I freni dinamometrici idraulici a geometria variabile sono stati largamente diffusi in passato e molti di questi sono ancora utilizzati per la misurazione sperimentale delle prestazioni dei motori endotermici.
Principio di Funzionamento dei Freni Idraulici
Questi freni dinamometrici sono costituiti da una girante (rotore) posta all’interno di un involucro (statore) riempito con acqua, o una miscela di acqua e glicole. Nei freni di tipo Froude la girante e l’involucro (statore) sono provvisti di cavità e palette opportunamente sagomate per impartire all’acqua un moto vorticoso al fine di assorbire e trasformare in calore il lavoro compiuto dal motore. Il calore prodotto è smaltito facendo circolare l’acqua attraverso un radiatore.
Durante il funzionamento l’acqua che riempie le cavità viene messa in circolazione secondo un moto vorticoso poiché, spinta dal rotore verso l’esterno, penetra nelle cavità dello statore e, dopo averle percorse, ritorna con velocità ridotta in quelle del rotore verso la parte più vicina all’asse di rotazione.
La resistenza che l’acqua oppone alla rotazione del rotore reagisce sullo statore producendo una coppia uguale e contraria a quella generata dal motore; questa viene quindi misurata con una bilancia (o con un dinamometro) applicata all’estremità del braccio portato dallo statore.
Nello spazio compreso tra il rotore ed i due elementi dello statore possono scorrere le pareti di due carter semicircolari. Questi possono essere spostati agendo dall’esterno attraverso un comando meccanico mediante il quale le due parti si avvicinano o si allontanano rispetto all’asse di rotazione.
Alternative: I Freni Elettrici
In campo automobilistico il freno elettrico è il misuratore di potenza più diffuso poiché dotato di una buona sensibilità e precisione anche a bassi carichi. I freni elettrici possono essere del tipo "a correnti parassite" oppure possono essere costituiti da una dinamo, utilizzando come coppia frenante il momento che essa genera durante l'erogazione della corrente.
In questo caso, la determinazione della potenza del motore può essere effettuata misurando, mediante un voltmetro ed un amperometro, la potenza elettrica fornita dalla dinamo di cui è noto il rendimento ai vari regimi (metodo del generatore elettrico) ma nel caso più comune viene rilevata attraverso la misura della coppia di reazione dello statore (sistema della dinamo a culla).
Lo statore, costituito dall'induttore ad anello della dinamo, è sopportato da due cuscinetti a sfere portati dal telaio fisso; il rotore, costituito dall'albero dell'indotto, è invece collegato all'albero a gomiti del motore attraverso un giunto elastico.
Lo statore porta due bracci di cui uno serve a misurare la forza, agente alla sua estremità, necessaria ad equilibrare la coppia motrice; il secondo braccio, più corto, serve invece ad equilibrare il peso del primo, con l'applicazione di un opportuno contrappeso.
La regolazione del carico è attuata, per piccole variazioni, variando l'eccitazione della dinamo con un reostato mentre la corrente prodotta viene dissipata in resistori elettrici, regolabili per consentire ampie variazioni di carico.
La dinamo freno non è adatta per motori di grandissime potenze (motori fissi e marini) e per motori funzionanti ad elevatissimi regimi a causa della forte inerzia delle parti in rotazione.
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