Tacómetro

Un tacómetro ( contador de revoluciones , tacómetro , tacómetro , medidor de RPM ) es un instrumento que mide la velocidad de rotación de un eje o disco, como en un motor u otra máquina. ^{[ 1 ]} El dispositivo generalmente muestra las revoluciones por minuto (RPM) en un dial analógico calibrado, pero las pantallas digitales son cada vez más comunes.

La palabra proviene del griego antiguo τάχος (táchos), que significa « velocidad », y μέτρον (métron), que significa « medida » . En esencia, los términos tacómetro y velocímetro tienen el mismo significado: un dispositivo que mide la velocidad. Por convención, en el mundo del automóvil, uno se usa para las revoluciones del motor y el otro para la velocidad del vehículo. En la nomenclatura formal de la ingeniería, se utilizan términos más precisos para distinguirlos.  

El primer tacómetro fue descrito por Bryan Donkin en un artículo presentado a la Royal Society of Arts en 1810, por el cual recibió la medalla de oro de la sociedad. Este consistía en un recipiente de mercurio construido de tal manera que la fuerza centrífuga provocaba que el nivel en un tubo central descendiera al girar, haciendo descender también el nivel en un tubo superior más estrecho, lleno de alcohol coloreado. El recipiente estaba conectado a la maquinaria que se iba a medir mediante poleas. ^{[ 2 ]}

Los primeros tacómetros mecánicos se basaban en la medición de la fuerza centrífuga , de forma similar al funcionamiento de un regulador centrífugo . Se cree que el inventor fue el ingeniero alemán Dietrich Uhlhorn , quien lo utilizó para medir la velocidad de las máquinas en 1817. ^{[ 3 ]} Desde 1840, se ha utilizado para medir la velocidad de las locomotoras .

Los tacómetros o contadores de revoluciones en automóviles, aeronaves y otros vehículos muestran la velocidad de rotación del cigüeñal del motor y, por lo general, tienen marcas que indican un rango seguro de velocidades de rotación. Esto puede ayudar al conductor a seleccionar la configuración adecuada del acelerador y la marcha según las condiciones de conducción. El uso prolongado a altas velocidades puede causar lubricación insuficiente , sobrecalentamiento (superando la capacidad del sistema de refrigeración), superación de la velocidad máxima permitida de subcomponentes del motor (por ejemplo, válvulas retraídas por resorte), lo que provoca un desgaste excesivo, daños permanentes o la falla del motor. En los tacómetros analógicos, las velocidades superiores a la velocidad máxima de funcionamiento segura suelen indicarse mediante un área del indicador marcada en rojo, lo que da origen a la expresión " acelerar al máximo " un motor, es decir, acelerar el motor hasta el límite máximo seguro. La mayoría de los automóviles modernos suelen tener un limitador de revoluciones que limita electrónicamente la velocidad del motor para evitar daños. Los motores diésel con sistemas de inyección mecánica tradicionales tienen un regulador integrado que impide que el motor se acelere en exceso, por lo que los tacómetros en vehículos y maquinaria equipados con dichos motores a veces carecen de una línea roja.

En vehículos como tractores y camiones, el tacómetro suele tener otras marcas, normalmente un arco verde que indica el rango de velocidad en el que el motor produce el par máximo , lo cual es de gran interés para los operadores de dichos vehículos. Los tractores equipados con un sistema de toma de fuerza (TDF) tienen tacómetros que muestran la velocidad del motor necesaria para hacer girar la TDF a la velocidad estándar requerida por la mayoría de los implementos accionados por TDF. En muchos países, los tractores deben tener un velocímetro para circular por carretera. Para evitar instalar un segundo dial, el tacómetro del vehículo suele estar marcado con una segunda escala en unidades de velocidad. Esta escala solo es precisa en una marcha determinada, pero como muchos tractores solo tienen una marcha práctica para circular por carretera, esto es suficiente. Los tractores con varias marchas para carretera suelen tener tacómetros con más de una escala de velocidad. Los tacómetros de las aeronaves tienen un arco verde que indica el rango de velocidad de crucero de diseño del motor.

En vehículos más antiguos, el tacómetro es accionado por las ondas de voltaje RMS del lado de baja tensión ( interruptor de contacto LT ) de la bobina de encendido , ^{[ 4 ]} mientras que en otros (y casi todos los motores diésel , que no tienen sistema de encendido) la velocidad del motor se determina por la frecuencia de la salida del tacómetro del alternador . Esto se hace a través de una conexión especial llamada "toma de CA" que es una conexión a la salida de una de las bobinas del estator, antes del rectificador. Existen tacómetros accionados por un cable giratorio desde una unidad de accionamiento instalada en el motor (generalmente en el árbol de levas ), generalmente en maquinaria diésel simple con sistemas eléctricos básicos o inexistentes. En los EMS recientes que se encuentran en los vehículos modernos, la señal para el tacómetro generalmente se genera desde una ECU que obtiene la información del sensor de velocidad del cigüeñal o del árbol de levas.

Los dispositivos de detección de velocidad, denominados de diversas maneras como "generadores de impulsos de rueda" (WIG), generadores de impulsos, sondas de velocidad o tacómetros, se utilizan ampliamente en vehículos ferroviarios. Los tipos comunes incluyen sensores de disco ranurado optoacopladores ^{[ 5 ]} y sensores de efecto Hall .

Los sensores de efecto Hall suelen utilizar un objetivo giratorio acoplado a una rueda, caja de cambios o motor. Este objetivo puede contener imanes o ser una rueda dentada. Los dientes de la rueda modifican la densidad de flujo magnético de un imán situado en el cabezal del sensor. La sonda se monta con su cabezal a una distancia precisa de la rueda objetivo y detecta el paso de los dientes o imanes por su superficie. Un problema de este sistema es que el espacio de aire necesario entre la rueda objetivo y el sensor permite que se acumule polvo ferroso procedente del chasis del vehículo sobre la sonda o el objetivo, lo que dificulta su funcionamiento.

Los sensores optoacopladores están completamente encapsulados para evitar la entrada de contaminantes externos. Las únicas partes expuestas son un conector sellado y una horquilla de accionamiento, que se fija internamente a un disco ranurado mediante un cojinete y un sello. El disco ranurado suele estar intercalado entre dos placas de circuito impreso que contienen un fotodiodo , un fototransistor , un amplificador y circuitos de filtrado que generan una señal de pulsos de onda cuadrada personalizada según los requisitos de voltaje y pulsos por revolución del cliente. Este tipo de sensores suele proporcionar de 2 a 8 canales de salida independientes que pueden ser muestreados por otros sistemas del vehículo, como los sistemas de control automático de trenes y los controladores de propulsión/frenado.

Los sensores instalados alrededor de la circunferencia del disco proporcionan salidas codificadas en cuadratura y, por lo tanto, permiten que la computadora del vehículo determine la dirección de rotación de la rueda. Este es un requisito legal en Suiza para evitar el retroceso al arrancar desde parado. Estrictamente hablando, estos dispositivos no son tacómetros, ya que no proporcionan una lectura directa de la velocidad de rotación del disco. La velocidad debe derivarse externamente contando el número de pulsos en un período de tiempo. Es difícil demostrar de forma concluyente que el vehículo está parado, salvo esperando un tiempo determinado para asegurar que no se produzcan más pulsos. Esta es una de las razones por las que suele haber un retardo entre la parada del tren, tal como la percibe un pasajero, y la apertura de las puertas. Los dispositivos de disco ranurado son sensores típicos utilizados en sistemas de odómetro para vehículos ferroviarios, como los que se requieren para los sistemas de protección de trenes , en particular el Sistema Europeo de Control de Trenes (ETCS) .

Además de medir la velocidad, estas sondas se utilizan a menudo para calcular la distancia recorrida multiplicando las rotaciones de las ruedas por su circunferencia.

Se pueden utilizar para calibrar automáticamente el diámetro de las ruedas comparando el número de rotaciones de cada eje con una rueda de referencia medida manualmente. Dado que todas las ruedas recorren la misma distancia, el diámetro de cada rueda es proporcional a su número de rotaciones con respecto a la rueda de referencia. Esta calibración debe realizarse en reposo a velocidad constante para evitar que el deslizamiento de las ruedas introduzca errores en el cálculo. Este tipo de calibración automática se utiliza para generar señales de tracción y frenado más precisas, y para mejorar la detección del deslizamiento de las ruedas.

Una desventaja de los sistemas que dependen de la rotación de las ruedas para la taquimetría y la odometría es que las ruedas del tren y los rieles son muy lisos y la fricción entre ellos es baja, lo que genera altos índices de error si las ruedas patinan o se deslizan. Para compensar esto, los sistemas de odometría secundarios emplean radares Doppler ubicados debajo del tren para medir la velocidad de forma independiente.

En la grabación de audio analógica , un tacómetro es un dispositivo que mide la velocidad de la cinta de audio al pasar por el cabezal. En la mayoría de las grabadoras de cinta de audio, el tacómetro (o simplemente "tac") es un eje relativamente grande cerca del conjunto de cabezales ERP , aislado de los ejes de alimentación y recogida mediante rodillos tensores.

En muchos registradores, el eje del tacómetro está conectado mediante un eje a un imán giratorio que induce un campo magnético variable sobre un transistor de efecto Hall . Otros sistemas conectan el eje a un estroboscopio , que alterna luz y oscuridad sobre un fotodiodo .

La electrónica de control de la grabadora utiliza señales del tacómetro para asegurar que la cinta se reproduzca a la velocidad correcta. Esta señal se compara con una señal de referencia (ya sea un cristal de cuarzo o la corriente alterna de la red eléctrica ). La comparación de ambas frecuencias regula la velocidad del mecanismo de transporte de la cinta. Cuando la señal del tacómetro y la de referencia coinciden, se dice que el mecanismo de transporte de la cinta está funcionando a la velocidad adecuada. (Aún hoy, en los platós de cine, el director grita "¡Roll sound!" y el técnico de sonido responde "¡Sound speed!". Esto es un vestigio de la época en que los dispositivos de grabación requerían varios segundos para alcanzar una velocidad regulada).

Es importante que la velocidad de la cinta esté perfectamente regulada, ya que el oído humano es muy sensible a los cambios de tono, especialmente a los repentinos. Sin un sistema de autorregulación que controle la velocidad de la cinta sobre el cabezal, el tono podría variar varios puntos porcentuales. Este efecto se conoce como fluctuación de velocidad ( wow -and- flutter) , y una pletina de casete moderna con tacómetro tiene una fluctuación de velocidad del 0,07 %.

Los tacómetros son adecuados para la reproducción de sonido de alta fidelidad , pero no para la grabación sincronizada con una cámara de cine . Para tales fines, deben utilizarse grabadoras especiales que registren el tono piloto .

Las señales del tacómetro se pueden utilizar para sincronizar varias grabadoras de cinta, pero solo si, además de la señal del tacómetro, se transmite una señal direccional para indicar a las grabadoras esclavas en qué dirección se mueve la grabadora maestra.

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