Métodos de medición de par en tecnología de cadenas cinemáticas

El par es una magnitud mecánica importante en muchas aplicaciones. La medición precisa del par, en especial de las partes giratorias, plantea requisitos muy exigentes a los fabricantes y usuarios de bancos de ensayos.

Hay dos formas de determinar el par: el método directo y los métodos indirectos.

Método directo

La señal de par se determina por medición directa del par en la cadena cinemática. Normalmente, se hacen medidas sin contacto empleando bridas medidoras de par, como los transductores de par digitales T12 o T40B de HBM.

El método directo de medición de par ofrece numerosas ventajas tecnológicas. La tecnología de bridas medidoras desarrollada por HBM se caracteriza por un diseño extremadamente compacto, que permite integrar fácilmente transductores de par de alta calidad en bancos de ensayos. Como ventajas adicionales, la precisión de medida es mayor y existe la posibilidad de medir velocidades de rotación más altas.

Métodos indirectos

El par se determina de manera indirecta midiendo la potencia del motor eléctrico en el convertidor de la cadena cinemática.

Si, además, se mide la velocidad de rotación, es posible calcular el par. Los equipos modernos de pruebas y medición permiten determinar con facilidad la potencia eléctrica y la velocidad de rotación de las máquinas eléctricas. Sin embargo, se pueden producir errores relativamente importantes y, por tanto, incertidumbre de medición en el cálculo del par, debido a que se deben tener en cuenta las pérdidas de potencia y los estados de funcionamiento de la máquina. Por otro lado, la calibración resulta muy complicada. Una segunda manera de determinar indirectamente el par es el método de medida de la fuerza de reacción, que consiste en medir la fuerza aplicada al extremo de un brazo de palanca con la ayuda de un transductor de fuerza. Existen igualmente otros métodos de determinación indirecta a través de la medida de una serie de magnitudes auxiliares en la cadena cinemática; por ejemplo, la deformación derivada de la torsión de la superficie del eje o el ángulo de torsión del eje. En ambos casos, el par se calcula a partir de la magnitud auxiliar medida.

Fig. 1: Medición del par de reacción con un transductor de fuerza

Fig. 2: Medición del par de reacción / Máquina pendular

Inconvenientes de los métodos indirectos

Medición de par con un transductor de fuerza

La determinación del par a partir de medidas de par de reacción utilizando un transductor de fuerza, montado por ejemplo en un freno servomotor (ver la Fig. 1) requiere una instalación mecánica compleja. Para evitar errores de medición es preciso tener en cuenta algunas influencias perturbadoras, como las variaciones en el freno a lo largo del tiempo o la dilatación del brazo de palanca por efecto de la temperatura.

En cualquier caso, este método no es apto para ensayos dinámicos, debido a que las grandes masas que se utilizan se comportan como una especie de “filtro paso bajo mecánico” (ver la Fig. 2).

Determinación a través de magnitudes auxiliares

Cuando se determina el par a través de magnitudes auxiliares como, por ejemplo, la deformación o el ángulo de torsión, es esencial tener en cuenta los errores individuales derivados de las tolerancias en el diámetro y en la longitud del eje de entrada, o el error de medida del ángulo de torsión. Asimismo, cuando se aplican estos métodos de medida se deben considerar los errores asociados a la falta de compensaciónde la temperatura, o a una compensación limitada.