Hispanopedia WikiUn regulador , limitador o controlador de velocidad , es un dispositivo que se utiliza para medir y regular la velocidad de una máquina , como por ejemplo un motor .
Un ejemplo clásico es el regulador centrífugo , también conocido como regulador de Watt o de bolas, en una máquina de vapor alternativa, que utiliza el efecto de la fuerza de inercia sobre las masas giratorias impulsadas por el eje de salida de la máquina para regular su velocidad alterando el flujo de vapor de entrada.
Historia
Los reguladores centrífugos se utilizaban para regular la distancia y la presión entre las piedras de molino en los molinos de viento desde el siglo XVII. Las primeras máquinas de vapor empleaban un movimiento puramente alternativo y se utilizaban para bombear agua, una aplicación que podía tolerar variaciones en la velocidad de funcionamiento.
No fue hasta que el ingeniero escocés James Watt introdujo la máquina de vapor rotativa para accionar la maquinaria industrial que se hizo necesaria una velocidad de funcionamiento constante. Entre 1775 y 1800, Watt, en colaboración con el industrial Matthew Boulton , fabricó unas 500 máquinas de vapor rotativas . El elemento central de estas máquinas era el regulador de péndulo cónico diseñado por el propio Watt: un conjunto de bolas de acero giratorias unidas a un eje vertical mediante brazos articulados, donde la fuerza de control reside en el peso de las bolas.
La base teórica para el funcionamiento de los gobernadores fue descrita por James Clerk Maxwell en 1868 en su influyente artículo «Sobre los gobernadores». [ 1 ]
Partiendo del diseño de Watt, el ingeniero estadounidense Willard Gibbs analizó teóricamente en 1872 el regulador de péndulo cónico de Watt desde una perspectiva de balance energético matemático. Durante sus años de posgrado en la Universidad de Yale , Gibbs observó que el funcionamiento del dispositivo en la práctica presentaba desventajas como la lentitud y la tendencia a sobrecorregir los cambios de velocidad que debía controlar. [ 2 ]
Gibbs teorizó que, de forma análoga al equilibrio del regulador de Watt simple (que depende del equilibrio de dos pares: uno debido al peso de las "bolas" y otro a su rotación), el equilibrio termodinámico de cualquier sistema termodinámico que produzca trabajo depende del equilibrio de dos elementos. El primero es la energía calorífica suministrada a la sustancia intermedia, y el segundo es la energía de trabajo realizada por dicha sustancia. En este caso, la sustancia intermedia es vapor de agua.
Este tipo de investigaciones teóricas culminaron en la publicación, en 1876, de la famosa obra de Gibbs, Sobre el equilibrio de sustancias heterogéneas , y en la construcción del gobernador de Gibbs. Estas formulaciones son omnipresentes hoy en día en las ciencias naturales en forma de la ecuación de la energía libre de Gibbs , que se utiliza para determinar el equilibrio de las reacciones químicas; también conocida como equilibrio de Gibbs . [ 3 ]
Los reguladores también se encontraban en los primeros vehículos a motor (como el Wilson-Pilcher de 1900 ), donde servían como alternativa al acelerador manual. Se utilizaban para ajustar la velocidad del motor, y el regulador regulaba el acelerador y la sincronización del vehículo para mantener la velocidad constante, de forma similar a un control de crucero moderno . Los reguladores también eran opcionales en vehículos utilitarios con accesorios accionados por el motor, como cabrestantes o bombas hidráulicas (como los Land Rover ), de nuevo para mantener el motor a la velocidad requerida independientemente de las variaciones de la carga.
Limitadores de velocidad
Los limitadores de velocidad se utilizan para restringir la velocidad máxima de los vehículos, y para algunas clases de vehículos, estos dispositivos son un requisito legal. En general, se pueden usar para limitar la velocidad de rotación del motor de combustión interna o para protegerlo de daños causados por una velocidad de rotación excesiva.
coches
Actualmente, BMW , Audi , Volkswagen y Mercedes-Benz limitan la velocidad máxima de sus vehículos de producción a 250 km/h (155 mph) . Algunos modelos de Audi Sport GmbH y AMG , así como el Mercedes/McLaren SLR, son excepciones. Los BMW Rolls-Royce están limitados a 240 km/h (149 mph) . Los Jaguar , aunque británicos, también cuentan con un limitador de velocidad, al igual que los suecos Saab y Volvo en los vehículos donde es necesario.
Los fabricantes alemanes iniciaron inicialmente el " pacto de caballeros ", limitando electrónicamente la velocidad máxima de sus vehículos a 250 km/h (155 mph) , [ 4 ] [ 5 ] ya que tales velocidades son más probables en la Autobahn . Esto se hizo para reducir el deseo político de introducir un límite de velocidad legal.
En los mercados europeos, General Motors Europe a veces opta por no cumplir con el acuerdo, lo que significa que ciertos autos Opel o Vauxhall de alta potencia pueden superar la marca de 250 km/h (155 mph) , mientras que sus Cadillac no. Ferrari , Lamborghini , Maserati , Porsche , Aston Martin y Bentley tampoco limitan sus autos, al menos no a 250 km/h (155 mph) . El Chrysler 300C SRT8 está limitado a 270 km/h (168 mph) . La mayoría de los vehículos del mercado interno japonés están limitados a solo 180 km/h (112 mph) o 190 km/h (118 mph) . [ 6 ] La velocidad máxima es un fuerte argumento de ventas, aunque es poco probable que se alcancen velocidades superiores a unos 300 km/h (190 mph) en carreteras públicas.
Algunos autos de alto rendimiento pueden tener una velocidad limitada a 250 km/h (155 mph) [ 7 ] por razones tales como limitar los costos del seguro del vehículo, reducir el riesgo de fallas en los neumáticos y cumplir con las leyes de ciertas jurisdicciones si desean vender sus modelos en esas áreas.
Ciclomotores
En el Reino Unido, los ciclomotores deben llevar un limitador de velocidad de 30 mph (48 km/h) desde 1977. [ 8 ] La mayoría de los demás países europeos tienen normas similares (véase el artículo principal).
Vehículos de servicios públicos
Los vehículos de servicio público suelen tener una velocidad máxima regulada por ley. Los servicios regulares de autocares en el Reino Unido (y también los servicios de autobús ) están limitados a 65 mph (105 km/h) . [ 9 ]
Los autobuses públicos urbanos suelen tener limitadores de velocidad que normalmente están configurados entre 65 km/h (40 mph) y 100 km/h (62 mph) .
Camiones
En Europa y Nueva Zelanda, todos los vehículos pesados cuentan con limitadores de velocidad obligatorios por ley o reglamento que restringen su velocidad a 90 km/h (56 mph) o 100 km/h (62 mph) . Los camiones de bomberos y otros vehículos de emergencia están exentos de este requisito.
Ejemplos de uso
Aeronave
Las hélices de los aviones son otro ejemplo de aplicación. El regulador detecta las RPM del eje y ajusta o controla el ángulo de las palas para variar el par motor. De este modo, a medida que la aeronave acelera (como en un picado) o desacelera (en un ascenso), las RPM se mantienen constantes.
Motores pequeños
Los motores pequeños, utilizados para accionar cortacéspedes , generadores portátiles y tractores de jardín , están equipados con un regulador que limita el suministro de combustible al motor a una velocidad máxima segura cuando no está en carga y mantiene una velocidad relativamente constante a pesar de las variaciones de carga. En el caso de los generadores, la velocidad del motor debe controlarse con precisión para que la frecuencia de salida del generador se mantenga razonablemente constante.
Los reguladores de motores pequeños suelen ser de tres tipos: [ 10 ]
- Neumático : el mecanismo regulador detecta el flujo de aire del ventilador del volante utilizado para enfriar un motor refrigerado por aire. El diseño típico incluye una paleta de aire montada dentro de la carcasa del ventilador del motor y conectada al eje del acelerador del carburador . Un resorte abre el acelerador y, a medida que el motor acelera, el aumento del flujo de aire del ventilador empuja la paleta contra el resorte, cerrando parcialmente el acelerador. Finalmente, se alcanza un punto de equilibrio y el motor funciona a una velocidad relativamente constante. Los reguladores neumáticos son de diseño sencillo y económicos de fabricar. No regulan la velocidad del motor con mucha precisión y se ven afectados por la densidad del aire, así como por las condiciones externas que pueden influir en el flujo de aire.
- Centrífugo : un mecanismo de contrapeso accionado por el motor está conectado al acelerador y actúa contra un resorte de forma similar a un regulador neumático, lo que resulta en un funcionamiento prácticamente idéntico. Un regulador centrífugo es más complejo de diseñar y fabricar que uno neumático. El diseño centrífugo es más sensible a los cambios de velocidad y, por lo tanto, es más adecuado para motores que experimentan grandes fluctuaciones de carga.
- Electrónico : un servomotor está conectado al acelerador y controlado por un módulo electrónico que detecta la velocidad del motor mediante el conteo de pulsos eléctricos emitidos por el sistema de encendido o un sensor magnético. La frecuencia de estos pulsos varía directamente con la velocidad del motor, lo que permite al módulo de control aplicar un voltaje proporcional al servomotor para regular dicha velocidad. Debido a su sensibilidad y rápida respuesta a los cambios de velocidad, los reguladores electrónicos se suelen instalar en generadores accionados por motor diseñados para alimentar equipos informáticos , ya que la frecuencia de salida del generador debe mantenerse dentro de límites estrechos para evitar fallos de funcionamiento.
Controles de turbina
En las turbinas de vapor , la regulación de la turbina consiste en el procedimiento de monitorizar y controlar el caudal de vapor que entra en la turbina con el objetivo de mantener constante su velocidad de rotación. El caudal de vapor se monitoriza y controla mediante válvulas interpuestas entre la caldera y la turbina. [ 11 ]
En las turbinas hidráulicas , los reguladores se han utilizado desde mediados del siglo XIX para controlar su velocidad. Un sistema típico empleaba un regulador Flyball que actuaba directamente sobre la válvula de entrada de la turbina o la compuerta para controlar la cantidad de agua que ingresaba a la turbina. Hacia 1930, los reguladores mecánicos comenzaron a utilizar controladores PID para un control más preciso. A finales del siglo XX, los reguladores electrónicos y los sistemas digitales comenzaron a reemplazar a los reguladores mecánicos. [ 12 ]
Generador eléctrico
En la generación de electricidad en redes eléctricas síncronas , los motores primarios impulsan generadores eléctricos que están acoplados eléctricamente a cualquier otro generador de la red. Con el control de velocidad variable, la frecuencia de toda la red determina el combustible suministrado a cada generador, de modo que si la red funciona a mayor velocidad, el regulador reduce el suministro de combustible a cada generador para limitar su velocidad.
Ascensor
Los reguladores se utilizan en ascensores . Actúan como mecanismo de parada en caso de que el ascensor supere su velocidad de parada (que suele ser un factor de la velocidad máxima del ascensor y viene preestablecida por el fabricante según las normas internacionales de seguridad para ascensores). Este dispositivo debe instalarse en ascensores de tracción y ascensores hidráulicos con cable.
Caja de música
En algunas cajas de música de cuerda se utilizan reguladores para mantener la música sonando a una velocidad relativamente constante mientras disminuye la tensión del muelle.
Véase también
Referencias
- ↑ Bennett, Stuart (1992). Historia de la ingeniería de control, 1930-1955 . IET. pág . 48. ISBN 978-0-86341-299-8.
- ↑ Wheeler, Lynder Phelps (1947), "El regulador de Gibbs para máquinas de vapor", en Wheeler, Lynder Phelps; Waters, Everett Oyler; Dudley, Samuel William (eds.), Los primeros trabajos de Willard Gibbs en mecánica aplicada , Nueva York: Henry Schuman, págs . 63–78
- ↑ Wheeler, L. (1951). Josiah Willard Gibbs: la historia de una gran mente. Woodbridge, CT: Ox Bow Press.
- ↑ Bogdan Popa (28 de julio de 2012). "Acuerdo de caballeros: ¡No tan rápido, señor!" . autoevolution .
- ↑ van Gorp, Anke. «Cuestiones éticas en el diseño de ingeniería: seguridad y sostenibilidad», página 16. Publicado por 3TU Ethics, 2005. ISBN 9090199071, 9789090199078 . ISSN 1574-941X
- ↑ "Por qué Japón finalmente soltó el freno | The Japan Times Online" . Search.japantimes.co.jp. 13 de abril de 2008. Consultado el 8 de noviembre de 2012 .
- ↑ Mike Spinelli (11 de febrero de 2006). "Adiós, jefe: Mercedes desbloqueará la velocidad máxima en los modelos AMG en EE. UU., por un precio" . Jalopnik .
- ↑Departamento de Transporte (2008). "Accidentes de tráfico registrados en Gran Bretaña: Informe anual de 2008" (PDF) . Consultado el 9 de enero de 2010 .La página 179 indica: "Los ciclomotores se redefinen a una velocidad máxima de diseño de 30 mph".
- ↑ "Historia de la seguridad vial británica" . Archivado del original el 17 de junio de 2010. Consultado el 20 de enero de 2010 .
- ↑ "¿Cómo funciona el regulador de un motor pequeño? | Briggs & Stratton" . www.briggsandstratton.com . Consultado el 22 de marzo de 2018 .
- ↑ Rathore, MM (2010). Ingeniería térmica . Nueva Delhi: Tata McGraw-Hill Education. ISBN 978-0-07-068113-2Consultado el 29 de enero de 2015 .
- ↑ Fasol, Karl Heinz (agosto de 2002). "Una breve historia del control de la energía hidroeléctrica" (PDF) . IEEE Control Systems Magazine . 22 (4): 68–76 . doi : 10.1109/MCS.2002.1021646 . Archivado del original (PDF) el 6 de noviembre de 2015. Recuperado el 29 de enero de 2015 .
- Mecanismos (ingeniería)
- Control de potencia mecánica
- Mecanismos limitantes