Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

[ecosta]

Hola!, Perdoneme la falta de signos de puntuacion, mi portatil es ingles. Queria saber como podria yo estimar a groso modo, los wattios necesarios para realizar un movimiento, de forma que pueda tener idea del motor electrico a usar para tal mecanismo. Supongamos que tengo una varilla roscada (metrica, de 8 mm. de diametro y 1.25 mm. de paso/avance) que yace en paralelo al suelo. Atornillada a esta, tengo una tuerca que se encuentra entre dos bloques de hierro que la sujetan firmemente, de forma que no se le permite movimiento longitudinal, pero si rotacional. Para disminuir la friccion, hay dos cojinetes de pista plana a ambos lados de la tuerca, de forma que rotando esta, se consigue un desplazamiento longitudinal de la varilla roscada. En internet he visto que a este tipo de mecanismos se los denomina como `actuador lineal' (linear actuator). En una punta de la varilla, tengo un piston neumatico con su junta, que se desplazara dentro de una camisa neumatica para producir y mantener presion de aire. La tuerca, que en readidad seria un pinion/polea con rosca interior, podria tener una desmultiplicacion con respecto al motor que la hace rotar, de, por ejemplo de 1:5 (5 vueltas del motor producirian 1 vuelta en la tuerca, y con ello, 1,25 mm. de desplazamiento longitudinal). Me es mas importante aprovechar el motor lo maximo posible (en fuerza), que la velocidad del desplazamiento en si. Entonces, la presion de aire que quiero desarrollar y mantener son unos 4 bares. Para la transmision de fuerza entre el motor y la tuerca, optaria en principio por un mecanismo de tornillo sin fin (worm drive). Si bien 4 bares de presion (y un consumo muy pobre/lento de dicha presion) son valores mas o menos fijos, el resto (diametro y paso de la varilla roscada/tuerca, desmultiplicacion, mecanismo de transmision, etc), podria variarlos en beneficio del conjunto en general, ya que esto esta en fase de disenio. Por ejemplo, me es mas importante la fuerza que la velocidad en el mecanismo tal y como decia anteriormente, pero tampoco quiero tener que esperar una hora a que el conjunto desarrolle 4 bares. Entonces me gustaria que alguien me orientara con los calculos necesarios para yo poder jugar con diferentes valores y ver que combinacion finalmente me convence mas con respecto a la dersmultiplicacion/wattage del motor, asi como con los necesarios para determinar la longitud de camisa necesaria para, tras haber desarrollado 4 bares de presion, tener unos segundos de flujo continuo de aire comprimido. Saludos, y gracias.

[skynet]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

la potencia será igual al producto de la fuerza aplicada por la velocidad de desplazamiento.

la fuerza puedes calcularla multiplicando la presion por la superficie del piston neumatico, si la velocidad es baja puedes considerar que la presion será de 4bares.

la velocidad es la que tu quieras, dependerá de la desmultiplicacion etc..., pero mejor que sea baja, cuanto más alta sea más potencia necesitarás.

además cuanto más lenta más proxima será la presion a los 4bares y el resultado obtenido será más exacto

[oscarmuinhos]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

Si no interpreto mal, lo que quieres tener es un regulador de presión más o menos automatizado para 4 bares de presión accionado por medio de un motor?
Un mecanismo tal como el de la figura?


Si el mecanismo es este -y para completar lo que dice supernena sobre la potencia-, los cálculos a realizar para conocer la fuerza sin tener en consideración los rozamientos serían:

-fuerza que necesita hacer la barra roscada sobre el pistón: F_B=PresiónxSuperficie (F_B: fuerza en la barra; Presión:4 bares; Superficie: sección del cilindro o del pistón)-Fuerza que ha de aplicar el piñón del motor a la tuerca: $2 \pi. R_T.F_T = F_B.p$ ( R_T: radio de la tuerca; F_T: fuerza en la periferia de la tuerca; paso de rosca)

-Fuerza que has de hacer el piñón del motor sobre la tuerca: $F_p = F_T$ (Fp: fuerza del piñón sobre la tuerca)

-Par motor que has de tener en el piñón para mover la tuerca: $M=R_P\times F_p$ (M: para motor del tornillo; Rp: radio del piñón)

Y a partir de aquí sería calcular la potencia del motor como te dice supernena: $Pot =F.v = M.\omega$ ($\omega$ : velocidad angular del piñón)

Y esta velocidad angular, pues va a depender de la velocidad con que quieras que avance la barra.

A continuación haces una estimación de las pérdidas por rozamiento que puedas tener.....

Yo no estoy muy seguro de esta estimación....a ver si algún ingeniero/a del foro se anima....

[skynet]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

lo que dice oscar esta bien, pero para calcular la potencia no es necesario calcular el par motor ni la velocidad angular, es suficiente con $Pot=F.v$

[oscarmuinhos]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

Tienes razón supernena. Sería aplicar la conservación de la energía...
Lo desarrollé así porque tengo una duda con el cálculo de los rozamientos...¿hay que calcularlos elemento por elemento o se pueden calcular globalmente para todo el mecanismo? ¿de qué manera?
Gracias

[ecosta]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

Hola,

Muchas gracias a los dos!, pense que nadie me iba a contestar porque no pudeformar parrafos y me quedo todo ilegible.

En especial a ti oscarmuinhos, por el tiempo que empleaste haciendo el dibujo (que clavaste, es justo lo que quiero hacer), y en poner las formulas por medio de la interfaz de tex/latex del foro.

No lo habia pensado hasta que vi tu dibujo, pero una reductora de engranajes rectos tambien valdria en este caso, ya que al operar sobre una varilla roscada, el propio paso y friccion de esta "trancaria" el piston de forma que no pudiera moverse en sentido contrario por si solo, en el intento del aire comprimido de igualar la presion en el cilindro con la atmosferica.

Lo unico es que me hago un poco un rollo con las unidades de medida que se utilizan en cada formula. Aun utilizando medidas del sistema internacional obtengo datos errroneos, y mirar en internet no me ha aclarado mucho ya que en unos sitios se usan unas, y en otros otras.

Por ejemplo, uno de los cilindros que puedo emplear tiene un diametro interior de 28.4 mm. Entonces:

Superficie del piston: PI * (14.2 / 1000)^2 = 0.0006334 m2.

Fuerza: Presion (Pa, o Nm2) / Area (m2) = (4 x 10^-5) Pa / 0.006334 m2 = 253.3883 Pa

Luego, la potencia directa, sin reductora, sin tener en cuenta que la fuerza es transmitida por la tuerca a una varilla roscada, y en base a 10 mm/s me da:

P = F x V = 253.3883 x 0.01 = 2.53383 Watios?? (me parece excesivamente poco)

Que hago mal?, Te supondria mucho problema, Oscar, ponerme las unidades de medida que las formulas que pusiste esperan?

Creo que digirirendo lo que pusiste y con algo de practica y busqueda, tengo las herramientas que necesitaba para tener un calculo estimado de la potencia necesaria finalmente, tal y como dices, fricciones a parte, pero aun asi esta muy bien.

Saludos, y muchisimas gracias por todo a los dos.

[oscarmuinhos]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

Tienes mal:
Uno: 1 bar = 1x10⁵ Pascales (SI). Por lo tanto: 4 bares = 4x10⁵ Pascales

Dos: Fuerza = Presiónxsuperficie. Por lo tanto: F =4x105 x0,00063347 =253,4 N

Potencia: Pot = F.v= 253,4x0,010 =2,53 W . El mismo resultado pero correctamente obtenido

Es poca potencia?

Pues no!. Piensa que que tampoco es que le exijas mucho a ese mecanismo: le estás pidiendo unos 25 kilos (te lo pongo en kilos para que te hagas una idea) de fuerza, pero a una velocidad de solo 1 cm/s. ( 1 cm en cada segundo, 60 cm en 1 minuto o 36 m en 1 hora)

Y piensa también que aunque necesitas 4 bares de presión (4 veces la presión atmosférica) también es cierto que esa fuerza actúa sobre una superficie muy pequeña, poco más es que una jeringuilla de veterinario...

[ecosta]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

Hola Oscar,

Pues yo me guiaba por el hecho de que si cojo un fuelle y en la salida coloco un manometro y con la otra mano lo acciono, me cuesta bastante tansiquiera llegar a dos bares, y me refiero al tipo de fuelles que se utilizan para inflar balones (bajo rozamiento).

Tambien me cuesta pensar que un motorcillo de estos que puedes ver en ventiladores usb, segun estos calculos, sea capaz de desarrollar 4 bares (sin reduccion) a una velocidad de 10 mm/s.

Entonces hare algunas pruebas hasta casar teoria y practica, porque hay cosas aqui que no me encajan para nada.

Saludos, y gracias. Te doy otras gracias foreras, por si las coleccionas, jeje.

[oscarmuinhos]

Re: Estimacion para dimensionado de motor electrico en mecanismo.

No colecciono...no te preocupes...simplemente que me gustan las personas con ganas de aprender....y yo también aprendo

Una cosa es la fuerza, otra la potencia y otra también la energía.
En este mecanismo necesitas una fuerza de por lo menos 25 kilos....No es que sea considerable, pero ya es la tercera parte del peso de una persona normal. Y la fuerza es lo que realmente estás midiendo cuando aprietas el manómetro o cuando aprietas un bombín de inflar balones
La potencia la medirías por la rapidez en cansarte...si te cansas muy pronto, es que estás haciendo fuerza con mucha potencia...Si tardas mucho en cansarte es que te estás esforzando o haces fuerza con poca potencia