A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos. Se pueden construir de cualquier tamaño. Tienen un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante. Tienen gran fiabilidad XII JORNADES DE L’ AEFIQ “CURIE” Intercanvi d’experiències en Física i Química. Universitat d’Alacant 2008 Determinación del rendimiento de un motor eléctrico F. Alexis Torres et al. (Grupo de trabajo de Técnicas de Laboratorio de 2º curso de Bachillerato) IES Gaia. Sant Vicent del Raspeig (tutor: Luis Osuna, Por ello son ampliamente utilizados en instalaciones industriales y demás aplicaciones que no requieran autonomía respecto de la fuente de energía, dado que la energía eléctrica es difícil de almacenar. La energía de una batería de plomo de varios kg equivale a la de unos 80 g de gasolina. Así, en automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las ventajas de ambos. La escasez de las fuentes energéticas y los efectos no deseados de los combustibles fósiles de uso generalizado en el planeta (contaminación, efecto invernadero, …) hacen conveniente conocer en qué condiciones es más eficaz el uso de cualquier tipo de motor. Nuestro estudio ha intentado dar respuesta a las siguientes cuestiones: ¿Cómo determinar el rendimiento de un motor eléctrico de una forma operativa haciendo uso de sondas de medida computerizadas? ¿En qué condiciones de uso del motor eléctrico tiene mejor rendimiento? El motor eléctrico objeto de estudio será de corriente continua, de los utilizados en la enseñanza, esperando que el procedimiento que aquí describimos sea exportable a otro tipo de motores. Formulación de hipótesis y derivaciones Determinaremos la potencia mecánica que desarrolla el motor en elevar una determinada altura distintas masas y la potencia eléctrica suministrada durante ese proceso. En estas condiciones, pensamos que la masa es el factor externo al motor que más influirá en su rendimiento, aunque no podemos avanzar la forma de su dependencia. Para la determinación de la potencia mecánica, sabemos que el trabajo realizado por el motor eléctrico se empleará en aumentar la Epg del sistema Tierra-pesas. Si durante el ascenso se mantiene la rapidez constante (ΔEc=0), podemos escribir: P m =Wext/Δt = mgΔh/Δt La potencia eléctrica suministrada se determinará a partir de la diferencia de potencial, ΔV, y de la intensidad de corriente, I, mediante: P e =ΔV.I El rendimiento del motor, en función de estos valores, en %, será: r = (P m /P e ).100 Esperamos que el rendimiento no tenga un crecimiento ilimitado aunque su variación sea a priori desconocida. Diseño experimental El motor eléctrico se conecta a una pila de petaca* de 4,5 V como fuente de alimentación de corriente continua y la medición de Δh, Δt, ΔV e I se realiza mediante sondas de la marca Pasco que quedan registradas mediante el programa DataEstudio. Durante todas las experiencias la elevación de las masas ha sido de 80 cm Resultados Los datos obtenidos de las magnitudes medidas son: * Con el uso de las fuentes de alimentación habituales en los centros de enseñanza, hemos observado una gran variación en los valores de voltaje y de intensidad durante el proceso, por lo que las mediciones resultan tener un gran margen de error Altura (m)Masa (kg)Tiempo (s)Intensidad (A)Voltaje (V) 0,800, ± 0,024,00 ± 0,03 0,800, ± 0, ± 0,05 0,800,0602,80.15 ± 0,033.9 ± 0,05 0,800,0803,00.18 ± 0, ± 0,06 0,800,1003,00.20 ± 0, ± 0,07 0,800,1203,20,22 ± 0,033,67 ± 0,08 Las gráficas siguientes se obtienen a partir del programa DataEstudio. Esta corresponde a la elevación de una masa de 60 g En estas gráficas se observa que la intensidad y el voltaje presentan oscilaciones durante la elevación de la masa. En la tabla anterior hemos incluido el valor medio y el margen de imprecisión. Con los datos obtenidos, podemos elaborar una nueva tabla, como la siguiente, en donde se recogen los valores de la potencia eléctrica, la potencia mecánica y el rendimiento del motor para cada valor de masa elevada. Masa (kg) Potencia eléctrica (W) P e =ΔV.I Potencia mecánica (W) P m = mgΔh/Δt Rendimiento r=(P m /P e )·100 0, ,0715 % 0,040,560,1221 % 0,060,590,1729 % 0,080,680,2131 % 0.100,750,2635 % 0, ,2936 % La representación de estos datos permite estimar, en una buena aproximación, una relación del rendimiento respecto a la raíz cuadrada de la masa. La gráfica que muestra esta relación es la siguiente: Conclusiones Como hemos expuesto, es posible determinar el rendimiento de un motor eléctrico monitorizando las medidas de las diversas magnitudes usando sondas Pasco y el programa DataEstudio. Según los datos y gráficas anteriores podemos afirmar, tal y como esperábamos, que el rendimiento del motor eléctrico depende de la masa que eleva. Además, y algo sobre lo que no teníamos hipótesis, la dependencia del rendimiento con la raíz cuadrada de la masa se ajusta bastante bien (R 2 = 0,99). En el caso de nuestro motor podemos decir que funciona con rendimiento óptimo cuando eleva masas de entre 80 y 120 gramos. A partir de esos valores, el rendimiento del motor ya mejora muy poco y trabaja en el límite de su par motor. Los mejores valores del rendimiento no superan el 40 %. Podemos ampliar esta investigación a partir de cuestiones como las siguientes: ¿Cómo mejorar el rendimiento de un motor eléctrico?, ¿qué partes de su composición interna son susceptibles de mejora?, ¿dónde se localizan las pérdidas de energía?,… Introducción y planteamiento del problema Un motor eléctrico es un dispositivo que transforma energía eléctrica en energía mecánica. En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de combustión: