Tipos de reguladores para Motores Utilizados en buques

Un regulador es un sistema que se utiliza para mantener la velocidad media de un motor, dentro de ciertos límites, en condiciones de carga fluctuantes. Lo hace regulando y controlando la cantidad de combustible suministrada al motor. Por lo tanto, el regulador limita la velocidad del motor cuando funciona en la condición de funcionamiento sin carga, es decir, regula el régimen de ralentí y garantiza que el régimen del motor no supere el valor máximo especificado por los fabricantes.

Todos los buques marinos necesitan un sistema de control de velocidad para controlar y regular la velocidad de la planta de propulsión que se utiliza a bordo, ya que puede haber un gran número de variaciones que surgen en la carga del motor, que pueden dañar el motor y causar pérdida de vida y equipo. Las variaciones en la carga en el motor pueden surgir debido a varios factores, como el mar agitado, el balanceo y el cabeceo del buque, la estructura del buque comprometida, los cambios en el peso del buque, entre otros.

Los reguladores también están instalados en motores diesel auxiliares o generadores, y alternadores en el barco.

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Clasificación de los reguladores sobre la base del diseño y la construcción

Estos reguladores consisten en bolas ponderadas, o pesos volantes, que experimentan una fuerza centrífuga cuando se giran por la acción del cigüeñal del motor. Esta fuerza centrífuga actúa como fuerza de control y se utiliza para regular el combustible suministrado al motor a través de un mecanismo de estrangulamiento conectado directamente a los bastidores de inyección. Estos conjuntos de peso son pequeños y, por lo tanto, la fuerza generada no es suficiente para controlar las bombas de inyección de motores grandes. Se pueden utilizar donde no se requiere un control de velocidad exacto. Tienen una banda muerta grande y una salida de potencia pequeña.

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Ventajas de los reguladores mecánicos

1. Son baratos.
2. Se pueden utilizar cuando no es necesario mantener una velocidad exacta en función de la carga.
3. Son de construcción simple y tienen solo unas pocas piezas.

Gobernadores hidráulicos

En los gobernadores hidráulicos, el conjunto ponderado está conectado a una válvula de control, en lugar de a los bastidores de control de combustible directamente, como es el caso de un gobernador mecánico. Esta válvula es responsable de dirigir el fluido hidráulico que controla los estantes de combustible y, por lo tanto, la potencia o velocidad de un motor. Se puede generar una fuerza mayor y estos reguladores encuentran aplicación en motores de tamaño mediano a grande. En estos días, la mayoría de los barcos utilizan reguladores hidráulicos y se están adaptando con controles electrónicos.

Ventajas y desventajas de los reguladores hidráulicos

1. Tienen una salida de alta potencia,

2. Tienen alta precisión y precisión

3. Tienen una alta eficiencia

4. El mantenimiento de los gobernadores hidráulicos es fácil

Gobernadores electrohidráulicos

Este tipo de gobernadores tienen un actuador con dos secciones: un respaldo hidráulico mecánico y un gobernador eléctrico. En caso de fallo del regulador eléctrico, la unidad puede estar en control manual, en el regulador de respaldo mecánico-hidráulico. El regulador mecánico se ajusta a una velocidad que es más alta que la velocidad nominal, la velocidad y la carga de todo el sistema son controladas por el regulador eléctrico. El sistema tiene una válvula de control electrónico que está conectada a la armadura en un campo electromagnético.

Una ECB (Caja de Control Electrónico), envía una señal al campo que posiciona la armadura y, por lo tanto, la válvula de control que regula el suministro de combustible. El control eléctrico anula el modo mecánico-hidráulico cuando el sistema está configurado en la operación electrónica.

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Ventajas de los Reguladores electrónicos

1. Respuesta más rápida a los cambios de carga

2. Las funciones de control se pueden integrar fácilmente en los reguladores

3. La presencia de indicadores y controles ha implementado automatización

4. Pueden montarse en posiciones alejadas del motor y eliminan o reducen la necesidad de accionamientos de regulador

Clasificación de los reguladores sobre la base de sus Principios de funcionamiento

Casi todos los tipos de reguladores están equipados con un conjunto de peso mosca. Dos o cuatro pesos volantes están montados en una cabeza esférica giratoria que es accionada directamente por el eje del motor, utilizando un conjunto de transmisión por engranajes. La rotación de las cabezas esféricas crea una fuerza centrífuga que actúa sobre los pesos volantes del conjunto y hace que se muevan hacia afuera, lejos de su eje de rotación. A medida que aumenta la velocidad de rotación y el grado de movimiento hacia afuera de los pesos volantes también aumenta, y viceversa, y por lo tanto, el movimiento de los pesos volantes depende de la velocidad del motor.

Se instala un resorte para contrarrestar la fuerza centrífuga generada en los pesos volantes y los fuerza hacia su posición inicial. Esta primavera se conoce como la primavera del speeder. La posición de los pesos volantes y su movimiento hacia afuera se transmite a un huso (esto puede hacerse a través de un collar), que es libre de moverse de manera recíproca. El movimiento de este husillo, que forma el manguito de control, acciona un acoplamiento al control de la bomba de combustible y, en última instancia, controla la cantidad de combustible inyectado.

En circunstancias normales de funcionamiento, es decir, velocidad y cargas constantes, el manguito de control permanece estacionario, ya que la fuerza sobre los pesos volantes se equilibra con la fuerza de reacción ejercida por el resorte de velocidad.

A medida que aumenta la carga en el motor, la velocidad del motor se reduce y el manguito de control se mueve hacia abajo, a medida que la fuerza ejercida sobre él por el resorte de velocidad supera la fuerza ejercida por los pesos volantes.

El movimiento hacia abajo del manguito está vinculado a los bastidores de control de combustible, de modo que aumenta el suministro de combustible y, por lo tanto, la potencia generada por el motor. La fuerza en los pesos volantes aumenta con las RPM del motor y, una vez más, el sistema vuelve al equilibrio.

A medida que disminuye la carga del motor, aumenta su velocidad. Los pesos volantes se mueven hacia afuera y, a su vez, el manguito de control se mueve hacia arriba a medida que la fuerza centrífuga supera la fuerza del resorte del acelerador. El movimiento del manguito acciona la bomba de combustible, la entrega de combustible se reduce, por lo tanto, la velocidad del motor se reduce y el sistema entra en equilibrio.

Control hidráulico

En este caso, los pesos volantes están conectados hidráulicamente al conjunto de control de combustible. Este sistema consiste en una válvula de control piloto que está conectada al husillo regulador y un pistón. El pistón se conoce como pistón de potencia y controla la cantidad de combustible entregada al motor. Se actúa sobre él por la fuerza de un resorte y el fluido hidráulico en lados opuestos. La cantidad de aceite en el sistema, y posteriormente, la presión hidráulica en el pistón, es regulada por la válvula piloto que en última instancia es controlada por el conjunto de peso mosca.

El manguito de la válvula de control está abierto en la parte inferior, donde hay un sumidero de aceite en la parte inferior de la carcasa del regulador. Una bomba de engranajes que suministra aceite hidráulico de alta presión al sistema toma succión del sumidero de aceite. Es impulsado por el eje de transmisión del gobernador. Un acumulador con resorte está presente que mantiene el cabezal de presión requerido del aceite y permite el drenaje del exceso de aceite al sumidero.

En caso de operaciones de velocidad y carga constantes, la válvula se coloca para bloquear los puertos en el manguito de la válvula y, por lo tanto, el paso de aceite al pistón de potencia, que permanece estacionario bajo las fuerzas equilibradas.

Un aumento de la carga disminuye el régimen del motor. En este caso, los pesos volantes se mueven hacia adentro, y el husillo regulador se mueve hacia abajo bajo la acción de la fuerza del resorte de velocidad. Este movimiento baja la válvula de control piloto que dirige el aceite a la parte inferior del pistón de potencia.

A medida que la presión hidráulica en el pistón supera la fuerza del resorte que actúa sobre él, el pistón se mueve hacia arriba y se aumenta el suministro de combustible al motor del sistema. por lo tanto, aumenta su velocidad. Una vez que aumentan las RPM del motor, la válvula de control vuelve a su posición inicial que bloquea la entrega de fluido hidráulico al pistón de potencia.

Por otro lado, a medida que disminuye la carga en el motor y aumenta su velocidad, el movimiento hacia afuera de los pesos volantes bajo la acción de la fuerza centrífuga adicional causa un movimiento ascendente posterior del husillo y, por lo tanto, la válvula de control piloto también se eleva. Esto abre el puerto de tal manera que el aceite hidráulico en el sistema fluye al sumidero de aceite desde debajo del pistón de potencia a través de un conducto de drenaje. El pistón de potencia se mueve hacia abajo bajo la acción de la fuerza del resorte y la presión hidráulica reducida y, por lo tanto, reduce la cantidad de combustible suministrado al motor. Esto reduce la velocidad del motor y, en consecuencia, las fuerzas en los pesos volantes se equilibran una vez más.

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Sensibilidad del regulador

Para aumentar la sensibilidad del regulador y evitar una corrección excesiva por parte del sistema, se incorpora un mecanismo de compensación en el diseño del regulador. En el caso de un regulador hidráulico, un émbolo está presente en el eje del pistón de potencia y en el eje de transmisión. Estos se conocen como émbolo de compensación de accionamiento y émbolo de compensación de recepción, respectivamente.

El émbolo de compensación se mueve en un cilindro que está lleno del fluido hidráulico. Este émbolo se mueve en la misma dirección que el pistón de potencia. El movimiento hacia abajo del pistón de potencia debido al aumento de la velocidad del motor también mueve el émbolo compensador hacia abajo. Debido a esto, el émbolo extrae aceite de un cilindro presente debajo del casquillo de la válvula piloto. Esto crea una succión por encima del émbolo de compensación de recepción, que es una parte del casquillo. El buje se mueve hacia arriba y cierra el puerto al pistón de potencia.

Por lo tanto, el puerto de la válvula piloto se abre el tiempo suficiente para que la velocidad del motor vuelva a la velocidad establecida y evite la sobrecorrección. A medida que los pesos de vuelo y la válvula piloto regresan a su posición central, el aceite que fluye a través de la válvula de aguja permite que el buje de la válvula piloto también alcance su posición central.

El buje y el émbolo deben descender a la misma velocidad para mantener el puerto cerrado, por lo que la válvula de aguja debe ajustarse cuidadosamente para permitir que pase la cantidad correcta de aceite. Esto depende de los requisitos del motor según el fabricante. En caso de disminución del régimen del motor, el émbolo compensador de accionamiento se mueve hacia arriba y la presión sobre el émbolo compensador de recepción aumenta. Se mueve hacia arriba con el buje de la válvula piloto.

El puerto que conduce al cilindro de potencia permanece cerrado y el exceso de aceite se drena a través de la válvula de aguja. El buje se devuelve a su posición central.

Sistema electrónico

Un regulador electrónico proporciona un ajuste de velocidad del motor desde la condición sin carga hasta la carga completa. Consta de un Controlador, una Pastilla Electromagnética (MPU) y un actuador (ACT) para llevar a cabo el control y la regulación de velocidad necesarios. La MPU es un microgenerador y tiene un campo magnético. Consiste en un imán permanente con un devanado de bobina externo. Como se muestra en el diagrama, la MPU se instala por encima de los dientes del volante y, dependiendo de su distancia a los dientes del engranaje o la ranura, el campo magnético de la MPU varía de un máximo a un mínimo, respectivamente.

Debido al campo magnético interno en constante cambio, se genera una tensión de CA y una frecuencia en la bobina conductora externa. Esta tensión de CA sigue la velocidad del volante de inercia. Este es el aspecto más importante del sistema de control electrónico, ya que el regulador convierte la frecuencia obtenida en una señal de voltaje de CC. Luego compara esto con un voltaje establecido. Los resultados se calculan mediante un control PID (Proporcional-integral-diferencial) y, finalmente, la salida llega al actuador que implementa las correcciones necesarias en el suministro de combustible al motor.

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El controlador electrónico tiene diferentes modos de operación para implementar varias funciones. Estos incluyen;

1. Detectar el arranque de un motor y, posteriormente, dirigir el suministro de combustible.

2. Supresión del humo generado por el motor a medida que aumenta su velocidad.

3. Ajustando el porcentaje de caída. A continuación se ofrece una explicación detallada del porcentaje de caída.

4. Control remoto de velocidad.

5. Funcionamiento a velocidad de ralentí: Proporciona un control de velocidad fijo sobre toda la capacidad de par del motor.

6. Control de velocidad máxima: Se utiliza para eliminar el exceso de velocidad del motor

Mantenimiento de los reguladores

• El regulador siempre debe mantenerse limpio y libre de aceite lubricante sucio.
• Se debe realizar un lavado regular del sistema con el aceite lubricante adecuado.
• El fluido hidráulico y el aceite lubricante deben tener la viscosidad correcta según lo establecido por los fabricantes.
• Los niveles de aceite del sistema deben mantenerse y comprobarse.
• El regulador no debe ser manipulado, y las reparaciones y la operación deben llevarse a cabo solo por operadores experimentados.

¿Qué es Droop?

A medida que aumenta la carga en el motor, aumenta el suministro de combustible al motor y, sin embargo, se permite que funcione a una velocidad proporcionalmente más baja. Esta característica de un sistema de gobierno se denomina caída. Cuando más de un motor principal está conectado al mismo eje, como en el caso de la generación de energía eléctrica, la caída permite una división estable de la carga entre ellos.

El motor principal se puede ejecutar en el modo de control de velocidad de caída, en el que su velocidad de marcha se establece como un porcentaje de la velocidad real. A medida que la carga en el generador aumenta de sin carga a plena carga, la velocidad real del motor (motor principal) tiende a disminuir. Para aumentar la potencia de salida en este modo, se aumenta la referencia de velocidad del motor principal y, por lo tanto, se aumenta el flujo de fluido de trabajo (combustible) al motor principal. Se mide como un porcentaje de acuerdo con la fórmula;

% de caída = (Velocidad sin carga – Velocidad a plena carga) / Velocidad sin carga

¿De qué sirve el resorte de velocidad?

La velocidad controlada del motor se ajusta cambiando la tensión del resorte de ajuste de velocidad, que también se conoce como resorte de velocidad. La tensión del resorte contrarresta la fuerza ejercida por el volante de inercia sobre el husillo. La presión del resorte determina la velocidad del motor que es necesaria para que los pesos volantes mantengan su posición central.

¿Qué es Deadband?

La banda muerta de un regulador da el rango de velocidad después del cual el regulador comienza a funcionar para realizar ajustes correctivos. Dentro de este rango, el gobernador no opera en absoluto. El ancho de la banda muerta es inversamente proporcional a la sensibilidad del regulador.

¿Qué es la caza?

La fluctuación continua de la velocidad del motor en torno a la velocidad media requerida se conoce como caza. Esto sucede cuando el regulador es demasiado sensible y cambia el suministro de combustible incluso con un pequeño cambio en las RPM del motor. Suministra demasiado combustible o demasiado menos y el manguito del gobernador se mueve repetidamente a su posición más alta. Este ciclo continúa indefinidamente y se dice que el motor caza.

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