El exceso de velocidad es una condición en la que se permite o se obliga a un motor a girar más allá de su límite de diseño. Las consecuencias de hacer funcionar un motor demasiado rápido varían según el tipo y modelo de motor y dependen de varios factores, los más importantes de los cuales son la duración del exceso de velocidad y la velocidad alcanzada. En algunos motores, un exceso de velocidad momentáneo puede reducir considerablemente la vida útil del motor o provocar una falla catastrófica. [1] La velocidad de un motor normalmente se mide en revoluciones por minuto (rpm). [2] [ cita necesaria ]
A veces se instala un regulador o gobernador para hacer imposible o menos probable el exceso de velocidad del motor. Por ejemplo:
Un extracto presentado por la Asociación del Parque Nacional Marítimo de San Francisco ilustra los tipos de sistemas de exceso de velocidad con gobernador y control del motor. [4] Los limitadores de velocidad son centrífugos o hidráulicos. [4] Los gobernadores centrífugos dependen de la fuerza giratoria creada por su propio peso. [4] Los gobernadores hidráulicos utilizan la fuerza centrífuga pero impulsan un medio para realizar la misma tarea. [4] El limitador de velocidad se implementa en la mayoría de los motores diésel marinos. [4] El gobernador es una medida de seguridad que actúa cuando el motor se acerca al exceso de velocidad y desconectará el motor si falla el regulador. [4] Se apaga el motor cortando la inyección de combustible haciendo que la fuerza centrífuga actúe sobre las palancas vinculadas al collar del regulador. [4]
Las velocidades excesivas en las turbinas de las centrales eléctricas pueden ser catastróficas y provocar fallas debido a que los ejes y las palas de las turbinas están desequilibrados y potencialmente lanzan sus palas y otras piezas metálicas a velocidades muy altas. [5] Existen diferentes salvaguardas, que incluyen un sistema de protección mecánico y eléctrico. [6]
La protección mecánica contra el exceso de velocidad se realiza mediante sensores. [6] El sistema se basa en la fuerza centrípeta del eje, un resorte y un peso. [6] En el punto de sobrevelocidad diseñado, el punto de equilibrio del peso se desplaza, lo que hace que la palanca libere una válvula que hace que el cabezal de aceite de viaje pierda presión debido al drenaje. [6] Esta pérdida de aceite afecta la presión y mueve un mecanismo de disparo para luego desconectar el sistema. [6]
Un sistema eléctrico de detección de exceso de velocidad implica un engranaje con dientes y sondas. [6] Estas sondas detectan qué tan rápido se mueven los dientes y, si se mueven más allá de las rpm designadas , lo transmiten al solucionador lógico (detección de exceso de velocidad). El solucionador lógico dispara el sistema enviando el exceso de velocidad al relé de disparo, que está conectado a una válvula operada por solenoide . [6]
En turbinas y muchos otros dispositivos mecánicos utilizados para la generación de energía, es fundamental que los tiempos de respuesta de los sistemas de prevención de exceso de velocidad sean lo más precisos posible. [7] Si la respuesta se desvía incluso por una fracción de segundo, puede provocar que las turbinas y su carga accionada (es decir, compresor, generador, bomba, etc.) sufran daños catastróficos y pongan en riesgo a las personas. [7]
Los sistemas mecánicos de sobrevelocidad en las turbinas se basan en un equilibrio entre la fuerza centrípeta del eje giratorio impartida sobre un peso fijado al extremo de una pala de la turbina. [7] En el punto de disparo especificado, este peso hace contacto físico con una palanca que libera el cabezal de aceite de disparo, que mueve directamente un perno de disparo y/o un circuito hidráulico para activar las válvulas de cierre para cerrar. [7] Debido a que el contacto con la palanca se produce en un ángulo relativamente limitado, hay un tiempo de respuesta de disparo máximo de 15 ms (es decir, 0,015 segundos). [7] El problema con estos dispositivos tiene menos que ver con el tiempo de respuesta que con la latencia de respuesta y la variabilidad en el punto de disparo debido al bloqueo de los sistemas. [7] Algunos sistemas agregan dos pernos de disparo para redundancia, lo que permite reducir la latencia de respuesta a la mitad. [7]
Los sistemas eléctricos de sobrevelocidad en las turbinas se basan en una multitud de sondas que detectan la velocidad midiendo los pasos de los dientes de un engranaje recto. [7] Utilizando un solucionador lógico digital, el sistema de sobrevelocidad determina las rpm del eje de la hélice dada la relación entre el engranaje y el eje. [7] Si las rpm del eje son demasiado altas, genera un comando de disparo que desenergiza un relé de disparo. [7] La respuesta al exceso de velocidad varía de un sistema a otro, por lo que es clave verificar las especificaciones del fabricante del equipo original para establecer el tiempo de disparo por exceso de velocidad en consecuencia. [7] Normalmente, a menos que se especifique lo contrario, el tiempo de respuesta para cambiar el relé de salida será de 40 ms. [7] Este tiempo incluye el tiempo necesario para que las sondas detecten la velocidad, la comparen con un punto de ajuste de sobrevelocidad, calculen los resultados y finalmente emitan el comando de disparo. [7]
Al configurar, probar y ejecutar cualquier sistema de exceso de velocidad en turbinas o motores diésel, un factor que se considera es la sincronización. [4] Esto se debe a que la respuesta al exceso de velocidad suele ser demasiado rápida para que la gente la note.
Existe un fuerte argumento para instrumentar los sistemas de disparo de tal manera que se pueda medir la respuesta total del sistema. De esta manera, durante una prueba, un cambio en la respuesta podría indicar una degradación que podría comprometer la protección del sistema o señalar un componente defectuoso.
— Scott, 2009, p.161 [6]
La responsabilidad de calibrar la respuesta correcta al exceso de velocidad para un sistema específico recae en el fabricante. Sin embargo, la variabilidad siempre está presente y es importante que el propietario/operador comprenda el sistema en caso de mantenimiento, reemplazo o adaptación de piezas obsoletas o desgastadas. [6] Después de que se haya producido un exceso de velocidad, es esencial comprobar si todas las piezas de la maquinaria están sometidas a tensión. [8] El primer punto de partida para las turbinas de impulso es el rotor. [8] En el rotor, hay orificios de equilibrio [9] que igualan la diferencia de presión entre las turbinas y, si se deformaran, requerirían el reemplazo de todo el rotor. [8]
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