James Watt, el regulador de bola volante y los primeros bucle de control de procesos
¿Alguna vez ha oído a alguien utilizar el término «balls out»? Ya sabe, en el sentido de dar el máximo esfuerzo o darlo
todo. Como un entrenador de baloncesto que explica su estrategia a su equipo durante el descanso de un partido: en la segunda parte vamos a darlo
todo en defensa. O un estudiante universitario que se pasa toda la noche estudiando para una prueba parcial: voy a darlo todo desde ahora hasta
la prueba de mañana. Pero, ¿te has preguntado alguna vez de dónde viene el término? Bueno, la verdad es que probablemente no significa
lo que tú crees. Gran Scott: James Watt (30 de enero de 1736 -
25 de agosto de 1819) Para conocer el verdadero origen del término, debemos remontarnos a finales del siglo XVIII, cuando el inventor e ingeniero mecánico escocés James Watt buscaba una forma de regular automáticamente la velocidad de una máquina
de vapor. Para entonces, Watt ya había tenido un impacto increíble en la evolución de la máquina de vapor. El motor Watt, uno de los muchos inventos de Watt y una mejora del primer motor Newcomen, ayudó a cambiar el mundo, dando paso a la Revolución Industrial y marcando el inicio de la modernización de la vida cotidiana. El regulador de
bola volante y los inicios de la automatización
Pero las contribuciones de Watt no terminaron
ahí. En la década de 1780, observó que los operadores de motores se enfrentaban a un reto concreto: las máquinas que funcionaban en fábricas y minas debían girar a una velocidad constante, independientemente de la carga que soportaran. Esto suponía un reto porque un aumento o una disminución de la carga aplicada a una máquina de vapor afectaba a su velocidad. Por
lo tanto, en términos generales, la velocidad de un motor aumenta cuando la carga disminuye y disminuye cuando la carga aumenta. Si, por ejemplo, se tiene una bomba que extrae agua de una mina, la velocidad del motor aumentaría cada vez que la cantidad de agua aumentara o disminuyera. Para compensarlo, el operador del motor tendría que abrir o cerrar manualmente la válvula de vapor. En 1788, Watt comenzó a buscar
formas de automatizar este proceso. Finalmente, dio con un mecanismo conocido como «bola volante» (o regulador centrífugo), que se había utilizado en los molinos de viento durante casi un siglo para regular la distancia y la presión entre las piedras del molino. Watt vio en él la solución perfecta y comenzó a adaptar el dispositivo para controlar la velocidad de su máquina de vapor. Así es como Watt puso la bola en marcha
(o en giro, por así decirlo): El regulador de bola volante se compone
de dos bolas con peso unidas a un eje mediante brazos que pueden oscilar. El eje de salida de la máquina de vapor de Watt acciona el eje del regulador de bolas: a medida que el motor gira más rápido, la fuerza centrífuga hace que las bolas giren y se eleven hacia afuera; a medida que el motor se ralentiza, el giro se ralentiza y las bolas caen. Los brazos oscilantes están conectados a una palanca que acciona la válvula del acelerador, la cual, cuando está activa, aumenta y disminuye la cantidad de vapor que entra en el cilindro del motor, regulando así automáticamente la velocidad del motor. Así, cuando una máquina de vapor funciona a toda
velocidad, las bolas están «fuera», de ahí el significado de la expresión «balls out» (bolas fuera). Pero este término mal utilizado
no es lo único por lo que se conoce la adaptación del regulador de bolas volantes de Watt. La intención de Watt es también un ejemplo temprano de un sistema de control de bucle cerrado, muy similar a los sistemas de bucle cerrado modernos que podemos ver hoy en día en la
industria manufacturera. Si, por ejemplo, queremos controlar la temperatura de un medio en un proceso, utilizaríamos un sensor para medir la temperatura, un controlador para medir el nivel de error entre la lectura del sensor y el punto de ajuste del controlador, y luego el controlador activaría un actuador, en este caso un calentador para subir la temperatura o un intercambiador de calor para
bajarla. Compárese esto con el regulador de bolas volantes de Watt, donde el husillo detecta la velocidad del motor y las bolas volantes reaccionan al aumento de velocidad y, al igual que un controlador, activan la válvula de mariposa, que en este caso es el actuador que reduce la cantidad de vapor que llega a los cilindros, devolviendo así la velocidad del motor a un rango seguro. La mejora
de Watt en la máquina de vapor contribuyó a impulsar la innovación del siglo siguiente y proporcionó a los futuros ingenieros un ejemplo temprano de un sistema de control de bucle cerrado eficaz.
¿Qué son los motores paso a paso y los controladores? – Omega Engineering Introducción a los motores paso a paso
