Sistema de Gobernadores en Motores Diésel.

Componentes del Sistema de Gobernadores en Motores Diésel: Función, Tipos y Mantenimiento (Governor System Components in Diesel Engines: Functions, Types, and Maintenance)

Los gobernadores son componentes esenciales en los motores diésel, diseñados para regular automáticamente la velocidad del motor bajo diferentes cargas. Este sistema asegura un equilibrio entre el suministro de combustible y el funcionamiento del motor, evitando el sobre régimen y garantizando un rendimiento óptimo. A continuación, se detalla la función, los tipos y el mantenimiento de los sistemas de gobernadores.

El sistema de gobernadores en un motor diésel está diseñado para ajustar automáticamente la entrega de combustible con el fin de mantener una velocidad constante, independientemente de las fluctuaciones de carga. Esto es crucial en aplicaciones como generadores, motores marinos y maquinaria pesada, donde la operación estable bajo variaciones de carga es imprescindible.

1. Carcasa del Gobernador (Governor Housing):

• Contiene y protege todos los componentes del gobernador, resguardándolos de contaminantes externos y daños mecánicos.

1. Pesas Centrífugas (Flyweights):

• Elementos fundamentales para la detección de velocidad. Responden a las fuerzas centrífugas al girar, moviéndose hacia afuera a medida que aumenta la velocidad del motor, lo que indica la necesidad de ajustar el suministro de combustible.

1. Palanca de Control (Control Lever):

• Operada manual o electrónicamente, permite establecer la velocidad deseada o el rango operativo del motor. Actúa como la interfaz principal para los operadores.

1. Resorte de Control (Speeder Spring):

• Trabaja en conjunto con las pesas centrífugas para contrarrestar su movimiento y mantener la configuración de velocidad deseada. Ajustar la tensión de este resorte permite un control preciso de la velocidad.

1. Varilla de Control de Combustible (Fuel Control Rod):

• Conecta el gobernador con la bomba de inyección de combustible, ajustando la entrega de combustible según las señales de las pesas centrífugas y el resorte de control.

1. Actuadores Hidráulicos o Neumáticos (Hydraulic or Pneumatic Actuators):

• Convierte las señales mecánicas del gobernador en ajustes en la bomba de combustible, mejorando la precisión de la entrega.

1. Cámaras de Aceite o Neumáticas del Gobernador (Governor Oil or Pneumatic Chambers):

• Proveen amortiguación al mecanismo de las pesas centrífugas, reduciendo oscilaciones y estabilizando la operación.

1. Gobernadores Mecánicos (Mechanical Governors):

• Utilizan pesas, resortes y enlaces mecánicos para el control de velocidad. Son comunes en motores más antiguos o aplicaciones simples.
• Ventajas: Simplicidad, fiabilidad y facilidad de mantenimiento.
• Desventajas: Precisión limitada y tiempos de respuesta más lentos.

1. Gobernadores Hidráulicos (Hydraulic Governors):

• Combinan pesas mecánicas con sistemas hidráulicos para ajustes más suaves y precisos de la velocidad. Son comunes en aplicaciones industriales y marinas.
• Ventajas: Alta precisión y capacidad para manejar grandes cargas.
• Desventajas: Mayor complejidad y dependencia del mantenimiento del fluido hidráulico.

1. Gobernadores Electrónicos (Electronic Governors):

• Utilizan sensores y unidades de control electrónico (ECU) para gestionar la velocidad y la entrega de combustible. Predominan en motores diésel modernos debido a su control avanzado y adaptabilidad.
• Ventajas: Respuesta rápida, programabilidad e integración con otros sistemas electrónicos.
• Desventajas: Coste más alto y dependencia de componentes electrónicos confiables.

1. Gobernadores Neumáticos (Pneumatic Governors):

• Funcionan mediante variaciones en la presión del aire para controlar la entrega de combustible. Comunes en motores pequeños o maquinaria portátil.
• Ventajas: Simplicidad y bajo coste.
• Desventajas: Precisión limitada y sensibilidad a la calidad del aire.

1. Desgaste de las Pesas Centrífugas (Flyweight Wear):

• Pueden desgastarse o desequilibrarse, provocando velocidades erráticas del motor. Se recomienda inspección y reemplazo regulares.

1. Fatiga del Resorte de Control (Speeder Spring Fatigue):

• Con el tiempo, los resortes pueden perder tensión, requiriendo ajuste o reemplazo para mantener una regulación adecuada.

1. Contaminación en Gobernadores Hidráulicos (Contamination in Hydraulic Governors):

• Contaminantes en el fluido hidráulico pueden afectar el rendimiento de los actuadores. Cambios regulares de fluido y filtración son esenciales.

1. Fallos de Sensores y Electrónica (Sensor and Electronic Failures):

• En gobernadores electrónicos, los fallos en sensores o ECUs pueden interrumpir las operaciones. Se requiere equipo de diagnóstico para la resolución de problemas.

1. Oscilaciones (Hunting or Oscillations):

• Si el sistema de amortiguación no funciona correctamente, los gobernadores pueden causar oscilaciones en la velocidad deseada. Una calibración adecuada puede resolver este problema.

1. Inspecciones Periódicas:

• Revisar daños físicos, desgaste y alineación de componentes. Verificar la tensión e integridad de los resortes.

1. Lubricación y Limpieza:

• Asegurarse de que las partes móviles estén bien lubricadas y libres de residuos. En sistemas hidráulicos, mantener el fluido limpio.

1. Calibración:

• La calibración periódica asegura un control preciso de la velocidad, especialmente en sistemas electrónicos e hidráulicos.

1. Reemplazo de Componentes:

• Sustituir componentes desgastados o dañados para evitar fallas mayores.

1. Actualizaciones de Software:

• En gobernadores electrónicos, actualizar firmware y software según las recomendaciones del fabricante mejora el rendimiento y la seguridad.

1. Generación de Energía:

• En generadores, los gobernadores mantienen una frecuencia de salida constante al regular la velocidad del motor bajo diferentes cargas eléctricas.

1. Propulsión Marina:

• Aseguran una operación estable y eficiente en motores diésel marinos.

1. Equipos de Construcción:

• Proveen operación suave en maquinaria pesada como excavadoras y grúas, donde las variaciones de carga son frecuentes.

1. Motores Automotrices:

• Controlan la velocidad en ralentí y mejoran la eficiencia del combustible en vehículos diésel modernos.

Los sistemas de gobernadores son fundamentales para garantizar el funcionamiento fiable y eficiente de los motores diésel en diversas aplicaciones. Comprender sus componentes, tipos y requisitos de mantenimiento permite optimizar el rendimiento del motor, reducir tiempos de inactividad y extender la vida útil de los componentes críticos. Los avances modernos, como los gobernadores electrónicos, continúan mejorando la precisión y adaptabilidad de estos sistemas, consolidando su importancia en la tecnología diésel.

Sistema de posicionamiento global.

Sistema de Posicionamiento Global (GPS): funcionamiento, usos y consideraciones

El término GPS (Global Positioning System) se refiere a todo el sistema de posicionamiento global, incluyendo los satélites y las estaciones de control en tierra. Sin embargo, comúnmente, cuando se habla de un “GPS” se hace referencia a un receptor, es decir, un dispositivo que muestra datos de ubicación al usuario.

Un sensor GPS es un chip de montaje superficial que recibe señales satelitales mediante una pequeña antena integrada. Un módulo GPS es una placa donde se monta ese sensor, con componentes adicionales. Y un receptor GPS es un dispositivo completo que incluye pantalla, memoria y el módulo GPS.

El GPS es un sistema de navegación desarrollado por el Departamento de Defensa y el Departamento de Transporte de EE. UU., y es mantenido por la Fuerza Aérea. Fue diseñado para uso militar, pero hoy es de uso civil global. Sus señales permiten conocer la ubicación exacta y también sirven como referencia de tiempo muy precisa.

El sistema está compuesto por tres segmentos:

1. Segmento espacial: son los satélites. Originalmente se requerían 24, pero hoy hay 31 operativos, con repuestos adicionales. Orbitan a unos 20.200 km sobre la Tierra y dan dos vueltas por día.

2. Segmento de control: son estaciones en tierra que monitorean y controlan los satélites. Incluye estaciones principales, antenas de control y estaciones de monitoreo.

3. Segmento del usuario: comprende todos los receptores GPS, desde equipos militares hasta smartphones.

Cada satélite tiene relojes atómicos y emite señales con datos y tiempo. El receptor GPS identifica al menos cuatro satélites distintos y compara el tiempo que tarda en llegar cada señal para calcular la distancia a cada satélite. Así determina su ubicación exacta. También tiene en cuenta el efecto Doppler, ya que los satélites están en movimiento.

Los satélites transmiten en varias frecuencias. La principal para uso civil es L1 (1575.42 MHz). La frecuencia L2 (1227.6 MHz) está reservada para uso militar.

Variantes y formatos

Los chips GPS suelen tener antenas cerámicas integradas, pero también pueden usar antenas externas. Algunos modelos tienen memoria interna para registrar datos. Los módulos GPS se venden en placas de expansión, como las de Adafruit o Sparkfun, que facilitan su conexión a microcontroladores y suelen incluir reguladores de voltaje y baterías para respaldo.

El GPS hoy está integrado en casi todos los teléfonos inteligentes, relojes, vehículos y dispositivos de rastreo. Un rastreador GPS puede no tener pantalla, sino solo registrar posiciones en memoria para análisis posterior.

También existen otros sistemas similares al GPS: el europeo Galileo, el ruso GLONASS, y el chino Beidou. Muchos dispositivos modernos pueden usar señales de múltiples sistemas para mayor precisión.

• Sensibilidad: se mide en dBm, indicando cuán débiles pueden ser las señales que el chip aún puede captar.
• Tiempo hasta la primera localización (TTFF): tiempo necesario para obtener una ubicación inicial.
• Cantidad de canales: número de satélites que puede seguir al mismo tiempo. Los modelos antiguos solo seguían cuatro; hoy pueden rastrear hasta 22.
• Consumo de energía: varía entre la adquisición de señal (más alto) y el seguimiento continuo (más bajo).
• Tamaño (form factor): depende principalmente del tamaño de la antena.
• Frecuencia de actualización: cuántas veces por segundo actualiza la posición. Se mide en hertz.
• Tipo de salida: generalmente, datos seriales en formato TTL (protocolo NMEA).
• Voltaje de alimentación: comúnmente inferior a 5V.
• Corriente consumida: mayor durante la adquisición que en seguimiento.

Un módulo GPS necesita solo una fuente de alimentación para comenzar a funcionar. La salida es en formato NMEA, un protocolo ASCII sencillo. Los datos vienen en frases (“sentences”) separadas por comas, con valores como latitud, longitud, altitud y hora. El formato es compatible con la mayoría de los microcontroladores, que pueden recibir los datos a través de puertos seriales y procesarlos con bibliotecas disponibles en línea.

Algunos módulos tienen salida PPS (Pulse per Second) que genera un pulso cada segundo sincronizado con el tiempo satelital. Esto se puede usar para ajustar osciladores y obtener referencias de tiempo precisas.

Términos destacados :

Problemas comunes

• Descargas electrostáticas: pueden dañar el chip si tocan la antena o el pin de entrada RF sin estar descargado a tierra.
• Mala conexión a tierra: puede provocar fallos si no se conecta el pin de masa antes que otros.
• Soldaduras frías: la antena cerámica puede actuar como disipador de calor y dificultar soldaduras correctas.
• Disponibilidad limitada: por razones de seguridad, ciertos modelos GPS de alta velocidad están restringidos para exportación.
• Falta de señal: obstrucciones como techos, paredes o árboles impiden la recepción satelital.
• Velocidad o altitud excesivas: dispositivos GPS comerciales no funcionan correctamente a más de 60.000 pies o 1.900 km/h por restricciones internacionales.