suelta un poco el pedal, el banco necesitará menos fuerza para estabilizarse. • Software Ryme: En el software original no se puede realizar esta prueba, ya que el banco frena el vehículo de tal forma, que nunca llega a la velocidad deseada, ni siquiera si ponemos una velocidad de 5 km/h podemos alcanzarla, por lo tanto, no hemos podido obtener resultados de esta prueba con el software original. • Software nuevo: Para evaluar la veracidad de los resultados obtenidos en esta prueba se van a calcular los valores teóricos que deberían de salir, a partir de la ya conocida fórmula de la fuerza resistente. =&·K·L+! √1 + ! 2 +& ' ·+B C ·M·F 2 ·D 2 [4.2]
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 134 Los resultados teóricos obtenidos son los siguientes: Velocidad constante (km/h) Fuerza teórica (KN) 20 0.16 60 0.27 80 0.37 Figura 6.11 Resultados prueba velocidad constante teóricos ǀ Fuente: Elaboración propia Al realizar la pertinente prueba con el nuevo software se obtuvieron los siguientes resultados: Velocidad constante (km/h) Fuerza real (KN) 20 0.17 60 0.31 80 0.37 Figura 6.12 Resultados prueba velocidad constante software nuevo ǀ Fuente: Elaboración propia Como se puede observar, los resultados obtenidos son muy cercanos a los calculados teóricamente mediante la fórmula, exceptuando el caso de los 60 Km/h, en el que hay una pequeña variación de 0.04 KN, casi despreciable, que puede haber sido producida por una pequeña aceleración por parte del conductor del vehículo durante la estabilización de la velocidad. Tras evaluar los resultados se puede dar total veracidad a los resultados de esta prueba en el software nuevo.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 135 6.5. Prueba de circuito. Esta prueba se ha incluido como novedad en el nuevo software y es una de las pruebas más útiles del software. En ella se puede recrear cualquier situación exacta de conducción como puede ser un paseo por una ciudad específica, un viaje por autopista desde una ciudad a otra, o una vuelta a un circuito concreto, y así evaluar el comportamiento real que tendría el vehículo durante ese recorrido, sin la necesidad de recorrerlo. Además se pueden introducir los circuitos de homologación que se utilizan por ley para homologar el consumo y los gases emitidos por los vehículos. Durante la prueba se muestra en azul el recorrido a seguir, y en rojo el recorrido seguido por el vehículo. Al finalizar la prueba aparecerá el recorrido completo, y se valorará si la prueba es válida o no, dependiendo de que si la trazada seguida es similar a la teórica o se desvía mucho, por ello, para realizar esta prueba y obtener datos válidos se recomienda realizarla a cargo de un piloto profesional, para hacer los más cercano posible el recorrido teórico del real. Figura 6.13 Ejemplo prueba de circuitos ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 136 6.6. Pruebas realizadas en grupo: 6.6.1. Prueba de velocímetro. En esta prueba se pretende observar el error que tiene el velocímetro del vehículo, el error será mostrado en kilómetros por hora y en tanto por ciento. Para cada prueba se han realizado una serie de pruebas, a continuación se procederá a comparar dos pruebas escogidas de entre una gran muestra de pruebas, donde se observarán las diferencias entre cada una de las pruebas. • Software Ryme. Resultados de una de las pruebas realizadas, escogida como muestra: Número V. Real V. Teórica Error % 1 14.3 20 28.3 2 25.3 30 15.7 3 35 40 12.4 4 43.6 50 12.8 5 52.7 60 12.1 6 63.7 70 9.0 7 73.6 80 7.9 8 82.6 90 8.2 9 82.6 100 7.4 Figura 6.14 Resultados prueba velocímetro software Ryme ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 137 Se puede observar como en las primeras mediciones el error es mayor y conforme se aumenta la velocidad, el error disminuye hasta situarse en torno al 10%. • Software nuevo. Número V. Real V. Teórica Error % 1 16.5 20 17.4 2 26.9 30 10.4 3 33.2 40 16.9 4 44.2 50 11.6 5 52.2 60 13.1 6 61.7 70 11.8 7 71.7 80 10.4 8 80.6 90 10.4 9 89.4 100 10.6 Figura 6.15 Resultados prueba velocímetro software nuevo ǀ Fuente: Elaboración propia En este software, se muestra que el error toma una forma lineal, manteniéndose sobre el 11% aproximadamente, manteniendo siempre unos valores lógicos, que al compararlos con el software antiguo, son muy cercanos. En el programa antiguo el conductor puede realizar la prueba individualmente mediante un mando a distancia, pulsando la tecla para que el software tome la medida. En el programa nuevo este apartado no se ha introducido, ya que no se ha podido introducir el mando a distancia al nuevo software.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 144 A continuación se muestran los datos de dos pruebas seleccionadas de entre una gran base de datos de pruebas realizadas. RPM RPM Potencia Vehículo 63.4 CV 3661 66.6 CV 3745 Potencia Rueda 49.7 CV 3661 48.5 CV 3745 Perdidas transmisión 13.7 CV - 12.5 CV - Par máximo 132.5 Nm 2499 139.5 Nm 2071 Temperatura 30 ºC - 29.7 ºC - Presión 1074 mbar - 1074 mbar - Figura 6.19 Resultados prueba curva de potencia software Ryme ǀ Fuente: Elaboración propia • Software nuevo: Al contrario que en el software de “Ryme”, en el nuevo software ha sido imposible de poder poner en funcionamiento el medidor de revoluciones. Desde la empresa “Ryme” se negaron a proporcionar la información de cómo interpretar los datos que enviaba ese medidor.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 145 Por tanto el funcionamiento del programa es correcto para una relación de transmisión uno a uno, es decir, que la velocidad angular del cigüeñal sea igual a la velocidad angular al eje de las ruedas. Para el correcto funcionamiento se debería saber todas las relaciones de transmisión de cada marcha y vehículo con el que se vaya a realizar una prueba en el banco dinamométrico, para obtener el par en el cigüeñal y calcular así la potencia del motor. Se intentó de complementar el programa realizando una programación que incluyera la matemática para hallar la relación de transmisión teniendo en cuenta la medida del neumático. Se dispone a calcular la relación existente de pares entre el rodillo y el cigüeñal del motor, de la siguiente forma. Figura 6.20 Engranajes ǀ Fuente: km 77
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 146 - Se comienza por calcular la relación entre el perímetro de la rueda y el rodillo. - Se obtienen las revoluciones del neumático. - Se calcula la relación entre la velocidad del cigüeñal y el neumático. - Se obtiene el par rueda multiplicando por la relación entre el perímetro de la rueda y el perímetro del rodillo. - Por último se calcula el par del cigüeñal, multiplicando el par rueda por la relación entre la velocidad del cigüeñal y la rueda. Datos: Perímetro rodillo, perímetro rueda, revoluciones rodillo, revoluciones cigüeñal y par rodillos (mV galga). € ?>@UA =!@&PU kW !@&PU kUW@??U [6.3] k!j W =k!j UW@??U € ?>@UA [6.4] • ?>@UA =k!j >@Kuanb? k!j W [6.5] ! W =! UW@??U·€ ?>@UA [6.6] ! >@Knb? =! W·• ?>@UA [6.7] Una vez implementada toda la matemática en la programación se procedió a comprobar su funcionamiento. Obteniendo como resultado, al no aplicar un freno en la prueba de curva de potencia, este valor de par, (mV galga) no se podía obtener debido a que el programa tiene un comando instalado que si no se aplica freno, este dato no se puede leer.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 147 Al no poder acceder al valor de “mVgalga” (Par rodillos), se procedió a calcular el par mediante la aplicación de la segunda ley de Newton aplicada al movimiento angular, repitiendo los pasos anteriores mediante las relaciones de transformación para calcular el par del cigüeñal. ! UW@??U =ZA>@ UW@??U·>?>@UA AK? [6.8] =>?>@UA AK? = ‚ [6.9] Una vez desarrollada la programación matemática se procedió a comprobar su funcionamiento de nuevo, obteniendo durante la prueba, valores de par que variaban muy bruscamente con el tiempo. Al investigar sobre el error se obtuvo, que el programa no utilizaba siempre el mismo tiempo entre dos pulsos, es decir, el software utiliza los valores de velocidad angular de cada pulso, pero no utiliza el mismo valor de tiempo entre dos pulsos (Tp), falseando así el par durante la prueba. Obteniendo una curva de potencia falseada. Tiempo (s) Pulsos W (velocidad angular) 18.02 322 209 18.04 323 211 18.06 324 215 18.10 325 219 18.12 326 235 Figura 6.21 Tiempo entre pulsos ǀ Fuente: Elaboración propia
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 148 Wi WP =i2 − i1 cT • cT=P@&TU AP T?NUN [6.10] • i=Q?U>@WW AK? UW@??U A continuación se muestran dos pruebas seleccionadas al azar, en la 3º marcha. RPM RPM Potencia Vehículo 61.5 CV 4102 65.5CV 4148 Potencia Rueda 53.4 CV 4102 56.5 CV 4148 Perdidas transmisión 13.7 CV - 12.5 CV - Par máximo 100.09 Nm 3296 139.5 Nm 3093 Temperatura 28.7 ºC - 28.9 ºC - Presión 1074 mbar - 1074 mbar - Figura 6.22 Resultados prueba curva de potencia software nuevo ǀ Fuente: Elaboración propia Se puede observar que, si la prueba se realiza en la 3º marcha donde la relación de transmisión es cercana a 1, los valores de potencia y par que se obtienen se acercan a la realidad. Al realizar la prueba en marchas superiores se obtienen valores de potencia y par más pequeños, al contrario que si se realiza con marchas más pequeñas donde se obtiene pares elevados y potencias elevadas a no tener en cuenta la relación de transmisión de la caja de cambios.
A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 149 Tras las pruebas realizadas con el software antiguo, se observa que los datos son coherentes y similares a los datos ofrecidos por el fabricante, pudiendo observar como el par máximo se obtiene entre 2000 – 2500 RPM y la potencia máxima sobre las 3700 RPM. Se puede observar que las perdidas por transmisión en las dos pruebas son semejantes al igual que en el resto de pruebas realizadas reflejadas en el anexo 2, con valores que oscilan entre 12 y 13 CV. La comparativa con respecto al programa nuevo no se puede realizar por los motivos citados anteriormente, al no tener la capacidad de poner en funcionamiento el cuentarrevoluciones y los problemas detallados anteriormente en la lectura de valores durante la prueba. Por tanto se puede confirmar que la prueba en el nuevo software no tiene un funcionamiento correcto. La prueba curva de potencia en el nuevo software es útil para observar las variaciones de potencia debido a cambios en el motor, pero no es útil para dar un valor exacto de potencia y par en el vehículo. Debido a que el funcionamiento del cuentarrevoluciones es inexistente, se propone como propuesta para futuros proyectos realizados en el taller de motores térmicos de la Universidad de Málaga con el fin de completar el funcionamiento del nuevo software creado por alumnos de la facultad.
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A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 151 Presupuesto
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A Análisis y validación del nuevo software de control del banco de rodillos del taller de Motores Térmicos: Ensayos de Velocidad constante, Fuerza constante, aceleración 0-100 y otros. | Alejandro Garrido López 153 7. PRESUPUESTO. Orden Designación Unidades Precio unitario € Precio total € 1 Ud. Horas de trabajo realizadas por los ingenieros eléctricos para el desarrollo y verificación del software. 270 14.48 4054.4 2 Ud. Horas de trabajo realizadas por el ingeniero informático para la programación del software. 250 14.48 3620 3 Ud. Horas de trabajo para la redacción del manual de instrucciones del nuevo software 30 14.48 434.4 4 Ud. Litros de combustible utilizado para el desarrollo y verificación del nuevo software. 120 1.38 165.6 Total 8274.4 Total ejecución = 8274.4 € Beneficio Industrial (6%) = 496.464 € Gastos Generales (13%) = 1075.67 € I.V.A (21%) = 1737.62 € _ ________________________________________ Total = 11584.15 €