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Articulo de referencia

Gobernador centrífugo

Dibujo de un regulador centrífugo de "bolas oscilantes", donde las bolas se desplazan hacia afuera a medida que aumenta la velocidad, lo que cierra la válvula, hasta que se alca...

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Dibujo de un regulador centrífugo de "bolas oscilantes", donde las bolas se desplazan hacia afuera a medida que aumenta la velocidad, lo que cierra la válvula, hasta que se alcanza un equilibrio entre la demanda y la ganancia proporcional del mecanismo y la válvula. [ 1 ]

Un regulador centrífugo es un tipo específico de regulador con un sistema de retroalimentación que controla la velocidad de un motor regulando el flujo de combustible o fluido de trabajo para mantener una velocidad casi constante. Utiliza el principio de control proporcional .

Un regulador centrífugo fue inventado por Christiaan Huygens en el siglo XVII, donde se utilizó "para la regulación de molinos de viento y ruedas hidráulicas". [ 2 ] [ 3 ] Estos dispositivos también se conocen como "reguladores centrífugos" y "reguladores de bola". En 1788, James Watt adaptó uno para controlar su máquina de vapor , donde regulaba la admisión de vapor en los cilindros de la máquina . [ 4 ] Este desarrollo resultó tan importante que a Watt se le llama a veces el inventor. El uso más extendido de los reguladores centrífugos fue en las máquinas de vapor durante la Era del Vapor en el siglo XIX. También se encuentran en motores de combustión interna estacionarios , turbinas de diversos combustibles y en algunos relojes modernos de sonería .

Un regulador simple no mantiene una velocidad exacta, sino un rango de velocidad, ya que, al aumentar la carga, el regulador abre la mariposa a medida que disminuye la velocidad (RPM).

Operación

Descripciones con fuentes

Una descripción detallada de un ejemplo de regulador centrífugo, con un esquema completamente etiquetado, aparece en el artículo sobre "Movimiento angular o velocidad", en la edición de Oliver Byrne del Diccionario de ingeniería de Spons , con una mayor elaboración en el artículo sobre "Reguladores" (en un volumen posterior). [ 5 ]

Descripción detallada del funcionamiento

Dibujo en sección transversal de un regulador de velocidad de una máquina de vapor. El eje de transmisión cuya velocidad se está midiendo se encuentra en la parte superior derecha. La válvula comienza completamente abierta a velocidad cero, pero a medida que las bolas giran y ascienden, el vástago central de la válvula se desplaza hacia abajo y la cierra. [ 6 ]

El dispositivo mostrado pertenece a una máquina de vapor. La potencia se suministra al regulador desde el eje de salida de la máquina mediante una correa o cadena conectada a la polea inferior . El regulador está conectado a una válvula de estrangulamiento que regula el flujo del fluido de trabajo (vapor) que alimenta el motor primario . A medida que aumenta la velocidad del motor primario, el husillo central del regulador gira a mayor velocidad, y la energía cinética de las bolas aumenta. Esto permite que las dos masas en los brazos de palanca se muevan hacia afuera y hacia arriba, venciendo la gravedad. Si el movimiento es lo suficientemente amplio, provoca que los brazos de palanca ejerzan una fuerza de empuje hacia abajo , la cual mueve un mecanismo de articulación que reduce la apertura de la válvula de estrangulamiento. De esta manera, se reduce el caudal de fluido de trabajo que entra en el cilindro y se controla la velocidad del motor primario, evitando el exceso de velocidad.

Se pueden utilizar topes mecánicos para limitar el rango de movimiento del acelerador, como se puede observar cerca de las masas en la imagen que aparece en la parte superior de esta página.

Regulación no gravitacional

Una limitación del regulador de dos brazos y dos bolas es su dependencia de la gravedad para retraer las bolas cuando el regulador disminuye la velocidad, lo que requiere que permanezca en posición vertical. Se han construido reguladores que no utilizan la fuerza gravitatoria, empleando un único brazo recto con contrapesos en ambos extremos, un pivote central unido a un eje giratorio y un resorte que intenta empujar los contrapesos hacia el centro del eje. Los dos contrapesos en los extremos opuestos del brazo pivotante contrarrestan cualquier efecto gravitatorio, pero ambos utilizan la fuerza centrífuga para contrarrestar la fuerza del resorte e intentar girar el brazo pivotante hacia un eje perpendicular al eje giratorio.

Los reguladores no gravitacionales con resorte retráctil se utilizan comúnmente en motores de inducción monofásicos de corriente alterna (CA) para desconectar la bobina de arranque cuando la velocidad de rotación del motor es suficientemente alta. También se utilizan comúnmente en transmisiones continuamente variables (CVT) de motos de nieve y vehículos todo terreno (ATV) , tanto para acoplar/desacoplar el movimiento del vehículo como para variar la relación del diámetro de las poleas de la transmisión en relación con las revoluciones por minuto del motor .

Historia

Un regulador de molino en Sluis , en los Países Bajos.

Un regulador centrífugo fue inventado por Christiaan Huygens en el siglo XVII, donde se utilizó "para la regulación de molinos de viento y ruedas hidráulicas". [ 2 ] [ 7 ] también conocido como "reguladores centrífugos" y "reguladores de bolas volantes" en esa aplicación, el regulador se utilizó para regular la distancia y la presión entre las piedras de molino .

Motor Boulton & Watt de 1788

James Watt aplicó la misma tecnología a las máquinas de vapor. [ 8 ] Diseñó su primer regulador (o "regulador de velocidad centrífugo") en 1788, siguiendo una sugerencia de su socio comercial Matthew Boulton ; era un regulador de péndulo cónico y una de las últimas series de innovaciones que Watt empleó para las máquinas de vapor.

Durante las décadas siguientes, varios ingenieros y fabricantes realizaron una serie de mejoras y modificaciones. Entre los inventores que contribuyeron al desarrollo del regulador en el siglo XIX se encontraban Charles Porter, Wilson Hartnell, Richard Tangye , Rudolph Proell y Buss. [ 8 ]

Un regulador Porter en una máquina de vapor Corliss . Este diseño, patentado por Charles Porter en 1858, utilizaba bolas más ligeras y un peso deslizante en el eje; era adecuado para máquinas más rápidas.

A medida que aumentaba la velocidad del motor, el regulador básico de tipo Watt se volvía menos fiable, ya que tendía a sobrecompensar, oscilando entre la apertura y el cierre de la válvula de vapor e impidiendo que el motor funcionara correctamente. [ 8 ] Esto dio lugar a numerosas modificaciones y variaciones a lo largo del tiempo, incluyendo la adición de un peso muerto alrededor del eje y la aplicación de resortes como parte del diseño. Varias empresas de ingeniería patentaron sus propias variantes del concepto, que aplicaron a sus propios motores, y en ocasiones se instalaron reguladores más modernos en motores ya en servicio.

El regulador Pickering (patentado por primera vez en 1862) tiene bolas montadas sobre ballestas . Era especialmente adecuado para motores pequeños de alta velocidad y se fabricó en grandes cantidades.

Usos

Los reguladores centrífugos se utilizaron con mayor frecuencia en las máquinas de vapor durante la era del vapor en el siglo XIX. También se encuentran en motores de combustión interna estacionarios y turbinas de diversos combustibles , así como en algunos relojes modernos con sonería .

En muchos relojes de repetición modernos se utilizan reguladores centrífugos para limitar la velocidad del mecanismo de sonería , de modo que el repetidor no funcione demasiado rápido.

Otro tipo de regulador centrífugo consiste en un par de masas montadas sobre un eje dentro de un cilindro. Tanto las masas como el cilindro están recubiertos con almohadillas, de forma similar a un embrague centrífugo o un freno de tambor . Este sistema se utiliza en tocadiscos con resorte y en diales telefónicos con resorte para limitar la velocidad.

Sistemas dinámicos

El regulador Whitehead, accionado por resorte y patentado en 1895, se utilizó ampliamente en los motores de los molinos (como aquí en Ellenroad ).

El regulador centrífugo se utiliza a menudo en las ciencias cognitivas como ejemplo de un sistema dinámico , en el que la representación de la información no puede separarse claramente de las operaciones que se aplican a dicha representación. Y, dado que el regulador es un servomecanismo , su análisis en un sistema dinámico no es trivial. En 1868, James Clerk Maxwell escribió un famoso artículo « Sobre los reguladores » [ 9 ] que se considera un clásico en la teoría del control por retroalimentación . Maxwell distingue entre moderadores (un freno centrífugo ) y reguladores que controlan la entrada de potencia motriz . Considera dispositivos de James Watt , el profesor James Thomson , Fleeming Jenkin , William Thomson , Léon Foucault y Carl Wilhelm Siemens (un regulador de líquido).

Selección natural

En su artículo de 1858 para la Sociedad Linneana , que llevó a Darwin a publicar El origen de las especies , Alfred Russel Wallace utilizó a los gobernadores como metáfora del principio evolutivo :

La acción de este principio es exactamente igual a la del regulador centrífugo de la máquina de vapor, que controla y corrige cualquier irregularidad casi antes de que se haga evidente; y de igual modo, ninguna deficiencia desequilibrada en el reino animal puede alcanzar jamás una magnitud notable, porque se haría sentir desde el primer momento, dificultando la existencia y haciendo casi segura la extinción. [ 10 ]

El cibernético y antropólogo Gregory Bateson tenía en alta estima la analogía de Wallace y discutió el tema en su Mente y Naturaleza: Una Unidad Necesaria (1979), [ 11 ] y otros académicos han continuado explorando la conexión entre la selección natural y la teoría de sistemas .

Cultura

Un monumento conmemorativo al diseño industrial de Boulton y Watt, de un diseño inspirado en él, en Smethwick, Inglaterra [ 12 ].

Una estatua inspirada en el diseño del gobernador de Boulton y Watt se encuentra en Smethwick , en las Midlands Occidentales inglesas . [ 12 ] Un gobernador centrífugo forma parte del sello y la bandera de la ciudad de Manchester, New Hampshire , en los EE. UU. (donde un intento de cambiar el diseño en 2017 fue rechazado por los votantes). [ 13 ] Un gobernador centrífugo, descrito como una invención industrial del siglo XVIII, aparece en la novela de ciencia ficción de Liu Cixin, El fin de la muerte (de la serie Tres cuerpos ) , [ 14 ] donde se utiliza como metáfora.

Un regulador centrífugo estilizado forma parte del escudo de armas de la Autoridad Sueca de Medio Ambiente Laboral .

Véase también

Referencias

  1. ↑ "Descubrimientos e invenciones del siglo XIX" de R. Routledge, 13.ª edición, publicada en 1900.
  2. 1 2 Hills, Richard L. (1996), Energía eólica , Cambridge, Inglaterra: Cambridge University Press
  3. ↑ Bellman, Richard E. (8 de diciembre de 2015). Procesos de control adaptativo: una guía . Princeton, NJ: Princeton University Press. pág. 36. ISBN  9781400874668. Consultado el 13 de abril de 2018. ...el regulador centrífugo fue inventado por C. Huygens para la regulación de molinos de viento y ruedas hidráulicas en el siglo XVII.Tenga en cuenta que la cita refleja la totalidad del material disponible en este enlace. (Solo se puede ver una versión limitada en la entrada de Google Libros).
  4. ↑ Gee, Andrew H. (noviembre de 2024). "Preparación para el ejercicio de Lego de la semana 1: La máquina de vapor chisporroteante" . Departamento de Ingeniería de la Universidad de Cambridge (mi.eng.cam.ac.uk) . Cambridge, Inglaterra: Universidad de Cambridge.Para obtener información sobre el autor, la fecha y otros detalles bibliográficos generales, consulte este enlace , que se encuentra dentro del primero.
  5. ↑ Spon, Edward; Byrne, Oliver; Spon, Ernest (1871). Diccionario de ingeniería civil, mecánica, militar y naval de Spon; con términos técnicos en francés, alemán, italiano y español . Vol. 1. Londres y Nueva York: E. & FN Spon. págs. 101-103 . Consultado el 27 de octubre de 2025 .  {{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  6. ↑ Hawkins, Nehemías (1897). Nuevo catecismo de la máquina de vapor . Nueva York: Theo Audel.
  7. ↑ Bellman, Richard E. (8 de diciembre de 2015). Procesos de control adaptativo: una guía . Princeton, NJ: Princeton University Press. pág. 36. ISBN  9781400874668. Consultado el 13 de abril de 2018. ...el regulador centrífugo fue inventado por C. Huygens para la regulación de molinos de viento y ruedas hidráulicas en el siglo XVII.Tenga en cuenta que la cita refleja la totalidad del material disponible en este enlace. (Solo se puede ver una versión limitada en la entrada de Google Libros).
  8. 1 2 3 Hannavy, John (2021). El gobernador: controlando la potencia de las máquinas de vapor . Barnsley, S. Yorks.: Pen & Sword Transport. pp. 60– 78. 
  9. ↑ Maxwell, James Clerk (1868). "Sobre los gobernadores". Actas de la Real Sociedad de Londres . 16 : 270–283 . doi : 10.1098/rspl.1867.0055 . JSTOR 112510 . 
  10. ↑ Para una presentación que incluye una transcripción del ensayo completo de Wallage, "Sobre la tendencia de las variedades a desviarse indefinidamente del tipo original", incluyendo esta cita, véase Beccaloni, George (10 de junio de 2008). "El documento Darwin-Wallace de 1858" . Sitio web de Alfred Russel Wallace (WallaceFund.myspecies.info) . Consultado el 27 de octubre de 2025 .El profesor emérito Charles H. Smith presenta lo siguiente en formato PDF del mismo ensayo , consultado el 27 de octubre de 2025.
  11. ↑ Smith, Charles H. (21 de diciembre de 2004). "Los asuntos pendientes de Wallace: El "otro hombre" en la teoría evolutiva" (ensayos y comentarios) . Complexity . 10 (2). Nueva York, NY: John Wiley & Sons: 25–32 . Bibcode : 2004Cmplx..10b..25S . doi : 10.1002/cplx.20062 . Consultado el 27 de octubre de 2025 .Para ver la publicación del autor sobre el mismo tema, consulte este enlace , consultado el 27 de octubre de 2025.
  12. 1 2 Noszlopy, George Thomas y Waterhouse, Fiona (2005). «Smethwick» . Escultura pública de Staffordshire y Black Country . Escultura pública de Gran Bretaña. Vol. 9 ( ed. ilustrada). Liverpool, Inglaterra: Liverpool University Press. p. 119 y ss. ISBN    9780853239895Consultado el 27 de octubre de 2025 .{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  13. ↑ Brooks, David (7 de noviembre de 2017). "La bandera de la ciudad de Manchester celebra uno de los inventos más geniales de la Revolución Industrial; afortunadamente, no lo cambiarán" (blog Granite Geek) . Concord Monitor (concordmonitor.com) . Consultado el 27 de octubre de 2025 .
  14. ↑ Liu, Cixin (autor); Liu, David (traductor); Ochlan, PJ (narrador) (2016) [2010]. "Parte III. Era de la radiodifusión, año 7 / Cuentos de hadas de Yun Tianming". El fin de la muerte (audiolibro completo) . El evento ocurre a las 10:14 (en el capítulo) . Recuperado el 27 de octubre de 2025 .Alternativamente, consulte el formato del libro y el ISBN. 9780765377104, OCLC 936360629 . 
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