Projeto e prototipagem de um dinamômetro elétrico de bancada de baixo custo aplicado a ensaios em motores de combustão interna
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Carlos Eduardo Castilla Alvarez
José Guilherme Coelho Baeta
Ramon Molina Valle
José Guilherme Coelho Baeta
Ramon Molina Valle
Resumo
A metodologia usada para ensaios em motores a combustão interna está em constante evolução
em relação aos equipamentos usados para avaliar os motores a vapor do século dezenove. Os
dinamômetros de motor atuais utilizam sistemas de frenagem por atrito (como por exemplo, freio de
Prony), dinamômetros hidráulicos ou dinamômetros elétricos. Ainda assim, há escassos trabalhos e
muito a evoluir no que diz respeito ao desenvolvimento de eletrônica embarcada, medição de torque
em baixas potências, realização de ensaios transientes e minimização do tempo de ensaio. O presente
trabalho tem como objetivo geral o projeto e o desenvolvimento de um dinamômetro de corrente
alternada de bancada, de baixo custo, aplicados a ensaios de motores de baixa potência com alta
resolução. Esse projeto também visa o desenvolvimento de um sistema capaz de realizar a medição
direta de torque, no lugar do sistema convencional a strain gauge, baseado na relação tensão deformação. O torque é obtido pelo método da defasagem indutiva. Um eixo possui em suas
extremidades rodas dentadas, as quais são alinhadas na condição de torque nulo, e que fazem parte
do sistema de aquisição de pulsos através do sensor de relutância magnética. Mediante a presença de
torque no eixo, os dentes presentes nas rodas fônicas ficam desalinhados, produzindo pulsos
quadrados defasados no tempo. Esse desfasamento temporal é calculado pelo circuito eletrônico de
captura, e está diretamente relacionado com o ângulo de torção presente no eixo. A plataforma
microprocessada desenvolvida realiza a leitura dos pulsos, o cálculo do torque, rotação, salva os
pontos e exibe as curvas em uma interface gráfica. A especificação de toda eletrônica embarcada
segue premissas de compatibilidade eletromagnética, ao qual resultou em uma relação sinal/ruído
satisfatória para o sinal de entrada do sistema de controle. Testes sob condição estática é conduzido
em um motor monocilindro de 7.5 kW @ 4200 rpm, para diferentes valores de carga e sem carga. Os
resultados a plena carga são comparados ao datasheet do motor.
Abstract
The methodology used for testing internal combustion engines it is in constantly evolution
compared to the equipment used to evaluate nineteenth century steam engines. Today's engine
dynamometers use friction braking systems (such as Prony's brake), hydraulic dynamometers,
or electric dynamometers. However, it is still necessary to advance these equipments with
respect to performing transient tests, speed control, torque measurement and test time
minimization. The present work has as its general objective the design and development of a
low cost ac dynamometer applied to low power engine tests benches. In addition, this project
also aims to develop a system capable of performing direct torque measurement in place of the
conventional strain gauge system based on the stress and strain relationship. It was used a threephase induction motor driven by a unidirectional two-phase three-phase converter (frequency
inverter) operating with vector control. This dynamometer will be used in both operating
conditions as both engine (unloaded test) and generator (load test). The data acquisition system
developed reads the signals from the dynamometric bench, the digital conversion and the
display of the curves in a graphical interface. Static testing is conducted on a 7.5 kW @ 4200
rpm single-cylinder motor, for different load values, and the results are compared to datasheet
curve.
Assunto
Engenharia mecânica, Dinamômetro, Motores de combustão interna, Torque
Palavras-chave
Dinamômetro de motor, Motores de baixa potência, Torque, Eletrônica embarcada