El Maquinante: febrero 2025

lunes, 24 de febrero de 2025

PRL/Propulsión - UNIDAD 13: TRANSMISIÓN Parte 1

SISTEMAS DE PROPULSIÓN DE LOS BUQUES

Fundamentos. Componentes de una línea de transmisión. Tipos. Cajas reductoras. Embragues. Línea de eje. Manchones. Cojinetes. Hélices. Paso fijo, paso variable, propósito y controles.

👉El Sistema de Propulsión: es el conjunto de Elementos que permiten que el Buque se desplace de un punto a otro.

👉Fundamentos de la Transmisión
La transmisión es el proceso de transferir energía de un punto a otro. En el contexto marino, esto generalmente se refiere a la transferencia de potencia desde el motor hasta las hélices

Al penetrar y girar la hélice, el agua es empujada hacia atrás, pues no es un sólido rígido, actuando una ley de la física, conocido como el principio de acción-reacción. Puesto que el agua es el Medio de trabajo para que se produzca un empuje, tiene que haber una masa de agua desplazándose hacia atrás.

Podemos entenderlo como: tanta agua empujemos hacia atrás, tanto barco es empujado hacia adelante. Si por ejemplo, la hélice empuja100 kilos (masa) de agua a 30 nudos, y si nuestro barco pesara solo 100 kilos, este se movería a también 30 nudos (descontando las pérdidas de potencia y rozamientos). Pero si nuestro barco pesase 200 kilos, entonces se movería a la mitad de velocidad, 15 nudos. Se conserva la cantidad de movimiento (masa de agua x velocidad de agua = masa de barco x velocidad de barco).

La transmisión marina de la embarcación dispone de varias funciones. Una de ellas se encarga de acoplar y desacoplar el motor de la hélice. Otra es la de proporcionar una rotación inversa de modo que el barco realice un movimiento avante o hacia detrás. Estas dos funciones se llevan a cabo por una serie de embragues internos, que dependiendo de la posición del cambio involucran a los distintos conjuntos de engranajes de diferente modo.

Cuando la demanda de potencia está en posición "para" no hay compromiso entre los conjuntos de engranajes, por el contrario cuando está en cualquiera de las otras dos posiciones, avante o atrás, existirá compromiso entre uno u otro de los conjuntos de engranajes dependiendo de la posición. Hay que tener en cuenta que, estrictamente hablando, no existe tal cosa como el avance y retroceso, sino que hablamos decambio de sentido de giro de la hélice (sentido horario o antihorario). En algunas instalaciones de contra-rotación de las hélices en realidad se logra simplemente cambiando la relación de modo que el conjunto de engranajes contrario se activa cuando se mueve la palanca de control.

La otra función de la transmisión marina sirve para ajustar la relación entre las rpm del motor y las rpm de la hélice. Un diésel típico gira en torno a 2.000 rpm a velocidad de crucero. Una hélice girando a esta velocidad sería altamente ineficiente. El trabajo de los engranajes dentro de la transmisión es crucial para reducir la velocidad de la rotación de la hélice aproximadamente a la mitad de la del motor (dependiendo de la relación de reducción de la transmisión), por lo que este siempre se refiere como la relación de reducción.

La transmisión marina realiza otra función vital. Es el lugar más conveniente para incorporar un dispositivo auxiliar, como una bomba hidráulica. La mayoría de las transmisiones marinas tienen un punto de toma de fuerza, que si no se utiliza, generalmente está cubierta por una placa.

👉Componentes de una Línea de Transmisión
1. Ejes de Transmisión: Son los componentes que transmiten la potencia desde el motor a las hélices.
2. Cajas Reductoras: Dispositivos que reducen la velocidad de rotación y aumentan el torque.
3. Embragues: Permiten la conexión y desconexión de la transmisión de potencia.
4. Manchones: Componentes que permiten la transmisión de potencia a través de ejes flexibles.

👉Tipos de Transmisión
1. Transmisión Directa: El motor está directamente conectado a las hélices.

2. Transmisión por Eje: Utiliza ejes para transferir la potencia.

3. Transmisión Hidráulica: Utiliza fluidos hidráulicos para transferir la potencia.

La Figura 16-6 muestra una sección transversal de un embrague hidráulico estándar. La unidad representada recibe aceite lubricante a través de una bomba externa, y cuenta con mecanismos para la rápida eliminación del aceite cuando se requiere desacoplar.
Tanto en el impulsor como en el rotor se instalan núcleos anulares y anillos guía de sección semicircular para dirigir el fluido operativo.
El impulsor, o elemento motriz, está fijado al eje motriz, mientras que el rotor, o elemento conducido, se fija al eje conducido. Al rotor se le añade una carcasa para encerrar la parte trasera del impulsor y contener el fluido operativo.
Ambos, impulsor y rotor, están equipados con una serie de álabes radiales, como se ilustra en la parte superior de la Figura 16-6.
El fluido operativo, un aceite mineral con una viscosidad de 180 a 200 S.S.U., se introduce en el impulsor o rueda primaria desde una bomba externa. La rotación del impulsor provoca que el fluido sea expulsado radialmente hacia afuera por la fuerza centrífuga hasta alcanzar el borde exterior, desde donde fluye radialmente hacia adentro. El flujo del fluido sigue un patrón similar al de un resorte en espiral doblado en forma circular.
La transmisión de fuerza se realiza mediante la transferencia de energía cinética al impulsor, obtenida cuando el aceite choca contra el borde.
Cuando el fluido fluye radialmente hacia adentro a través de los álabes del rotor o rueda secundaria, la energía cinética se transforma en trabajo mecánico, lo que hace girar el rotor y su eje.
El desacoplamiento rápido se logra abriendo la válvula de anillo (1), que expone una serie de orificios en la cubierta del rotor.
Esto permite que el fluido contenido en el embrague sea expulsado hacia afuera por la fuerza centrífuga.
Las principales ventajas de los embragues o acoplamientos hidráulicos son:

1) Son aptos para motores de cualquier potencia.
2) Impiden la transmisión de vibraciones torsionales entre el motor y el eje de la hélice.
3) Resguardan el motor y el reductor frente a impactos repentinos causados por cargas imprevistas, ya sea por el acoplamiento del pistón o por inconvenientes en la hélice.
4) La alineación se facilita ya que las holguras entre los elementos rotativos son comparativamente amplias.

👉Cajas Reductoras
Las cajas reductoras son dispositivos mecánicos que reducen la velocidad de rotación de un eje y aumentan el torque. Son esenciales en muchas aplicaciones marinas para ajustar la velocidad y el torque según las necesidades del sistema.

Las cajas reductoras están compuestas por una combinación de engranajes, que son elementos que permiten transmitir rotaciones entre ejes con una relación de velocidades angulares constante. Aunque este mismo objetivo se puede lograr también mediante correas, cadenas, ruedas de fricción o mecanismos de barras articulada, los engranajes son quizá los elementos más versátiles y los que presentan menores limitaciones. Por ejemplo, las cadenas y correas son alternativas silenciosas y de bajo coste, pero tienden a ocupar un volumen superior y su capacidad de transmisión de potencia es limitada. Los engranajes, en cambio, son compactos, sencillos de fabricar, pueden transmitir grandes potencias y están normalizados, razones por las que su presencia es ubicua en todo tipo de máquinas, en forma de reductores, multiplicadores, cajas de cambios, diferenciales, etc…

👉Clasificación de engranajes
Los engranajes se clasifican en tres grupos, atendiendo a la disposición de sus ejes:
https://elmaquinante.blogspot.com/2017/07/transmisiones-lineas-de-eje-y-helices.html

👉Embragues
Los embragues son mecanismos que conectan y desconectan la transmisión de potencia entre el motor y las hélices. Pueden ser manuales o automáticos.

También se los puede clasificar como:

1) Por fricción.
2) Embragues neumáticos.
3) Hidráulicos.
4) Electromagnéticos.

Los embragues de fricción son comúnmente utilizados en motores pequeños de alta velocidad de hasta 500 HP. Sin embargo, algunos embragues de fricción, junto con acoplamientos dentados o de uñas centrífugas, se emplean en motores de hasta 1,400 HP; y los embragues neumáticos con superficies de fricción cilíndricas se usan en motores de hasta 2,000 HP.

En cuanto a su acción, en los embragues de fricción empleados en motores diésel marinos, el torque se transfiere del eje motor al eje impulsado mediante la fricción generada por la fuerza axial que produce el contacto entre dos o más superficies.

Estas superficies de fricción pueden ser planas, como se muestra en la figura 16-1 (a), o cónicas, como en la figura 16-1 (b).

La ventaja de una superficie cónica es que un esfuerzo axial aplicado produce una mayor presión en el embrague debido a la acción de cuña del ángulo del cono. En este caso, todos los discos están diseñados para deslizarse axialmente; un disco de cada par gira con un eje, mientras que el otro gira con la carcasa que está fijada al otro eje.

Con el mismo esfuerzo axial, el torque transmitido por un embrague de discos múltiples es directamente proporcional al número de pares de superficies de fricción.

De igual forma, los embragues cónicos frecuentemente se fabrican con dos conos, tal como se muestra en la figura 16-3, duplicando de esta manera su capacidad.

Finalmente, existen embragues que combinan superficies de fricción cónicas y discos en un mismo dispositivo.

Los embragues por fricción se dividen en dos categorías: secos y húmedos, según si operan sin lubricación o con ella.

Ambos tipos tienen un diseño parecido, pero los embragues húmedos necesitan una mayor área de fricción debido a que el coeficiente de fricción disminuye cuando las superficies están lubricadas.

Las ventajas de los embragues húmedos incluyen:

1) Operación más suave.

2) Menor desgaste de las superficies de fricción.

EMBRAGUES NEUMÁTICOS

Pueden ser:

Operados por presión de aire

Operados por vacío

Acoplamiento Auto sincrónico o "SS Clutch"

Operan por por diferencia de velocidad entre el eje conductor y el eje conducido. se usan por lo general en transmisiones de alta potencia y altas velocidades.

👉Línea de Eje

La línea de eje es la serie de componentes que conectan el motor con las hélices, incluyendo ejes, cajas reductoras y embragues.

El eje se acopla con la inversora, mediante acoplamientos (Figura 15. punto 1). Además de unir el eje de la hélice con la reductora, algunos como el de la imagen se encargan de amortiguar las vibraciones de torsión que se originan con los cambios de carga y/o vibraciones que son resultado del giro irregular del motor (sobre todo a pocas revoluciones).
La parte del eje que atraviesa el casco por la bocina precisa ser refrigerada y para esto existen sistemas de refrigeración por agua como el de la imagen (Figura 15. punto 3), con un tubo exterior de pared gruesa, y en su interior el eje que en este caso es lubricado por el agua que penetra por el casquillo y además por el agua suministrada a través del cojinete (Figura 15. punto 2), ya que si no fuese de este modo con la embarcación avante la línea se vaciaría y el eje en su interior se sobrecalentaría.

👉Manchones
Los manchones son componentes que permiten la transmisión de potencia a través de ejes flexibles, permitiendo ajustes en la alineación y reduciendo las vibraciones.

El manchón es un elemento mecánico que se utiliza para unir dos ejes y transmitir la potencia entre ellos. Su función principal es permitir la conexión entre el componente accionador, como un motor eléctrico, y la bomba o cualquier otro equipo que requiera ser impulsado.

Además de transmitir la potencia, los manchónes también tienen la capacidad de absorber la desalineación que se produce entre los ejes del motor y el equipo impulsor. Esta desalineación puede ser causada por diferentes factores, como el desgaste de los componentes o la dilatación térmica, y puede resultar en vibraciones, ruidos y desgaste prematuro de los ejes.

Tipos de manchones de ejes motores

Existen diferentes tipos de acoplamientos de ejes motores, cada uno con sus propias características y aplicaciones. A continuación, te presentamos algunos de los más comunes:

👀Manchón rígido

El acoplamiento rígido es el tipo más básico y simple de acoplamiento de ejes motores. Consiste en una pieza sólida que une directamente los ejes del motor y el equipo impulsor. Este tipo de acoplamiento es ideal cuando no se espera ninguna desalineación entre los ejes y se requiere una transmisión de potencia precisa y sin vibraciones.

👀Manchón elástico

El acoplamiento elástico, como su nombre lo indica, utiliza elementos elásticos, como resortes o discos de goma, para unir los ejes del motor y el equipo impulsor. Estos elementos elásticos permiten absorber la desalineación y reducir las vibraciones, lo que resulta en una transmisión de potencia más suave y una mayor vida útil de los componentes.

Manchón elástico tipo estrella

Manchón elástico tipo Gummi

Usado en todos los motogeneradores MTU, además de otras aplicaciones.

Manchón de engranajes o estriado

El acoplamiento de engranajes utiliza un par de engranajes para unir los ejes del motor y el equipo impulsor. Este tipo de acoplamiento es muy eficiente en la transmisión de potencia y puede soportar altas cargas. Sin embargo, debido a la naturaleza de los engranajes, puede generar ruido y vibraciones en comparación con otros tipos de acoplamientos.

Acoplamiento tipo "Rejilla"

La rejilla actúa como fusible en el caso de sobrecarga

https://elmaquinante.blogspot.com/p/blog-page_52.html

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ENTRADAS RELACIONADAS

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FUENTES:

viernes, 21 de febrero de 2025

PRL/Propulsión - UNIDAD 13: TRANSMISIÓN Parte 2

👉Hélice
La hélice (también llamada propulsor o propela) es un dispositivo giratorio que se instala en el exterior del buque bajo la línea de flotación. Este dispositivo al girar produce un chorro de agua que debido al principio de acción y reacción genera la fuerza que mueve al buque.

El principio de acción y reacción es un principio de la física y dice que “A toda fuerza (acción) se opone otra de la misma intensidad y en sentido contrario (reacción)”.

Por ello cuando la hélice “empuja” el agua hacia atrás (acción) a su vez es “empujada” hacia delante por una fuerza igual (reacción).

Este empuje hacia delante es transmitido por la hélice al eje y este lo transmite a un cojinete de empuje que la transmite a su vez a la estructura del barco haciéndolo mover hacia delante.

Existen diversos tipos de hélices según sean las condiciones en que deberán trabajar y las cualidades que se buscan en ellas.

Existen hélices para motores de bajas o altas revoluciones, para embarcaciones de alta o baja velocidad etc.

👉Las características que más varían de un tipo de hélice a otro son:

Diámetro de la hélice: Doble distancia desde el centro del núcleo hasta el extremo o punta de la pala.
Cantidad de palas: Varía entre dos y seis, Las más comunes son de tres y cuatro palas.
Área de las palas: suma de las superficies de trabajo
Inclinación de las palas: ángulo de las palas que pueden ser fijos o variables.
Paso: Esta en relación a la torsión de las palas. Es la distancia que avanzaría una hélice al dar una vuelta completa si estuviera inserta en un medio sólido.
Núcleo: Estructura que sirve de soporte a las palas, va unida al eje.

Sentido de giro:

Para generar impulso hacia delante la hélice puede tener dos sentidos de giro:
En el sentido de giro de las agujas del reloj (a la derecha viendo desde la popa). hélices dextrógiras
En sentido contrario a las agujas del reloj (a la izquierda viendo desde la popa). Hélices levogiras.

Materiales – Pueden ser de muchos tipos, entre ellos de aluminio, acero inoxidable, bronce, o materiales compuestos. Las hélices en ‘composites’ trabajan bien y no son muy caras. Las de aluminio son las más utilizadas debido a la gran cantidad de medidas con que pueden ser fabricadas y las diversas condiciones y revoluciones con que pueden ser utilizadas. Las de bronce y acero inox son las que ofrecen las mejores prestaciones y duración frente al paso del tiempo, y son muy adecuadas para barcos que se desplacen a mucha velocidad.

Hélices de paso controlable. (C.P.P.)

Las hélices de paso controlable ( C.P.P. de sus siglas en inglés "controlable picth propeller") son hélices capaces de controlar el ángulo de paso de sus palas gracias a un sistema hidráulico o hidromecánico , para satisfacer la demanda de propulsión aplicada.
En la ilustración de abajo se muestran ejemplos de los dos sistemas de hélices de paso controlable mas usados:

En el ejemplo mostrado en la parte superior de la ilustración, se muestra el sistema de servo integrado en el cubo de la hélice, con tubos concéntricos en el interior del eje por los cuales se envía el fluido hidráulico para las posiciones de avante, atrás y retorno o presurización de cubo.

En el ejemplo mostrado en la parte inferior de la ilustración, se muestra el sistema de servo integrado en la caja de engranajes,con un mecanismo en el interior del eje, que transmite el movimiento avante/atrás hasta el cubo de la hélice.

Este tipo de hélices dependen para su funcionamiento de un sistema de control de demanda de la propulsión con cierto grado de complejidad y adaptados a las necesidades de cada buque en particular y a las características de su planta propulsora.

👉Funcionamiento de la Hélice

En cualquier hélice es importante tener suficiente superficie de palas, capaz de distribuir la potencia del motor entre las distintas palas y por tanto tener una superficie suficiente para desplazar todo el volumen de agua que la potencia del motor permita. Palas demasiado pequeñas causan ‘cargas’ muy altas, lo que significa que la hélice no es capaz de absorber toda la potencia transferida por el motor. El resultado es lo que conocemos como cavitación, vibraciones y en algunos casos extremos ‘picaduras’ en las palas.

👉Cavitación: Cuando una hélice gira sus palas expulsan el agua hacia atrás, dejando un vacío que es inmediatamente ocupado por nuevas moléculas líquidas. Si la velocidad de giro sobrepasa ciertos límites, el agua expulsada lleva tal fuerza que impide que el vacío formado pueda ser ocupado por otras moléculas de agua.

Este fenómeno se llama cavitación, la cual se manifiesta en un aumento del número de revoluciones (giro en vacío) ruidos, vibraciones y formación de espuma en la popa. El fenómeno de la cavitación está directamente relacionado con la depresión que se crea en la cara anterior de las palas de la hélice.
Por principio de Física sabemos que la temperatura del agua varía en función de la presión atmosférica: el agua hierve a 100º C (si está situada a nivel del mar) pero lo hace a menor temperatura si se sitúa en el alto de una montaña; ello es debido a que la presión atmosférica es menor. Pues bien, las palas de una hélice girando a gran velocidad crean tal depresión en su cara anterior que el agua hierve a temperatura ambiente; las burbujas que salen entonces de la hélice no son de aire, sino estrictamente de vapor de agua. Estas burbujas se desplazan rápidamente hacia atrás, hasta encontrar una zona de mayor presión donde volverán a convertirse en agua implotando (lo contrario de explotar) contra las propias palas de la hélice y arrancando en cada choque una microscópica partícula de metal.
El origen de las burbujas está en el borde de ataque de la hélice, pero el daño se manifiesta en la parte posterior con el aspecto de una corrosión, que va retrocediendo en su proceso destructivo hasta el centro de la pala.
Una hélice en cavitación puede consumirse por completo en el plazo de pocos días.
La cavitación se manifiesta con mayor intensidad cuanto mas rápido es el barco, cuanto mas deprisa giran las hélices. Se evita reduciendo las revoluciones del motor y aumentándolas paulatinamente. La cavitación disminuye, así mismo, el rendimiento del motor.

👉Características

Las hélices marinas, o propulsores de barcos, deben tener ciertas características para funcionar de manera eficiente y segura. Algunas de las características más importantes son:

1. Material: Deben ser fabricadas con materiales resistentes a la corrosión, como el bronce o el acero inoxidable, para soportar la exposición al agua salada y otros elementos marinos.

2. Diseño de Palas: El diseño y número de palas puede influir en el rendimiento de la hélice. Generalmente, las hélices de 3 a 5 palas son comunes, y su forma debe minimizar la cavitación y maximizar la eficiencia.

3. Paso de la Hélice: El paso (la distancia que la hélice avanzaría en una vuelta completa en un medio sólido) debe ser adecuado para el tipo de embarcación y su uso previsto. Un paso correcto permite una buena aceleración y velocidad de crucero.

4. Equilibrio: Las hélices deben estar perfectamente balanceadas para evitar vibraciones y desgaste prematuro en el motor y otros componentes del sistema de propulsión.

5. Diámetro: El diámetro de la hélice debe ser acorde con el tamaño del barco y la potencia del motor. Un diámetro adecuado contribuye a un mejor rendimiento y menor desgaste.

6. Durabilidad y Mantenimiento: Las hélices deben ser duraderas y fáciles de mantener. Es importante que sean de fácil acceso para inspección y limpieza.

Cada tipo de embarcación requiere diferentes especificaciones como tamaño del buque, uso que se le va dar, tonelaje, si es de alta mar, transporte de pasajeros, etc. a la hora de diseñar una hélice.

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ENTRADAS RELACIONADAS

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FUENTES:

jueves, 20 de febrero de 2025

SMD-UNIDAD 1 - VALORES A CONTROLAR EN UN MOTOR DIESEL

Revisión de conceptos básicos de un sistema de control. Diagrama en bloques.

👉SISTEMAS Y SISTEMAS DE CONTROL

👀Definición: Un sistema es un arreglo, conjunto o colección de cosas conectadas o relacionadas de manera que constituyan un todo.

👀Definición: Un sistema es un arreglo de componentes físicos conectados o relacionados de tal manera que formen una unidad completa o que puedan actuar como tal.

La palabra control generalmente se usa para designar regulación, dirección o comando. Al combinar las definiciones anteriores, se tiene :

👀Definición: Un sistema de control es un arreglo de componentes físicos conectados de tal manera que el arreglo se pueda comandar, dirigir o regular a sí mismo o a otro sistema.

👉Existen tres tipos básicos de sistemas de control:

1. Sistemas de control hechos por el hombre.

2. Sistemas de control naturales, incluyendo sistemas biológicos.

3. Sistemas de control cuyos componentes están unos hechos por el hombre y los otros son naturales.

Cada cosa altera su medio ambiente de alguna manera, si no lo hace activamente lo hace pasivamente tal es el caso de un espejo que dirige un haz de luz que incide sobre él a un ángulo agudo.

El espejo (Fig. 1) se puede considerar como un sistema elemental de control, que controla el haz de luz de acuerdo con la simple relación "el ángulo de reflexión es igual al ángulo de incidencia “a".

En la ingeniería y en la ciencia generalmente restringimos el significado de sistemas de control al aplicarlo a esos sistemas cuya función principal es comandar, dirigir o regular dinámica o activamente.

El sistema ilustrado en la figura 2, que consiste en un espejo pivoteado en uno de sus extremos y que se puede mover hacia arriba o hacia abajo por medio de un tornillo en el otro extremo, se denomina propiamente un sistema de control.

👉ENTRADA Y SALIDA

Vamos a identificar las variables que constituyen la entrada y la salida del espejo ajustable de la figura

La entrada es el ángulo de inclinación del espejo, 0, el cual se varía ajustando el tornillo. La salida es la posición angular del haz reflejado 0 + a con respecto a la superficie de referencia.

👀Definición : La entrada es el estímulo o excitación que se aplica a un sistema de control desde una fuente de energía externa, generalmente con el fin de producir, de parte del sistema de control, una respuesta especificada.

👀Definición : La salida es la respuesta obtenida del sistema de control. Puede ser o no puede ser igual a la respuesta especificada que la entrada implica.

Tomamos como ejemplo una persona que quiere tocar un objeto:

Los componentes básicos de este sistema de control son el cerebro, el brazo y la mano y los ojos. El cerebro envía la señal del sistema nervioso requerida hacia el brazo y la mano, con el fin de alcanzar el objeto. Esta señal se amplifica en los músculos del brazo y la mano los cuales sirven como impulsores en el sistema. Los ojos se usan como dispositivos de exploración y continuamente "retroalimentan" hacia el cerebro la información sobre la posición de la mano.

➤La salida del sistema es la posición de la mano.

➤La entrada es la posición del objeto.

El objetivo del sistema de control es reducir la distancia entre la posición de la mano y la del objeto a cero.
En la figura, la línea punteada y las flechas representan la dirección del flujo de información.

👉CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE CONTROL
Los sistemas de control se clasifican en dos grandes categorías a saber: Sistemas de lazo abierto y de lazo cerrado.
La distinción la determina la acción de control, que es la cantidad que activa el sistema para producir la salida.

👀Definición : Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción de control es independiente de la salida.

👀Definición : Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el cual la acción de control es en cierto, modo dependiente de la salida..

Los sistemas de control de lazo abierto tienen dos rasgos sobresalientes:

1. La habilidad que éstos tienen para ejecutar una acción con exactitud está determinada por su calibración. Calibrar significa establecer o restablecer una relación entre la entrada y la salida con el fin de obtener del sistema la exactitud deseada.

2. Estos sistemas no tienen el problema de la inestabilidad.

Los sistemas de control de lazo cerrado se llaman comúnmente sistemas de control por retroalimentación y se consideran en más detalle a partir de la próxima sección.

Para clasificar un sistema de control como de lazo abierto o cerrado, se deben distinguir claramente los componentes del sistema de los componentes que interactúan con él pero que no forman parte del mismo. Por ejemplo, un operador humano puede o no, ser un componente del sistema.

👉DIAGRAMAS EN BLOQUE: FUNDAMENTOS
Un diagrama en bloque es una representación visual simplificada de la relación de causa y efecto que existe entre la entrada y la salida de un sistema físico.

El diagrama suministra un método útil y conveniente para caracterizar las relaciones funcionales entre los diferentes componentes de un sistema de control. Los componentes del sistema se conocen alternativamente, con el nombre de elementos del sistema. La forma más sencilla del diagrama en bloque es el bloque simple que lleva una entrada y una salida:

👉RETROALIMENTACIÓN

La retroalimentación es esa característica de los sistemas de control de lazo cerrado que los distingue de los sistemas de lazo abierto.

👀Definición: Retroalimentación es esa propiedad de un sistema de lazo cerrado que permite que la salida (o cualquier otra variable controlada del sistema) sea comparada con la entrada al sistema (o con una entrada a cualquier componente interno del sistema o con un subsistema de éste) de tal manera que se pueda establecer la acción de control apropiada como función de la entrada y la salida.

Los rasgos más importantes que la presencia de retroalimentación imparte a un sistema son :

1. Aumento de exactitud. Por ejemplo, la habilidad para reproducir la entrada fielmente. 2. Sensibilidad reducida de la razón de la salida a la entrada, a las variaciones en las características del sistema .

3. Efectos reducidos de la no-linealidad y de la, distorsión.

4. Aumento del ancho de banda. El ancho de banda de un sistema es ese intervalo de frecuencias (de la entrada) por sobre el cual el sistema responde satisfactoriamente.

5. Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.

El interior del rectángulo que representa al bloque generalmente contiene la descripción o el nombre del elemento, o el símbolo de la operación matemática que se ejecuta sobre la entrada, con el fin de obtener la salida. Las flechas representan la dirección de la información unilateral o el flujo de señales.

👉PUNTO DE SUMA

Las operaciones de adición y sustracción tienen una representación especial. El bloque se cambia por un pequeño círculo, llamado punto de suma con el signo apropiado, más o menos, acompañando las flechas que llegan al círculo. La salida es la suma algebraica de las entradas.

Cualquier número de entradas se puede aplicar al punto de suma.

Algunos autores ponen una cruz en el círculo

Evitaremos esta notación en nuestro caso, porque a veces puede haber confusión con la operación de multiplicación.

👉Punto de reparto
Con el fin de emplear la misma señal o variable como entrada a más de un bloque 0 punto de suma, se usa un punto de reparto. Esto permite que la señal prosiga sin alteración a lo largo de diferentes trayectorias hacia varios destinos.

👉DIAGRAMA EN BLOQUE DE UN SISTEMA DE CONTROL POR RETROALIMENTACIÓN
Los bloques que representan los diferentes componentes de un sistema de controle están conectados de tal manera que caracterizan su relación funcional dentro del sistema.
La configuración básica de un sistema de control simple, de lazo cerrado (por retroalimentación), se ilustra en el diagrama en bloque de la figura 2-1.
Se debe anotar que las flechas del lazo cerrado que interconectan los bloques, representan la dirección del flujo de la energía de control o información y no la fuente principal de energía para el sistema.

Si volvemos al caso de la persona queriendo atrapar la piedra, vemos que los componentes básicos de este sistema de control son el cerebro, el brazo Y la mano y los ojos.

El cerebro envía la señal del sistema nervioso requerida hacia el brazo y la mano, con el fin de alcanzar el objeto. Esta señal se amplifica en los músculos del brazo y la mano los cuales sirven como impulsores en el sistema.

Los ojos se usan como dispositivos de exploración y continuamente "retroalimentan" hacia el cerebro la información sobre la posición de la mano.

➥La salida del sistema es la posición de la mano.

➥La entrada es la posición del objeto.

El objetivo del sistema de control es reducir la distancia entre la posición de la mano y la del objeto a cero.
La figura es un diagrama esquemático. La línea punteada y las flechas representan la dirección del flujo de información.

👉TERMINOLOGÍA DEL DIAGRAMA EN BLOQUE PARA LAZO CERRADO
Es importante que los términos que se usan en el diagrama en bloque para lazo cerrado se entiendan claramente y se recuerden.

Para representar las variables de entrada y de salida de cada elemento se usan letras minúsculas tal como para los símbolos de los bloques g1, g2 y h. Estas cantidades represen- tan funciones de tiempo, a no ser que se especifique lo contrario.

👉TERMINOLOGÍA DE LOS SISTEMAS DE CONTROL

👀Definición : La planta g 2, llamada también sistema controlado, es el cuerpo, proceso o máquina de la cual se va a controlar una cantidad o condición particular

👀Definición: Los elementos de control g 1, también llamados el controlador, son los componentes requeridos para generar la señal de control apropiada m que se aplica a la planta.

👀Definición : Los elementos de retroalimentación h son los componentes que se requieren para establecer la relación funcional entre la señal de retroalimentación primaria b y la salida controlarla e.

👀Definición : La entrada de referencia r es una señal externa aplicada a un sistema de control por retroalimentación con el fin de ordenar a la planta una acción especificada. A menudo representa un comportamiento ideal de la salida de la planta.

👀Definición: La salida controlada es esa cantidad o condición de la planta que se controla.

👀Definición: La señal de retroalimentación primaria b es una señal que es función de la salida controlada e, y que se suma algebraicamente a la entrada de referencia r para obtener la señal impulsora e.

👀Definición: La señal impulsora e, también denominada el error o acción de control, es la suma algebraica de la entrada de referencia r más o menos (usualmente menos) la retroalimentación primaria b.

👀Definición: La variable manipulada m (señal de control) es esa cantidad o condición que los elementos de control g, aplican a la, planta g 2.

👀Definición: Una perturbación u es una señal de entrada indeseable que afecta el valor de la salida controlada c. Puede entrar a la planta sumándose con m o a través de un punto intermedio, como se muestra en el diagrama en bloque de la figura 2-1-

👀Definición: La trayectoria directa es la vía de trasmisión desde la señal impulsara e hasta la salida controlada e.

👀Definición: La trayectoria de retroalimentación, es la vía de trasmisión desde la salida controlada c hasta, la señal de retroalimentación primaria b.

👉LOS ELEMENTOS FÍSICOS INTEGRANTES DE UN SISTEMA DE CONTROL DE UN MOTOR DIESEL MARINO

pueden ser , entre otros mas , los siguientes:

1. Panel de control local: Es la interfaz a través de la cual el operador puede monitorear y controlar el motor. Incluye botones, interruptores y pantallas que muestran información relevante sobre el funcionamiento del motor.

2. Regulador de velocidad: Este dispositivo mantiene las revoluciones del motor constantes dentro de un rango deseado, ajustando la cantidad de combustible inyectado en los cilindros.

3. Actuador: Un componente que convierte señales eléctricas en movimiento mecánico, utilizado para controlar elementos como válvulas y bombas.

4. Convertidor electro-hidráulico: Convierte la energía eléctrica en energía hidráulica, permitiendo el control de sistemas hidráulicos dentro del motor.

5. Unidad de control del motor (ECU): Es un sistema electrónico que gestiona y optimiza el rendimiento del motor, regulando parámetros como la inyección de combustible y la sincronización de válvulas.

6. Bomba de inyección: Responsable de suministrar combustible a los cilindros del motor en la cantidad y momento adecuados para asegurar un funcionamiento eficiente.

7. Sensor de posición del cigüeñal: Mide la posición del cigüeñal y envía esta información a la ECU para ajustar la inyección de combustible y la sincronización de válvulas.

8. Sensor de temperatura del motor: Monitorea la temperatura del motor y envía datos a la ECU para evitar sobrecalentamientos y optimizar el rendimiento.

9. Sensor de presión de combustible: Mide la presión del combustible en el sistema de inyección y asegura que esté dentro del rango óptimo para el funcionamiento del motor.

10. Sistema de alarma y protección: Incluye dispositivos que detectan condiciones anormales y activan alarmas o sistemas de protección para evitar daños al motor.

👉SERVOMECANISMOS
El sistema de control por retroalimentación especial llamado servomecanismo merece una atención especial debido a su popularidad en aplicaciones industriales y en la literatura técnica sobre sistemas de control.

Definición: Un servomecanismo es un sistema de control por retroalimentación con amplificación de potencia en el cual la variable controlada c es una posición mecánica o una derivada de posición, con respecto al tiempo tal como la velocidad o la aceleración.

Ejemplo: Los aparatos empleados para dirigir un automóvil forman un servomecanismo. La entrada de la orden la constituye la posición angular de la rueda del timón. El pequeño torque rotacional que se aplica a la rueda del timón se amplifica hidráulicamente, lo cual proporciona una fuerza adecuada para modificar la salida constituida por la posición angular de las ruedas delanteras. El diagrama en bloque de tal sistema se puede representar como en la figura 2-2. Se requiere retroalimentación negativa para devolver la válvula de control a la posición neutral, reduciendo el torque del amplificador hidráulico a cero cuando se ha alcanzado la posición deseada de la rueda.

👉REGULADORES

Definición. Un regulador o sistema regulador es un sistema de control, por retroalimentación en el cual la entrada de referencia u orden es constante para largos períodos de tiempo, a menudo para el intervalo de tiempo completo, durante el cual el sistema está en operación.
Un regulador se diferencia de un servomecanismo en que la función primordial de un regulador es generalmente mantener constante una salida que es controlada, mientras que la función de un servomecanismo consiste muy a menudo en hacer que la salida del sistema siga una entrada variante.

👉FUNCIONAMIENTO DE UN REGULADOR DE VELOCIDAD

1. Inicio: El sistema está en reposo.

2. Detectar velocidad: Sensores o mecanismos detectan la velocidad actual del motor.

3. Comparar velocidad: Se compara la velocidad detectada con la velocidad deseada (punto de ajuste).

- Si la velocidad es “igual” a la deseada, volver al inicio.

- Si la velocidad es “mayor” a la deseada, continuar al siguiente paso.

- Si la velocidad es “menor” a la deseada, saltar al paso de ajuste de aceleración.

4. Reducir suministro de combustible: Reducir el suministro de combustible para disminuir la velocidad.

5. Ajuste de aceleración: Aumentar el suministro de combustible para aumentar la velocidad.

6. Revisión: Volver al paso de detección de velocidad y repetir el ciclo.

Ejemplo: Un regulador de velocidad tipo Watt, también conocido como regulador centrífugo, es un dispositivo utilizado para mantener una velocidad constante en motores de vapor y otras máquinas. Aquí tienes una imagen con la explicación de cada una de sus partes:

1. Bolas giratorias: Estas bolas están unidas a un eje vertical mediante brazos articulados. A medida que la velocidad de rotación aumenta, las bolas se alejan del eje debido a la fuerza centrífuga.

2. Eje de transmisión: El eje de transmisión conecta el motor con el regulador. La velocidad de rotación del eje influye en la posición de las bolas giratorias.

3. Válvula de control: La válvula de control ajusta el suministro de vapor al motor. Cuando las bolas giratorias se alejan del eje, la válvula se cierra parcialmente para reducir el suministro de vapor y mantener una velocidad constante.

4. Resorte: El resorte proporciona una fuerza de retorno que ayuda a las bolas a regresar a su posición original cuando la velocidad disminuye.

👉FUNCIONES LÓGICAS (TABLAS DE VERDAD)