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El exceso de velocidad es una condición en la que se permite o se fuerza a un motor a girar más allá de su límite de diseño. Las consecuencias de hacer funcionar un motor demasiado rápido varían según el tipo y modelo de motor y dependen de varios factores, los más importantes de los cuales son la duración del exceso de velocidad y la velocidad alcanzada. Con algunos motores, un exceso de velocidad momentáneo puede resultar en una vida útil muy reducida del motor o en una falla catastrófica. [1] La velocidad de un motor se mide típicamente en revoluciones por minuto (rpm). [2] [ cita requerida ]
A veces, se instala un regulador o gobernador para hacer imposible o menos probable el exceso de velocidad del motor. Por ejemplo:
Los motores diésel grandes a veces están equipados con un dispositivo de protección secundario que se activa si falla el gobernador. [3] Consiste en una válvula de charnela en la entrada de aire. Si el motor acelera demasiado, el flujo de aire a través de la admisión se elevará a un nivel anormal. Esto hace que la válvula de aleta se cierre de golpe, privando al motor de aire y apagándolo. [ cita requerida ]
Un extracto presentado por la Asociación de Parques Nacionales Marítimos de San Francisco ilustra los tipos de sistemas de exceso de velocidad con regulador y control de motor. [4] Los reguladores de velocidad son centrífugos o hidráulicos. [4] Los gobernadores centrífugos dependen de la fuerza giratoria creada por su propio peso. [4] Los reguladores hidráulicos utilizan la fuerza centrífuga pero impulsan un medio para realizar la misma tarea. [4] El limitador de velocidad se implementa en la mayoría de los motores diesel marinos . [4] El gobernador es una medida de seguridad que actúa cuando el motor se acerca a una velocidad excesiva y lo apagará si falla el gobernador del regulador.[4] Apaga el motor cortando la inyección de combustible haciendo que la fuerza centrífuga actúe sobre las palancas vinculadas al collar del regulador. [4]
La sobrevelocidad de las turbinas de las centrales eléctricas puede ser catastrófica, lo que resulta en fallas debido a que los ejes y palas de las turbinas están desequilibrados y potencialmente arrojan sus palas y otras partes metálicas a velocidades muy altas. [5] Existen diferentes salvaguardias, que incluyen un sistema de protección mecánico y eléctrico. [6]
La protección mecánica contra sobrevelocidad se realiza en forma de sensores. [6] El sistema se basa en la fuerza centrípeta del eje, un resorte y un peso. [6] En el punto diseñado de exceso de velocidad, el punto de equilibrio del peso se desplaza, lo que hace que la palanca libere una válvula que hace que el cabezal de aceite de viaje pierda presión debido al drenaje. [6] Esta pérdida de aceite afecta la presión y mueve un mecanismo de disparo para luego desconectar el sistema. [6]
Un sistema eléctrico de detección de exceso de velocidad involucra un engranaje con dientes y sondas. [6] Estas sondas detectan qué tan rápido se mueven los dientes, y si se mueven más allá de las rpm designadas , lo transmite al solucionador lógico (detección de exceso de velocidad). El solucionador lógico dispara el sistema enviando el exceso de velocidad al relé de disparo, que está conectado a una válvula operada por solenoide . [6]
En las turbinas y muchos otros dispositivos mecánicos utilizados para la generación de energía, es fundamental que los tiempos de respuesta de los sistemas de prevención de sobrevelocidad sean lo más precisos posible. [7] Si la respuesta se apaga incluso en una fracción de segundo, puede provocar que las turbinas y su carga impulsada (es decir, compresor, generador, bomba, etc.) sufran daños catastróficos y pongan a las personas en riesgo. [7]
Los sistemas mecánicos de sobrevelocidad en turbinas se basan en un equilibrio entre la fuerza centrípeta del eje giratorio impartida sobre un peso unido al extremo de una pala de turbina. [7] En el punto de disparo especificado, este peso hace contacto físico con una palanca que libera el cabezal de aceite de disparo, que mueve directamente un perno de disparo y / o un circuito hidráulico para activar las válvulas de cierre para cerrar. [7] Debido a que el contacto con la palanca se produce en un ángulo relativamente limitado, hay un tiempo máximo de respuesta de disparo de 15 ms (es decir, 0,015 segundos). [7] El problema con estos dispositivos tiene menos que ver con el tiempo de respuesta que con la latencia de respuesta y la variabilidad en el punto de disparo debido a que los sistemas se atascan. [7]Algunos sistemas agregan dos pernos de disparo para redundancia, lo que permite reducir a la mitad la latencia de respuesta. [7]
Los sistemas eléctricos de sobrevelocidad de las turbinas se basan en una multitud de sondas que detectan la velocidad midiendo los pasos de los dientes de un engranaje recto. [7] Usando un solucionador lógico digital, el sistema de sobrevelocidad determina las rpm del eje de la hélice dada la relación entre el engranaje y el eje. [7] Si las rpm del eje son demasiado altas, emite un comando de disparo que desenergiza un relé de disparo. [7] La respuesta de exceso de velocidad varía de un sistema a otro, por lo que es clave verificar las especificaciones del fabricante del equipo original para configurar el tiempo de disparo de exceso de velocidad en consecuencia. [7] Normalmente, a menos que se especifique lo contrario, el tiempo de respuesta para cambiar el relé de salida será de 40 ms. [7]Este tiempo incluye el tiempo requerido para que las sondas detecten la velocidad, la comparen con un punto de ajuste de exceso de velocidad, calculen los resultados y finalmente emitan el comando de disparo. [7]
Al configurar, probar y ejecutar cualquier sistema de exceso de velocidad en turbinas o motores diesel, un factor que se considera es el tiempo. [4] Esto se debe a que la respuesta al exceso de velocidad suele ser demasiado rápida para que la gente la note.
Existe un fuerte argumento para instrumentar los sistemas de disparo de tal manera que se pueda medir la respuesta total del sistema. De esta manera, durante una prueba, un cambio en la respuesta podría indicar una degradación que podría comprometer la protección del sistema o señalar un componente defectuoso.
- Scott, 2009, p. 161 [6]
La responsabilidad de calibrar la respuesta de exceso de velocidad correcta para un sistema específico recae en el fabricante. Sin embargo, la variabilidad siempre está presente y es importante que el propietario / operador comprenda el sistema en caso de mantenimiento, reemplazo o actualización de piezas obsoletas o desgastadas. [6] Una vez que se ha producido un exceso de velocidad, es esencial comprobar todas las piezas de la maquinaria en busca de tensión. [8] El primer lugar para comenzar para las turbinas de impulso es el rotor. [8] En el rotor, hay orificios de equilibrio [9] que igualan la diferencia de presión entre las turbinas, y si se deforman, requerirían el reemplazo de todo el rotor. [8]