Control electrónico de un banco de ensayos para motores de combustión interna alternativos

López Groba, Sonia (2017). Control electrónico de un banco de ensayos para motores de combustión interna alternativos. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM), Madrid.

Description

Title: Control electrónico de un banco de ensayos para motores de combustión interna alternativos
Author/s:
  • López Groba, Sonia
Contributor/s:
  • Burón Caballero, José Manuel
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: February 2017
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Energética
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

La realización de ensayos a los motores de combustión interna alternativos es de gran importancia para su desarrollo. Se realizan en bancos de pruebas, para poder simular distintas condiciones de carga. Para estos ensayos, se utiliza un freno dinamométrico unido al eje de salida del motor, que aporta un par resistente y absorbe la potencia. Este elemento es, en esencia, un rotor, acoplado al eje del motor, que proporciona un par resistente inducido por el estator. En el banco de pruebas del Laboratorio de Motores Térmicos de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales de Madrid, se dispone de un freno eléctrico cuyo funcionamiento se basa en las corrientes parásitas. El estator de este tipo de frenos está formado por bobinas, que se excitan mediante una corriente continua que genera un flujo magnético que se opone al movimiento del rotor. La aplicación de una mayor o menor corriente continua va a permitir regular el par de frenado, siendo la relación de la variación directa, es decir, a más intensidad más par resistente aplicado. Los modos de funcionamiento del freno son: - Régimen de giro constante: se seleccionan las revoluciones por minuto a las que se quiere que esté girando el freno, haciendo que el eje del motor gire a esa misma velocidad. - Par de frenado constante: lo que se selecciona en este caso es el par resistente que está aplicando el freno. - Intensidad del freno constante: se selecciona la intensidad que se desea que llegue al freno y que va a hacer que se genere el par de frenado. La variación de la intensidad hará que llegue más o menos corriente al freno y se aplique más o menos par. Dos elementos son fundamentales para que estos modos de funcionamiento se puedan conseguir. Por un lado, la rueda fónica permite conocer el régimen de giro del motor y, por otro lado, la célula de carga, que permite conocer el valor del par de frenado que se está aplicando en cada momento. Con el objetivo de modernizar y automatizar el Laboratorio, surgió la idea de diseñar una nueva unidad de control para el freno dinamométrico situado en una de las celdas de ensayo. Este freno se emplea para ensayar un motor de combustión interna alternativo del fabricante Nissan. El nuevo control contempla dos modos de funcionamiento, régimen de giro constante e intensidad constante, y dos modos de control, manual, a través de un potenciómetro, y remoto, a través de una interfaz en el ordenador. Con el hardware, el objetivo fundamental a conseguir es obtener la intensidad de alimentación necesaria para el freno. Para ello, hace falta contar con un rectificador de media onda controlado para transformar la corriente alterna de la red en corriente continua. Además del circuito de potencia, hacen falta otros circuitos para poder controlar el sistema. La señal de disparo es activada vía software y llega a la puerta del tiristor a través de un circuito especialmente diseñado para ello. El tiristor regula la intensidad que recibe el freno. La programación está desarrollada en Arduino, una plataforma que cada vez cuenta con más usuarios, debido a su bajo precio, puesto que es completamente libre; el nivel de prestaciones que ofrece y la gran cantidad de aplicaciones prácticas. En este proyecto, se va a emplear para la correcta ejecución del envío de la señal de disparo, así como el envío y recepción de datos por los múltiples pines de los que dispone. La señal que genera el sensor que permite medir el número de revoluciones por minuto a las que gira el freno, es captada mediante una característica del microcontrolador, que le permite ser configurado como detector de ceros a través de los pines de interrupción. Para obtener el valor de la medida de la célula de carga, se ha empleado un módulo disponible en el mercado y diseñado especialmente para este fin. Este módulo, el HX711, es perfecto para su uso con Arduino y va a proporcionar limpiamente el valor del par, permitiendo así que se pueda emplear como variable de control. Para que todas las mediciones de sensores y envíos de información se produzcan correctamente, se dispone de un código que debe ser cargado en la placa Arduino. Este código está dividido en distintas funciones que facilitan la comprensión y lo hacen más modular. Contiene todas las instrucciones necesarias para la medición de par y de revoluciones, el disparo del tiristor, la ejecución del PID y el envío y recepción de datos desde la interfaz con el usuario. Esta interfaz, está diseñada en LabVIEW y permite conocer valores de distintos parámetros del motor, a través de distintos marcadores, y modificar las variables a controlar en caso de estar trabajando con control remoto. LabVIEW también permite mostrar gráficos y exportar datos a otro tipo de archivos. Estas características se pueden aprovechar para obtener las curvas del motor. La comunicación entre LabVIEW y Arduino no es nativa, al ser este último un elemento foráneo para LabVIEW. A pesar de esta carencia, se ha conseguido que el sistema se integre de manera correcta. Los circuitos, tanto de potencia como de control, están montados en placas de circuito impreso, especialmente diseñadas para esta aplicación. El conjunto de estos circuitos, placa Arduino y demás componentes, están implementados en una caja de uso específico para el montaje de componentes electrónicos. Esta caja de montaje dota al sistema de una mayor profesionalidad y robustez y garantiza cierta seguridad para los usuarios, al no permitir un fácil acceso a los componentes electrónicos.

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Item ID: 45281
DC Identifier: http://oa.upm.es/45281/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:45281
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 23 Mar 2017 08:24
Last Modified: 20 Jun 2018 10:26
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