Banco de pruebas didáctico de motores de combustión interna para los laboratorios de la Universidad Mariana

Abstract

El trabajo de grado titulado "Banco de pruebas didáctico de motores de combustión interna para los laboratorios de la Universidad Mariana", realizado por los estudiantes Juan Camilo Bermeo y Freyder Harby Nasamuez, plantea el diseño, desarrollo e implementación de una herramienta experimental y formativa para la medición de variables clave en motores de combustión interna, tales como torque, velocidad angular (RPM), potencia y temperatura. El proyecto nace de la necesidad identificada en el programa de Ingeniería Mecatrónica de la Universidad Mariana, el cual carece de un equipo que permita realizar ensayos prácticos con este tipo de motores, limitando el aprendizaje aplicado de los estudiantes y las posibilidades de investigación en áreas relacionadas con energía, mecánica, electrónica y control. La investigación se fundamenta en un enfoque empírico-aplicado y cualitativo, estructurado bajo principios de la Ingeniería Mecatrónica, integrando sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos con una interfaz de software desarrollada en Python para la visualización de datos en tiempo real mediante una pantalla HDMI conectada a una Raspberry Pi. El banco de pruebas fue diseñado a partir del análisis comparativo de distintas alternativas estructurales y funcionales, priorizando factores como bajo costo, facilidad de montaje y mantenimiento, precisión de lecturas, ergonomía y reducción de interferencias. Se seleccionó un diseño de dos niveles que permite separar la electrónica del motor, lo que mejora la confiabilidad del sistema y la estabilidad estructural. El sistema utiliza un generador eléctrico de 950 W con motor de combustión interna de dos tiempos, el cual se instrumentó con sensores de bajo costo: ZMPT101B para voltaje, SCT-013-010 para corriente, MAX6675 con termocupla tipo K para temperatura, y NJK-5002C NPN para velocidad, todos conectados a un microcontrolador ESP32. Para asegurar una lectura precisa y segura, se desarrolló un circuito electrónico y una PCB utilizando Altium Designer, lo cual permite reducir el ruido eléctrico y mejora la disposición del hardware. A nivel de programación, se empleó Arduino para la adquisición de datos y Python (mediante PyQt) para el diseño de una interfaz gráfica intuitiva y ergonómica, donde se muestran variables registradas como temperatura, voltaje, corriente, velocidad y potencia. Se realizaron simulaciones estructurales con Autodesk Inventor para validar la rigidez del chasis, así como pruebas experimentales en condiciones controladas para verificar el funcionamiento de los sensores y la estabilidad del sistema. Los resultados evidencian que el banco de pruebas opera de forma confiable, con una velocidad cercana a las 9800 RPM y una potencia que se estabiliza bajo condiciones de carga, mostrando lecturas consistentes en intervalos de tiempo definidos. Las gráficas y tablas presentadas reflejan que las mediciones realizadas son útiles para el análisis térmico y mecánico del motor, confirmando la viabilidad del equipo como una herramienta didáctica. Este banco de pruebas no solo está pensado para el programa de Ingeniería Mecatrónica, sino que también ofrece soporte a otros programas como Ingeniería Ambiental e Ingeniería de Procesos, donde se desarrollan prácticas relacionadas con biocombustibles y control de emisiones. Por ello, el proyecto también responde a una necesidad institucional más amplia, al proporcionar una infraestructura que contribuye a la formación integral de los estudiantes, la ejecución de proyectos interdisciplinarios y el fortalecimiento de las capacidades investigativas de la universidad. Finalmente, el trabajo demuestra que, mediante una correcta integración de teoría, análisis técnico y aplicación práctica, es posible crear soluciones tecnológicas pertinentes, funcionales y de alto valor académico con recursos limitados, fomentando el desarrollo científico y tecnológico en contextos regionales como el del departamento de Nariño.