Governador (dispositivo) - Governor (device)
| Modelo | Interruptor |
|---|---|
| Símbolo eletrônico | |
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Um governador , ou limitador de velocidade ou controlador , é um dispositivo usado para medir e regular a velocidade de uma máquina , como um motor .
Um exemplo clássico é o regulador centrífugo , também conhecido como regulador Watt ou fly-ball em uma máquina a vapor alternada, que usa o efeito da força inercial sobre os pesos rotativos acionados pelo eixo de saída da máquina para regular sua velocidade, alterando o fluxo de entrada de vapor.
História
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Reguladores centrífugos eram usados para regular a distância e a pressão entre as pedras de moinho em moinhos de vento desde o século XVII. Os primeiros motores a vapor empregavam um movimento puramente alternativo e eram usados para bombear água - uma aplicação que podia tolerar variações na velocidade de trabalho.
Só depois que o engenheiro escocês James Watt introduziu a máquina a vapor rotativa , para acionar máquinas de fábrica, uma velocidade operacional constante se tornou necessária. Entre os anos 1775 e 1800, Watt, em parceria com o industrial Matthew Boulton , produziu cerca de 500 motores de feixe rotativo . No coração desses motores estava o regulador "pêndulo cônico" projetado por Watt: um conjunto de esferas de aço giratórias presas a um fuso vertical por braços articulados, onde a força de controle consiste no peso das esferas.
A base teórica para a operação dos governadores foi descrita por James Clerk Maxwell em 1868 em seu artigo seminal 'Sobre os governadores'.
Com base no projeto de Watt, o engenheiro americano Willard Gibbs, em 1872, analisou teoricamente o regulador de pêndulo cônico de Watt de uma perspectiva matemática do equilíbrio de energia. Durante os anos de pós-graduação na Universidade de Yale , Gibbs observou que a operação do dispositivo na prática era afetada pelas desvantagens da lentidão e uma tendência a corrigir excessivamente as mudanças na velocidade que deveria controlar.
Gibbs teorizou que, análogo ao equilíbrio do regulador Watt simples (que depende do equilíbrio de dois torques: um devido ao peso das "bolas" e o outro devido à sua rotação), equilíbrio termodinâmico para qualquer trabalho que produza sistema termodinâmico depende do equilíbrio de duas entidades. A primeira é a energia térmica fornecida à substância intermediária e a segunda é a energia de trabalho realizada pela substância intermediária. Nesse caso, a substância intermediária é o vapor.
Esses tipos de investigações teóricas culminaram na publicação, em 1876, da famosa obra de Gibbs Sobre o equilíbrio das substâncias heterogêneas e na construção do governador de Gibbs. Essas formulações são onipresentes hoje nas ciências naturais na forma da equação de energia livre de Gibbs , que é usada para determinar o equilíbrio de reações químicas; também conhecido como equilíbrio de Gibbs .
Os reguladores também eram encontrados nos primeiros veículos motorizados (como o Wilson-Pilcher 1900 ), onde eram uma alternativa ao acelerador manual. Eles foram usados para definir a rotação do motor necessária, e o acelerador e o tempo do veículo foram ajustados pelo governador para manter a velocidade constante, semelhante a um controle de cruzeiro moderno . Os reguladores também eram opcionais em veículos utilitários com acessórios acionados pelo motor, como guinchos ou bombas hidráulicas (como Land Rovers ), novamente para manter o motor na velocidade exigida, independentemente das variações da carga sendo acionada.
Limitadores de velocidade
Os reguladores podem ser usados para limitar a velocidade máxima dos veículos e, para algumas classes de veículos, esses dispositivos são um requisito legal. Eles podem mais geralmente ser usados para limitar a velocidade de rotação do motor de combustão interna ou proteger o motor de danos devido à velocidade de rotação excessiva.
Carros
Hoje, BMW , Audi , Volkswagen e Mercedes-Benz limitam seus carros de produção a 250 quilômetros por hora (155 mph). Certos carros Quattro GmbH e AMG , e a Mercedes / McLaren SLR são uma exceção. Os BMW Rolls-Royces são limitados a 240 quilômetros por hora (149 mph). Os jaguares , embora britânicos, também têm um limitador, assim como os suecos Saab e Volvo nos carros onde é necessário.
Os fabricantes alemães inicialmente deram início ao " acordo de cavalheiros ", limitando eletronicamente seus veículos a uma velocidade máxima de 250 quilômetros por hora (155 mph), uma vez que essas velocidades altas são mais prováveis na Autobahn . Isso foi feito para reduzir o desejo político de introduzir um limite de velocidade legal.
Nos mercados europeus, a General Motors Europe às vezes opta por descontar o acordo, o que significa que certos carros Opel ou Vauxhall de alta potência podem exceder a marca de 250 quilômetros por hora (155 mph), enquanto seus Cadillacs não. Ferrari , Lamborghini , Maserati , Porsche , Aston Martin e Bentley também não limitam seus carros, pelo menos não a 250 quilômetros por hora (155 mph). O Chrysler 300C SRT8 é limitado a 270 km / h. A maioria dos veículos do mercado doméstico japonês está limitada a apenas 180 quilômetros por hora (112 mph) ou 190 quilômetros por hora (118 mph). A velocidade máxima é um forte argumento de vendas, embora velocidades acima de cerca de 300 quilômetros por hora (190 mph) não sejam alcançáveis em estradas públicas.
Muitos carros de alto desempenho são limitados a uma velocidade de 250 quilômetros por hora (155 mph ) para limitar os custos de seguro do veículo e reduzir o risco de pneus quebrarem.
Ciclomotores
As motocicletas no Reino Unido precisam ter um limitador de velocidade de 30 mph (48 km / h) desde 1977. A maioria dos outros países europeus tem regras semelhantes (veja o artigo principal).
Veículos de serviços públicos
Os veículos de serviço público costumam ter uma velocidade máxima legal. Os serviços regulares de ônibus no Reino Unido (e também os serviços de ônibus ) são limitados a 65 mph.
Os ônibus públicos urbanos costumam ter reguladores de velocidade que normalmente são fixados entre 65 quilômetros por hora (40 mph) e 100 quilômetros por hora (62 mph).
Caminhões (HGVs)
Todos os veículos pesados na Europa e na Nova Zelândia têm reguladores por lei / regulamentação que limitam suas velocidades a 90 quilômetros por hora (56 mph) ou 100 quilômetros por hora (62 mph). Carros de bombeiros e outros veículos de emergência estão isentos deste requisito.
Exemplos de uso
Aeronave
As hélices de aeronaves são outra aplicação. O governador detecta as RPMs do eixo e ajusta ou controla o ângulo das lâminas para variar a carga de torque no motor. Assim, à medida que a aeronave acelera (como em um mergulho) ou desacelera (em subida), a rotação é mantida constante.
Motores pequenos
Pequenos motores, usados para poder cortadores de grama , portáteis geradores e gramado e jardim tratores , estão equipados com um governador de combustível limite para o motor a uma velocidade máxima de segurança quando descarregados e para manter uma velocidade relativamente constante apesar das mudanças na carga. No caso de aplicações de gerador, a rotação do motor deve ser controlada de perto para que a frequência de saída do gerador permaneça razoavelmente constante.
Os reguladores de motores pequenos são normalmente um de três tipos:
- Pneumático : o mecanismo do regulador detecta o fluxo de ar do soprador do volante usado para resfriar um motor refrigerado a ar. O desenho típico inclui uma palheta de ar montado no interior da caixa do ventilador do motor e ligada ao carburador do acelerador eixo. Uma mola abre o acelerador e, conforme o motor ganha velocidade, o aumento do fluxo de ar do soprador força a palheta de volta contra a mola, fechando parcialmente o acelerador. Eventualmente, um ponto de equilíbrio será alcançado e o motor funcionará a uma velocidade relativamente constante. Os reguladores pneumáticos têm um design simples e são baratos de produzir. No entanto, eles não regulam a rotação do motor com muita precisão e são afetados pela densidade do ar, bem como pelas condições externas que podem influenciar o fluxo de ar.
- Centrífuga : um mecanismo de peso-mosca acionado pelo motor está ligado ao acelerador e funciona contra uma mola de forma semelhante ao regulador pneumático, resultando em operação essencialmente idêntica. Um regulador centrífugo é mais complexo de projetar e produzir do que um regulador pneumático. No entanto, o projeto centrífugo é mais sensível às mudanças de velocidade e, portanto, é mais adequado para motores que experimentam grandes flutuações de carga.
- Eletrônico : um servo motor é ligado ao acelerador e controlado por um módulo eletrônicoque detecta a rotação do motor por meio da contagem dos pulsos elétricos emitidos pelo sistema de ignição ou por um captador magnético. A frequência desses pulsos varia diretamente com a rotação do motor, permitindo que o módulo de controle aplique uma tensão proporcionalao servo para regular a rotação do motor. Devido à sua sensibilidade e resposta rápida às mudanças de velocidade, os reguladores eletrônicos são frequentemente instalados em geradores movidos a motor projetados para alimentar o hardware do computador , já que a frequência de saída do gerador deve ser mantida dentro de limites estreitos para evitar mau funcionamento.
Controles de turbina
Nas turbinas a vapor , o governo da turbina a vapor é o procedimento de monitorar e controlar a vazão do vapor na turbina com o objetivo de manter sua velocidade de rotação constante. A vazão do vapor é monitorada e controlada por válvulas de interposição entre a caldeira e a turbina.
Em turbinas de água , reguladores têm sido usados desde meados do século 19 para controlar sua velocidade. Um sistema típico usaria um regulador Flyball atuando diretamente na válvula de entrada da turbina ou na comporta para controlar a quantidade de água que entra na turbina. Em 1930, os governadores mecânicos começaram a usar controladores PID para um controle mais preciso. Na última parte do século XX, reguladores eletrônicos e sistemas digitais começaram a substituir os reguladores mecânicos.
Gerador elétrico
Para geração elétrica em redes elétricas síncronas , os motores principais acionam geradores elétricos que são eletricamente acoplados a quaisquer outros geradores na rede. Com o controle de velocidade de queda, a frequência de toda a rede determina o combustível entregue a cada gerador, de modo que, se a rede funcionar mais rápido, o combustível é reduzido para cada gerador por seu regulador para limitar a velocidade.
Elevador
Governadores são usados em um elevador . Ele atua como um mecanismo de parada no caso de o elevador funcionar além de sua velocidade de manobra (que geralmente é um fator da velocidade máxima do elevador e é predefinida pelo fabricante de acordo com as diretrizes internacionais de segurança de elevadores). Este dispositivo deve ser instalado em elevadores de tração e elevadores hidráulicos com cabo.