Mantenimiento

REGULADORES


INTRODUCCIÓN

Los reguladores de velocidad de acción directa se utilizan para mantener la velocidad de una máquina o mecanismo dentro de unos límites de tolerancia que, en general, están relacionados con unos requerimientos de calidad determinados.

Se aplican en sistemas tales como motores endotérmicos, turbinas, máquinas hidráulicas, etc., que son sometidas a variacionesde carga acíclicas, aunque sus propiedades también son aprovechadas para la medición de velocidades y aceleraciones (tacómetros y acelerómetros).
En síntesis, el regulador de velocidad es un sistema de control automático con realimentación: hay una variable a controlar (la velocidad de la máquina), una señal de entrada (las variaciones de velocidad) y una señal de salida (el movimiento deldistribuidor o controlador de potencia). La relación entre estas señales viene determinada por una función de transferencia que, a su vez, está definida por el diseño del mecanismo regulador. En la actualidad existe una gran variedad de diseños, desde los reguladores de contrapesos, reguladores de bolas, de masas deslizantes, etc., que se basan en el efecto de la fuerza centrífuga, hasta reguladores queaprovechan los efectos de la aceleración tangencial.
El diseño del regulador está condicionado por las características de la máquina en la que se instala en cuanto a sus especificaciones de potencia, tamaño, compacidad, calidad de funcionamiento y coste de fabricación. La calidad, por ejemplo, está normalizada en algunas máquinas y definida por cuatro variables que se miden en la respuesta a uncambio de carga:
• El tiempo de respuesta.
• El tiempo de estabilización.
• El valor de cresta o pico.
• El intervalo de velocidades entre la plena carga y la marcha en vacío.
El diseño del regulador deberá, pues, cumplir con una serie de requerimientos para los que habrá que encontrar una solución óptima o, al menos, una solución de compromiso, lo cual no siempre es fácil, habida cuenta deque los requerimientos de las máquinas actuales son notablemente más rigurosos que los de las construidas en la época de Watt.

ESTÁTICA DEL REGULADOR

El método más extendido para el diseño de un regulador tiene en general tres fases [4
1) Síntesis del mecanismo considerando la geometría de los componentes de la máquina que son afectados por el regulador.
Fundamentalmente se trata de unasíntesis de posición, para la cual el controlador debe alcanzar determinados puntos según la potencia requerida y la velocidad de la máquina. En esta fase se determinan las dimensiones de los eslabones y las características de transmisión de movimientos.
2) Análisis de la Estática del mecanismo, mediante el estudio de las fuerzas que intervienen en las posiciones de equilibrio. Se determinan en estafase las características de las masas, muelles y otros elementos relacionados con las fuerzas. Por último, se definen la curva o curvas características del regulador.
3) Ensayo en banco de pruebas y correcciones posteriores.
Es obvio que estas tres fases de la labor de diseño son insuficientes cuando se pretende alcanzar ciertos grados de calidad, ya que el regulador es un sistema dinámico quesuele estar continuamente en movimiento y donde las fuerzas de inercia juegan un papel esencial.

DINÁMICA DEL REGULADOR

Considerando su comportamiento dinámico, el regulador es un sistema vibrante. Su vibración suele ser amortiguada y, aunque está sometido a fuerzas externas, éstas no son periódicas y su forma y comportamiento dependen de las características de la máquina. Se dan también en lapráctica casos de vibraciones autoexcitadas producidas por aquellas fuerzas.
El análisis dinámico puede realizarse aplicando las leyes de la Mecánica para obtener una o varias ecuaciones diferenciales que definan el movimiento
Estas ecuaciones pueden tratarse posteriormente aplicando la Teoría de Sistemas para estudiar su comportamiento temporal y en frecuencia (estabilidad, frecuencia de...