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SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD
¿para qué sirve un regulador de
velocidad?
El Regulador de Velocidad, es un elemento que
mantiene las revoluciones del motor constantes
dentro de un rango deseado y en función del
punto de funcionamiento que le queramos
transmitir. Además, este elemento posee
protecciones de seguridad, de manera que regula
la velocidad que puede llegar a alcanzar el motor
para evitar revoluciones dañinas para la
instalación. Otra situación donde actúa como
elemento de seguridad es cuando se trabaja en
vacío o hay un cambio de carga, actuando sobre
la cremallera, elemento encargado de regular la
cantidad de combustible que es inyectada en los
cilindros del motor para mantener las
revoluciones lo más constante posible.
Hay que tener en cuenta que el porcentaje de
combustible que se introduce en los cilindros
depende única y exclusivamente de la
dosificación que se produzca en el elemento de
bombeo de combustible, siendo
tradicionalmente mediante bomba de inyección.
La posición en la que se encuentra la cremallera
marcaría la cantidad de combustible a inyectar y
sobre esta cremallera es donde actúa el
regulador de velocidad.
La misión que tiene el regulador de velocidad en
motores principales es la de mover la cremallera
para que inyecte la cantidad de combustible
proporcional a las revoluciones que se demandan
desde el puente de mando, la sala de control o el
control local de la sala de máquinas y con ello
conseguiremos que se mantengan constantes
dichas revoluciones.
Clasificación de los reguladores
A continuación, se nombrarán los diferentes
reguladores que se emplean actualmente, en
base a su sistema de accionamiento, y haciendo
una breve explicación de cómo un regulador es
capaz de controlar las revoluciones aumentando
y disminuyendo la cantidad de combustible:
• Reguladores mecánicos
• Reguladores neumáticos
• Reguladores hidráulicos
• Reguladores Electrónicos
Reguladores Mecánicos
Están formados por dos masas centrífugas que
giran sobre sí mismo y dos muelles que van
montados en la misma masa, de manera que al
haber un cambio de velocidad de rotación las
masas modifican la tensión de los muelles y se
mueven, moviendo el sistema de regulación que
acciona las cremalleras de las bombas de
combustible.
Funcionamiento: Al incrementar el número de
revoluciones, la fuerza centrífuga provocada, es
superior a la tensión ejercida por los muelles y las
masas centrífugas se desplazan hacia el exterior.
En caso de que disminuyan las revoluciones, la
fuerza centrífuga disminuye y la tensión de los
muelles es superior a las masas centrífugas, por
lo que oscilarán hacia el interior.
Reguladores neumáticos
En estos reguladores se sustituye la fuerza
centrífuga por otra fuente de energía de la que se
pueda disponer durante el funcionamiento del
motor, utilizándose la depresión que se produce
durante la entrada de aire del motor mediante
una válvula de mariposa
El principio que utiliza es hacer que esta
depresión actúe sobre una membrana acoplada a
la varilla de regulación de la bomba de
combustible.
Funcionamiento: Durante el funcionamiento del
motor, la posición de la membrana y la varilla
dependen exclusivamente de la diferencia de
presiones entre las dos caras de la membrana. Si
para una posición de la válvula de mariposa la
carga aumenta o disminuye, la velocidad de
rotación disminuye o aumenta produciéndose
depresiones en la cámara de depresión.
SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD
Reguladores hidráulicos
En este tipo de reguladores la fuerza centrífuga
de las masas actúa sobre un distribuidor de aceite
que permite el paso de aceite a una u otra región
de la bomba de accionamiento de la varilla de
regulación. El regulador de masas transfiere sus
movimientos a una válvula piloto que controla el
envío de aceite a la bomba de accionamiento
hidráulico.
Cuando la válvula piloto se encuentra en la
posición media se cierran las aberturas que
conectan las dos regiones, de modo que queda
estático, manteniéndose el suministro de
combustible en base a la velocidad establecida
por el regulador.
Reguladores hidráulicos isócronos
Estos elementos son capaces de mantener las
revoluciones del motor constantes consiguiendo
estabilizar el funcionamiento de su mecanismo
usando un dispositivo de caída de velocidad
mientras se corrige la cantidad de combustible, y
más tarde anula la caída de velocidad
permitiendo al motor retomar su velocidad
original.
Reguladores isócronos con caída de
velocidad ajustable
Estos reguladores son exactamente igual que los
anteriores salvo que están equipados con un
elemento de varillaje de caída de velocidad, el
cual permite al motor trabajar a una velocidad
más baja a medida que aumenta la carga y a su
vez aumenta el suministro de combustible para la
carga adicional.
La caída de velocidad permite el reparto
equilibrado de las cargas entre máquinas en
paralelo, como es el caso de los diéseles
generadores cuando uno trabaja como maestro y
otro como esclavo.
Reguladores hidráulicos con caída de
velocidad permanente
Con este regulador pasaríamos a tener un
dispositivo con caída de velocidad, ya que se
consigue la estabilidad deseada para cada
velocidad de rotación.
La caída de velocidad es permanente, y por tanto
no es isócrono (Isócrono se refiere a que no se
desarrollan las mismas revoluciones para todas
las cargas),y se obtiene mediante la conexión de
un balancín entre el cilindro de maniobra y el
muelle del regulador mecánico, de forma que al
aumentar el suministro de combustible
disminuya el ajuste de velocidad a fin de que al
reducir la tensión del muelle disminuya la
velocidad del motor y que al aumentar la tensión
del muelle aumente la velocidad de la máquina.
Reguladores electrónicos
Estos son los más usados y los que pondremos
como ejemplo para explicar un sistema de control
en un motor diésel marino. Se trata de un
regulador que funciona con control PID
(proporcional, integral y derivativo) del que se
disponen sensores de velocidad que compara la
señal de consigna establecida con la velocidad
real del motor y actúa en función de su error o
diferencia.
Una vez corregido el error, el regulador envía una
señal eléctrica al actuador que es el que mueve
las cremalleras de las bombas de inyección.
Hoy en día, el tipo de regulación que
normalmente utilizan los buques es la regulación
electrónica, pero veremos cómo, en caso de fallo
de ésta, se puede sustituir automáticamente por
otro tipo de regulaciones al disponer
frecuentemente de sistemas redundantes.
Para el control de combustible, se posee de un
regulador electrónico en este caso el regulador
Woodward 723 Plus que es de acción inversa,
esto quiere decir que a menor intensidad de
corriente mayor será la cantidad de combustible
a emplear. Esto se hace debido a que, en caso de
fallo de este regulador, inmediatamente se
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regula por otro medio, como por ejemplo la
regulación mecánica.
El sistema de control está formado
básicamente por:
1. Un panel de control local
2. Un actuador que incluye un regulador
mecánico
3. Un convertidor electrohidráulico.
Las funciones que realiza el sistema el sistema de
control son:
• Regulación electrónica, neumática o
mecánica de velocidad del motor.
•
Control de operación local y remota.
•
Control de la carga de combustible.
•
Control de los límites de combustible para
la protección del motor.
•
Control de seguridad y alarmas.
•
Capacidad de arrancar y parar el motor.
Explicación de los elementos que forman el
sistema de control:
Regulador electrónico: elemento que recibe
la señal eléctrica del puente de mando o de la sala
de control de máquinas y que, tras compararla
con los sensores de velocidad (Pickups), sufre un
proceso proporcional, integral y derivativo (PID),
se crea una nueva señal corregida y se envía al
convertidor electrohidráulico para transformar
dicha señal en una respuesta hidráulica.
Convertidor electrohidráulico
[Electrohidraulic Converter (EG)]: elemento
que recibe la señal eléctrica proveniente del
regulador electrónico y la transforma en señal
hidráulica para así mandarla al actuador y
modifique la posición de las cremalleras para
crear una nueva demanda de combustible.
Regulador mecánico Pressure
Compensated-Air Speed Setting Governor
(PGA): elemento que mantiene las revoluciones
del motor en función de la demanda generada
desde el puente o la sala de máquinas.
Actuador EG-PGA: está formado por un
convertidor electrohidráulico y un regulador
mecánico y el conjunto de estos pasa a llamarse
EG-PGA. Es el encargado de mover las
cremalleras en función de la demanda de
combustible.
Sensor de velocidad (Pickup magnético):
elemento que mide la velocidad real de un motor
a través de una señal electromagnética generada.
Es instalado a una pequeña distancia del volante
de inercia de la máquina.
Sensor de velocidad (Pickup magnético):
Cuando un material ferromagnético (en este
caso, el diente de una rueda dentada) pasa frente
a la cabeza del pickup magnético, varía el campo
que corta la bobina de éste, con lo que se
generará una tensión. Tanto la frecuencia de
salida como la tensión creada en el pickup varían
con la velocidad de la rueda dentada. Lo que
básicamente hacen las entradas para la medida
de velocidad es medir la frecuencia de la señal del
pickup, que será proporcional a la velocidad del
motor.
Servomotor Booster: cilindro hidráulico que
contiene en su interior un pistón. En una de las
cámaras se encuentra el aceite del regulador y en
la otra el aire a presión que procede del sistema
de aire de arranque a través de una válvula de 3
vías accionada mediante un solenoide.
A la hora de arrancar se permite el paso del aire
hacia el Booster de manera que se consigue
presurizar el aceite que se encuentra dentro del
mismo. Así conseguimos que durante el arranque
se obtengan presiones de aceite en el regulador
que le permite hacerse cargo del motor
rápidamente. Durante una operación normal, el
Booster es innecesario debido a que la bomba de
engranajes suministra el aceite a presión que
necesita el regulador
Fallas típicas
SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD
Formas de regulación en el sistema de
control
Diferentes formas de regulación que tiene el
motor para que, en caso de avería, pueda ser
intervenido y controlado mediante otro sistema y
así no tener que sufrir una parada del motor.
Control electrónico
Cuando ponemos en funcionamiento el motor
principal y se crea una demanda de revoluciones
desde el puente o desde la sala de máquinas,
entra en acción nuestro sistema de control
electrónico, a través de un elemento llamado
Woodward 723 Plus, el cual genera una señal
eléctrica que varía de 4 a 20 mA, y que variará
respecto del convertidor electrohidráulico del
regulador. Esta diferencia o error que se produce
será la orden que le llegará al actuador de manera
que mueva las cremalleras para que aumente o
disminuya el combustible. Es importante aclarar
que la señal eléctrica comienza en 4 mA debido a
que debemos estar seguros de que existe una
corriente en nuestro circuito. La señal de
velocidad real del motor es obtenida y enviada al
regulador mediante dos pickups instalados en su
volante de inercia.
En caso de que queramos pasar el control a local,
tendremos que fijar de forma digital mediante los
conmutadores de subir y bajar rpm del panel de
control local del motor. Mientras se está
trabajando en control automático y con el
WW723 en perfecto funcionamiento, se
mantiene energizado un relé, y a través de éste
se dejan pasar 5 V hacia un convertidor de
Intensidad/Presión, el cual toma la señal de
corriente que recibe del controlador electrónico
y lo convierte en una señal de presión. Llegado
este punto, el convertidor recibe la corriente
máxima (>20 mA) con lo que convierte esta señal
de corriente en presión máxima (>15 psi), y
tomando ésta como referencia de velocidad al
regulador, demandamos así la velocidad máxima
En caso de fallo del sistema electrónico o de
cualquiera de sus elementos, como nuestro
sistema es de acción inversa el control pasaría
automáticamente al mecanismo de bolas del
regulador; Aclarar que si fuera de acción directa
el motor sufriría una parada debido a que no
dispone de ningún otro elemento alternativo
para seguir regulando el combustible.
Una vez controlada la velocidad bajo el control
mecánico del regulador, se puede seleccionar un
ajuste de velocidad remoto, mediante una señal
neumática, la cual se obtiene a partir de una señal
de corriente procedente del puente, y,
finalmente, se controlará la velocidad del motor
de nuevo. Desde el puente de mando, se generan
señales de 4-20 mA de demanda para el rpm. Esta
señal de corriente llega al panel de control para
el control electrónico que realiza nuestro
Woodward 723 Plus. En este caso, estamos
hablando de un control remoto, que es el que
normalmente se usa en este tipo de buques.
Control mecánico
En caso de que fallara nuestro controlador
WW723 (por alimentación, Fallo en los pickups,),
llega un momento en el que nuestro relé K11 se
des energiza, provocando que no deje pasar la
señal al convertidor I/P y así los 5 V. Con ello,
nuestro convertidor no recibe señal (I=0 mA) con
lo que se genera una señal neumática mínima de
rpm. Este fallo provocará que el mecanismo de
bolas pase a mínima velocidad y, como
consecuencia de ello, el motor reducirá a la
mínima su velocidad.
Ahora bien, la velocidad del motor se podrá
ajustar manualmente mediante el botón de
ajuste del regulador PGA. En este caso, el oficial
de guardia debe inspeccionar el motor para
comprobar el motivo por el cual se ha cambiado
el control a backup mediante el mecanismo de
bolas (comprobar suciedad de los cables de
ambos pickups, cableado de alimentación,).
En caso de que se haya des energizado el relé
debido a un fallo en el control electrónico
WW723, en el encendido del controlador
solamente se podrá volver a energizar el relé si, y
solo si el motor se ha parado durante un período
de tiempo predeterminado (5 min) y se ha
pulsado el botón de reinicio en el cuadro
SISTEMA DE CONTROL DE VELOCIDAD
Control neumático
Al seleccionar el modo mecánico en el panel
LECP, y estando el control en remoto, el relé se
encuentra des energizado, con lo que a través de
su contacto se hace pasar al convertidor I/P la
señal de demanda de rpm de que proviene del
sistema de control LIPS (fabricante del sistema de
control del grupo Wärtsilä). Esta señal eléctrica se
convierte en señal neumática de 3 a 15 psi.
Pasamos entonces a estar bajo control del
regulador mecánico con demanda de rpm
neumática.
En caso de fallo del convertidor I/P o fallo del aire
de control, estando seleccionado el control
mecánico, el actuador PGA pasará a control
mecánico de backup y su ajuste de velocidad se
hará sobre el botón giratorio del propio
regulador.
Si seleccionamos el control mecánico con modo
local, el relé se encuentra des energizado, pero la
señal de demanda de LIPS está cortada, por lo
que el convertidor I/P se envía señal mínima, lo
que viene a decir que la demanda neumática de
rpm al regulador mecánico es mínima. En este
caso, el ajuste de velocidad se hace actuando
sobre el botón giratorio del regulador mecánico.
El conjunto convertidor EG – regulador PGA
puede estar programado como de acción directa
o de inversa:
En la acción directa, se toma una señal de
corriente creciente que es proporcionada por el
Woodward 723 que, a mayor intensidad, mayor
cantidad de combustible consume la máquina. La
acción directa supone la caída de la máquina en
caso de pérdida de la señal electrónica.
En la acción inversa, una señal de corriente
creciente supone una disminución en el caudal de
combustible proporcionado a la máquina, es
decir, a mayor intensidad, menor cantidad de
combustible consume la máquina. La acción
inversa se implementa en reguladores que
normalmente dispongan del mecanismo de bolas
para que pueda éste tomar el control en caso de
pérdida de la señal proporcionado por el sistema
electrónico.
6. Sistema de aire del Motor.docx
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