Un gobernador centrífugo es un tipo específico de gobernador 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 .
Los gobernadores centrífugos, también conocidos como "reguladores centrífugos" y "gobernadores de bola voladora", fueron inventados por Christiaan Huygens y utilizados para regular la distancia y la presión entre las piedras de los molinos de viento en el siglo XVII. [1] [2] En 1788, James Watt adaptó uno para controlar su máquina de vapor , donde regula la admisión de vapor en los cilindros , [3] un desarrollo que resultó tan importante que a veces se le llama el inventor. El uso más amplio 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 y turbinas alimentadas de diversos combustibles , y en algunos relojes modernos .
Un gobernador simple no mantiene una velocidad exacta sino un rango de velocidad, ya que al aumentar la carga el gobernador abre el acelerador a medida que la velocidad (RPM) disminuye.
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Los dispositivos que se muestran están en máquinas de vapor. La energía se suministra al gobernador desde el eje de salida del motor mediante una correa o cadena conectada a la rueda de la correa inferior. El gobernador está conectado a una válvula de mariposa que regula el flujo de fluido de trabajo (vapor) que suministra al motor primario . A medida que aumenta la velocidad del motor primario, el husillo central del regulador gira a mayor velocidad y aumenta la energía cinética de las bolas. Esto permite que las dos masas en los brazos de palanca se muevan hacia afuera y hacia arriba contra la gravedad. Si el movimiento va lo suficientemente lejos, este movimiento hace que los brazos de palanca tiren hacia abajo de un cojinete de empuje , que mueve un varillaje de viga, lo que reduce la apertura de una válvula de mariposa. De este modo se reduce la tasa de fluido de trabajo que ingresa al cilindro y se controla la velocidad del motor primario, evitando el exceso de velocidad.
Se pueden usar topes mecánicos para limitar el rango de movimiento del acelerador, como se ve cerca de las masas en la imagen de la derecha.
Una limitación del gobernador de dos brazos y dos bolas es su dependencia de la gravedad, y que el gobernador debe permanecer erguido en relación con la superficie de la Tierra para que la gravedad retraiga las bolas cuando el gobernador reduce la velocidad.
Se pueden construir gobernadores que no utilicen fuerza gravitacional, utilizando un solo brazo recto con pesas en ambos extremos, un pivote central unido a un eje giratorio y un resorte que intenta forzar las pesas hacia el centro del eje giratorio. Los dos pesos en los extremos opuestos del brazo de pivote contrarrestan cualquier efecto gravitacional, pero ambos pesos usan fuerza centrífuga para trabajar contra el resorte e intentan girar el brazo de pivote hacia un eje perpendicular con respecto al eje giratorio.
Los gobernadores no gravitacionales retraídos por resorte se usan comúnmente en motores de inducción de corriente alterna (CA) monofásicos para apagar la bobina del campo de arranque cuando la velocidad de rotación del motor es lo suficientemente alta.
También se utilizan comúnmente en transmisiones continuamente variables (CVT ) de motos de nieve y vehículos todo terreno (ATV), tanto para activar/desactivar el movimiento del vehículo como para variar la relación del diámetro de la polea de la transmisión en relación con las revoluciones por minuto del motor .
Los gobernadores centrífugos fueron inventados por Christiaan Huygens y utilizados para regular la distancia y la presión entre las piedras de los molinos de viento en el siglo XVII. [4] [5]
James Watt diseñó su primer gobernador en 1788 siguiendo una sugerencia de su socio comercial Matthew Boulton . Era un gobernador de péndulo cónico y una de la última serie de innovaciones que Watt había empleado para las máquinas de vapor. Una estatua gigante del gobernador de Watt se encuentra en Smethwick , en las Midlands Occidentales inglesas .
El uso más amplio 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 y turbinas alimentadas de diversos combustibles , y en algunos relojes modernos .
Los gobernadores centrífugos se utilizan en muchos relojes de repetición modernos para limitar la velocidad del tren de choque , de modo que el repetidor no funcione demasiado rápido.
Otro tipo de gobernador centrífugo consiste en un par de masas sobre un eje dentro de un cilindro, las masas o el cilindro están recubiertos con pastillas, algo así como un embrague centrífugo o un freno de tambor . Esto se utiliza en un tocadiscos con resorte y en un dial telefónico con resorte para limitar la velocidad.
El gobernador centrífugo se utiliza a menudo en las ciencias cognitivas como ejemplo de sistema dinámico , en el que la representación de la información no puede separarse claramente de las operaciones que se aplican a la representación. Y, debido a que el gobernador es un servomecanismo , su análisis en un sistema dinámico no es trivial. En 1868, James Clerk Maxwell escribió un famoso artículo " Sobre los gobernadores " [6] que se considera un clásico de la teoría del control por retroalimentación . Maxwell distingue moderadores (un freno centrífugo ) y gobernadores que controlan la entrada de energía motriz . Considera dispositivos de James Watt , el profesor James Thomson , Fleeming Jenkin , William Thomson , Léon Foucault y Carl Wilhelm Siemens (un gobernador líquido).
En su famoso artículo de 1858 para la Linnean Society , que llevó a Darwin a publicar El origen de las especies , Alfred Russel Wallace utilizó los gobernadores como metáfora del principio evolutivo :
La acción de este principio es exactamente igual a la del gobernador centrífugo de la máquina de vapor, que controla y corrige cualquier irregularidad casi antes de que se haga evidente; y de la misma manera, ninguna deficiencia desequilibrada en el reino animal puede alcanzar alguna magnitud notoria, porque se haría sentir desde el primer paso, dificultando la existencia y haciendo casi segura la extinción. [7]
Bateson volvió a abordar el tema en su libro de 1979 Mind and Nature: A Necessary Unity , y otros académicos han seguido explorando la conexión entre la selección natural y la teoría de sistemas . [8]
Un gobernador centrífugo forma parte del sello de la ciudad de Manchester, New Hampshire en EE. UU. y también se utiliza en la bandera de la ciudad. Los votantes rechazaron un esfuerzo de 2017 para cambiar el diseño. [9]
Medios relacionados con los gobernadores centrífugos en Wikimedia Commons