Medición de potencia en grandes transmisiones con motores

1. Obtención de una señal de potencia

Las transmisiones modernas con grandes motores de combustión requieren una respuesta rápida y precisa de los sistemas de control del motor (por ejemplo, el suministro de combustible) que permita reaccionar ante cambios bruscos en la carga. En este sentido es esencial garantizar que exista una entrega de potencia suficiente en todo momento y, al mismo tiempo, que el consumo de combustible sea bajo y que el motor trabaje dentro de unos parámetros seguros. Para ello se necesita disponer de una señal de potencia que, en el caso de los vehículos, los compresores y las bombas, debe generarse mediante dispositivos de medición especiales. En general, existen tres enfoques distintos:

1. La señal de potencia se obtiene de manera indirecta; se miden magnitudes auxiliares específicas como el caudal, la temperatura y la presión y. a partir de ellas, se calcula la potencia. Estos métodos producen señales de potencia con un alto grado de incertidumbre. Un inconveniente añadido es que los valores de las magnitudes auxiliares no están sincronizados con los procesos que determinan la potencia del motorr.
2. La señal de potencia se obtiene de manera indirecta mediante la medición de magnitudes auxiliares concretas sobre el eje primario. Esto incluye todos los métodos que implican una medición de la deformación derivada de la torsión de la superficie del eje o del ángulo de torsión del eje. En ambos casos, la potencia se calcula después de medir las magnitudes auxiliares.
3. La señal de potencia se obtiene directamente mediante la medición del par en el eje primariot.

Este artículo compara la medición de potencia directa e indirecta en la superficie y en el interior de la cadena cinemática respectivamente (enfoques b. y c.), sobre todo en relación con las incertidumbres que pueden obtenerse.

Para reducir de forma significativa la incertidumbre de medición de los métodos descritos en el enfoque b —muy alta— es preciso calibrar la sección del eje que se equipa con el dispositivo de medición al par máximo previsto. Para ello hay que utilizar un dispositivo de carga que aplique par a la sección del eje paso a paso, hasta el valor máximo, y medir las señales de salida suministradas por el dispositivo de medición en cada paso de la calibración. Con una curva característica aproximadamente lineal y un número suficiente de puntos de medición, se puede obtener una incertidumbre de medición del orden de la del equipo de calibración.

Sin embargo, este método es complicado de aplicar en la práctica. Por ejemplo, puede resultar difícil trasladar la sección del eje de una transmisión de gran tamaño —y con un dispositivo de medición instalado— hasta un equipo de calibración, o viceversa . Además, la sección del eje tiene que adaptarse mecánicamente a la máquina de calibración, lo cual es un proceso tan complejo como indispensable para la aplicación de la carga.

La solución a este dilema pasa por medir el par en el interior la cadena cinemática en lugar de medirlo en la superficie (enfoque c.). Para ello, una brida medidora de par, cuya instalación debe tenerse en cuenta durante la fase de diseño, se monta entre el lado de accionamiento y el lado sin accionamiento.

Fig.1: Instalación de una brida medidora de par de HBM con un rango de medición nominal de 2 MNm en una cadena cinemática

Según (1), la potencia se obtiene a partir de las magnitudes del par y la velocidad de giro medidas directamente.

El fabricante calibra la brida medidora de par hasta el límite de su rango de medición nominal (o en parte del intervalo) y aporta un certificado de antemano. En función del tipo y tamaño de la brida medidora, la incertidumbre resultante oscilará entre el 0,03% y el 0,1% del rango nominal total o parcial. Esta incertidumbre de la medición ya está asociada al par y no a una magnitud auxiliar, como pueda ser la deformación o el ángulo de torsión. Y como existe una compensación térmica ya integrada, los parámetros especificados para la brida medidora son válidos para un amplio intervalo de temperatura.

La instalación, el intercambio y la recalibración de una brida medidora de par son operaciones relativamente sencillas. Además, ofrece algunas características adicionales que, en función de la aplicación, suponen un importante valor añadido:

• Alta resolución de la señal de par (16 ... 19 bits) para el registro de variaciones de amplitud mínimas.
• Amplio ancho de banda (hasta 6 kHz) de la señal de par dinámica para el registro de procesos altamente dinámicos en la cadena cinemática (por ejemplo, vibración torsional).
• Tiempo de propagación de la señal corto, para un control muy rápido en caso de condiciones de carga cambiantes.
• Diseño robusto y alta estabilidad de la señal para uso en condiciones ambientales extremas.
• Excelentes valores de repetibilidad y estabilidad a largo plazo para uso durante periodos de tiempo prolongados sin acciones correctivas.
• Visualización de curvas de par características para ciclos específicos, que permiten suministrar datos con fines de mantenimiento basado en condiciones (CBM).