Reguladores de Velocidad

   En las máquinas térmicas (máquinas de vapor, motores a combustión interna) la presión del vapor o de los gases imprime al émbolo un movimiento alternativo que se transforma en movimiento de rotación en la mayoría de los casos por un mecanismo de biela y manivela. En las turbinas, el fluido circulante imprime un movimiento de rotación directa, haciendo innecesaria la transformación del movimiento.

  El regulador es el mecanismo encargado de equilibrar en los motores el par motor y el par resistente, a fin de que en régimen la máquina gire a velocidad constante.
 

Modelo de Regulador de Watt

El dispositivo de regulación consiste, en primer lugar de un indicador de velocidad o tacómetro (taquímetro) que recibe generalmente el nombre de regulador, y en segundo lugar de un dispositivo que, por la acción del regulador, actúa sobre la distribución del motor y su entrada de combustible.     El regulador más sencillo es el de Watt. La separación de las esferas es función de la velocidad de rotación (de la fuerza centrífuga debida a la rotación).    El eje del regulador es movido por medio de engranajes o por correas, y gira a una velocidad angular que arrastra en su movimiento las dos masas, en general de forma esférica; cuya distancia al eje es variable, y por efecto de la fuerza centrífuga se separan. Aplicando el teorema de D'Alembert el estudio del regulador en movimiento, se interpreta como un sistema de fuerzas en equilibrio añadiendo a las fuerzas exteriores las fuerzas de inercia, que en este caso se reducen a las fuerzas centrífugas de las masas.

    El par motor no es en general constante y sus valores varían periódicamente según una ley que depende del tipo de máquina, mientras que el par resistente puede ser constante o variable, en este último caso la ley de variación será en general distinta que la del par motor. Resulta pués que en cada instante es sumamente difícil lograr un equilibrio entre el par motor y el par resistente. Cuando el par motor sea superior al par resistente, será necesario absorber el exceso de energía, y cuando el par resistente sea superior al par motor, se cederá la energía que falta.
 

Regulador de Proell

Un regulador más elaborado que el anterior, es el de Proell, en donde mediante una masa central se logra solucionar los inconvenientes de la alinealidad en las curvas de respuesta.     Vemos una aplicación del regulador Proell para la regulación de vapor en una turbina Zoelly. El modelo utiliza un servo-motor como amplificador hidráulico de fuerza para el movimiento de la válvula de regulación.

Servo-motor y Regulador para turbina

   La mayoría de los motores (excepto la mayoría de los motores eléctricos y algunas turbinas radiales) tienden a embalarse (acelerarse) al disminuir el par resistente, mientras que si dicho par aumenta, la velocidad del motor disminuye hasta anularse. Las masas en movimiento giratorio pueden absorber el exceso de energía (o el defecto) durante un corto espacio de tiempo, pero no pueden, como se comprende, absorver una diferencia durante un largo tiempo entre la potencia de la máquina y la resistente. Esto se consigue de distintas maneras: estrangulando el vapor y disminuyendo por lo tanto la presión en las turbinas de vapor, variando la entrada de agua en la hidráulicas, o modificando la relación de aire-combustible en los motores a combustión.
 

A la derecha vemos al regulador de Tolle, en donde las masas oscilantes son piezas cilíndricas que en los tipos grandes están partidas. Son reguladores con resortes transversales (visibles) y longitudinal (sobre el eje - no visible). Con esto se logra un regulador de pequeño rozamiento que permite variaciones independientes del número de vueltas y del grado de irregularidad.     A la izquierda y más atrás, vemos un regulador de Beyer (del tipo antiguo) de suspensión indirecta. La caja del regulador se utiliza también como carga del manguito. Son reguladores con un resorte longitudinal. Otro modelo tiene las esferas hacia arriba.

Reguladores de Tolle y de Beyer (antiguo)

   En los reguladores a resortes transversales, como el Hartung, la tensión del resorte equilibra la fuerza centrífuga de las masas oscilantes. Estos corresponden a los del tipo "protegido" ya que las esferas o masas en rotación no están expuestas en forma directa, sino encerrados en una carcaza que las contiene.
 

Aplicación a una turbina a vapor

Vemos a un regulador Hartung como regulador de velocidad de una turbina a vapor Zoelly. Éste actúa sobre un servo-motor, es decir que su acción es "indirecta", el cual a su vez manda sobre la válvula de entrada de vapor, provocando la regulación de la potencia de la turbina.     En unidades modernas este conjunto recibe el nombre de "gobernador de turbina", y corresponde al sistema de regulación "primaria" de la máquina.

Otro tipo de reguladores lo forman los llamados "axiales" en donde las masas oscilantes, de forma cualquiera (corrientemente platos con un plano de simetría perpendicular al eje) giran en un plano vertical. Su fuerza centrífuga está equilibrada por la tensión de un resorte. La oscilación de las masas se transmite por medio de un mecanismo al órgano de distribución que gira con el eje (excéntrico o leva de distribución) y modifica la entrada de combustible a la máquina.     Vemos un modelo de regulador axial de Proell.

Regulador axial de Proell

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