Un regulador centrífugo es un tipo específico de regulador con un sistema de retroalimentación que controla la velocidad de un motor regulando el flujo de combustible o fluido de trabajo , de modo de mantener una velocidad casi constante. Utiliza el principio de control proporcional .
Los reguladores centrífugos, también conocidos como "reguladores centrífugos" y "reguladores de bola de vuelo", fueron inventados por Christiaan Huygens y utilizados para regular la distancia y la presión entre las muelas 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 el cilindro (s), [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 de diversos combustibles , y en algunos relojes de sonería modernos .
Un regulador simple no mantiene una velocidad exacta sino un rango de velocidad, ya que al aumentar la carga el regulador abre el acelerador a medida que la velocidad (RPM) disminuye.
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Los dispositivos que se muestran se encuentran en máquinas de vapor. La potencia se suministra al regulador desde el eje de salida del motor mediante una correa o cadena conectada a la rueda de correa inferior. El regulador está conectado a una válvula de mariposa que regula el flujo de fluido de trabajo (vapor) que alimenta al motor primario . A medida que aumenta la velocidad del motor primario, el eje central del regulador gira a un ritmo más rápido y la energía cinética de las bolas aumenta. Esto permite que las dos masas en los brazos de palanca se muevan hacia afuera y hacia arriba contra la gravedad. Si el movimiento es lo suficientemente largo, 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 velocidad del fluido de trabajo que entra en el cilindro y se controla la velocidad del motor primario, lo que evita el exceso de velocidad.
Se pueden utilizar 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 regulador de dos brazos y dos bolas es su dependencia de la gravedad, y que el regulador debe permanecer en posición vertical con respecto a la superficie de la Tierra para que la gravedad retraiga las bolas cuando el regulador disminuye su velocidad.
Se pueden construir reguladores que no utilicen la fuerza de la gravedad, 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. Las dos pesas en los extremos opuestos del brazo pivotante contrarrestan cualquier efecto gravitacional, pero ambas pesas utilizan la fuerza centrífuga para trabajar contra el resorte e intentar rotar el brazo pivotante hacia un eje perpendicular en relación con el eje giratorio.
Los reguladores no gravitacionales retraídos por resorte se utilizan 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 acoplar/desacoplar 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 reguladores centrífugos fueron inventados por Christiaan Huygens y utilizados para regular la distancia y la presión entre las piedras de molino en los molinos de viento en el siglo XVII. [4] [5]
James Watt diseñó su primer regulador en 1788 siguiendo una sugerencia de su socio comercial Matthew Boulton . Se trataba de un regulador de péndulo cónico y una de las últimas series de innovaciones que Watt había empleado para las máquinas de vapor. Una estatua gigante del regulador de Watt se encuentra en Smethwick, en las West Midlands inglesas .
Los reguladores centrífugos se utilizaron más ampliamente 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 por diversos combustibles , y en algunos relojes de sonería modernos .
En muchos relojes repetidores modernos se utilizan reguladores centrífugos para limitar la velocidad del tren de sonería , de modo que el repetidor no funcione demasiado rápido.
Otro tipo de regulador 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 regulador centrífugo se utiliza a menudo en las ciencias cognitivas como un ejemplo de un sistema dinámico , en el que la representación de la información no se puede separar claramente de las operaciones que se aplican a la representación. Y, debido a que el regulador es un servomecanismo , su análisis en un sistema dinámico no es trivial. En 1868, James Clerk Maxwell escribió un famoso artículo " Sobre los reguladores " [6] que se considera ampliamente un clásico en la teoría del control por retroalimentación. Maxwell distingue entre moderadores (un freno centrífugo ) y reguladores que controlan la entrada de potencia motriz . Considera dispositivos de James Watt , el profesor James Thomson , Fleeming Jenkin , William Thomson , Léon Foucault y Carl Wilhelm Siemens (un regulador líquido).
En su famoso artículo de 1858 a la Sociedad Linneana , que llevó a Darwin a publicar El origen de las especies , Alfred Russel Wallace utilizó a los gobernadores como metáfora del principio evolutivo :
La acción de este principio es exactamente como la del regulador 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 jamás una magnitud notoria, porque se haría sentir desde el primer paso, haciendo que la existencia sea difícil y la extinción casi con seguridad se produciría pronto. [7]
El cibernético y antropólogo Gregory Bateson consideró muy positiva la analogía de Wallace y analizó el tema en su libro de 1979 Mente y naturaleza: una unidad necesaria , y otros académicos han seguido explorando la conexión entre la selección natural y la teoría de sistemas . [8]
El gobernador centrífugo forma parte del escudo de la ciudad de Manchester, New Hampshire, en los EE. UU., y también se utiliza en la bandera de la ciudad. En 2017, los votantes rechazaron un intento de cambiar el diseño. [9]
Un regulador centrífugo estilizado también forma parte del escudo de armas de la Autoridad Sueca del Entorno Laboral .
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