Tacómetro
Un tacómetro (cuentarrevoluciones, tacómetro, cuentarrevoluciones, medidor de RPM) es un instrumento que mide la velocidad de rotación de un eje o disco, como en un motor u otra máquina. El dispositivo generalmente muestra las revoluciones por minuto (RPM) en un dial analógico calibrado, pero las pantallas digitales son cada vez más comunes.
La palabra proviene del griego τάχος (táchos "velocidad") y μέτρον (métron "medir"). Esencialmente, las palabras tacómetro y velocímetro tienen un significado idéntico: un dispositivo que mide la velocidad. Es por convención arbitraria que en el mundo del automóvil uno se usa para las revoluciones del motor y el otro para la velocidad del vehículo. En la nomenclatura de ingeniería formal, se utilizan términos más precisos para distinguir los dos.
Historia
El primer tacómetro fue descrito por Bryan Donkin en un documento de la Royal Society of Arts en 1810 por el que recibió la medalla de oro de la sociedad. Este consistía en un cuenco de mercurio construido de tal manera que la fuerza centrífuga hacía que el nivel en un tubo central cayera cuando giraba y bajaba el nivel en un tubo más estrecho arriba lleno de alcohol coloreado. El cuenco se conectó a la maquinaria a medir mediante poleas.
Los primeros tacómetros mecánicos se basaban en medir la fuerza centrífuga, similar al funcionamiento de un gobernador centrífugo. Se supone que el inventor es el ingeniero alemán Dietrich Uhlhorn; lo usó para medir la velocidad de las máquinas en 1817. Desde 1840, se ha utilizado para medir la velocidad de las locomotoras.
En automóviles, camiones, tractores y aviones
Los tacómetros o cuentarrevoluciones de automóviles, aviones y otros vehículos muestran la velocidad de rotación del cigüeñal del motor y, por lo general, tienen marcas que indican un rango seguro de velocidades de rotación. Esto puede ayudar al conductor a seleccionar el acelerador y la configuración de marcha apropiados para las condiciones de manejo. El uso prolongado a altas velocidades puede provocar una lubricación inadecuada, sobrecalentamiento (superación de la capacidad del sistema de refrigeración), capacidad de velocidad superior de las subpartes del motor (por ejemplo, válvulas retraídas por resorte), lo que provoca un desgaste excesivo o daños permanentes o fallas en los motores. En los tacómetros analógicos, las velocidades superiores a la máxima velocidad de funcionamiento seguro suelen indicarse mediante un área del indicador marcada en rojo, lo que da lugar a la expresión "línea roja" un motor, acelerando el motor hasta el límite máximo seguro. La mayoría de los automóviles modernos suelen tener un limitador de revoluciones que limita electrónicamente la velocidad del motor para evitar daños. Los motores diésel con sistemas de inyectores mecánicos tradicionales tienen un regulador integral que evita el exceso de velocidad del motor, por lo que los tacómetros de los vehículos y la maquinaria equipados con dichos motores a veces carecen de una línea roja.
En vehículos como tractores y camiones, el tacómetro a menudo tiene otras marcas, generalmente un arco verde que muestra el rango de velocidad en el que el motor produce el par máximo, que es de gran interés para los operadores de dichos vehículos. Los tractores equipados con un sistema de toma de fuerza (TDF) tienen tacómetros que muestran la velocidad del motor necesaria para girar la TDF a la velocidad estándar requerida por la mayoría de los implementos accionados por TDF. En muchos países, los tractores deben tener un velocímetro para usar en una carretera. Para evitar tener que instalar una segunda esfera, el tacómetro del vehículo suele estar marcado con una segunda escala en unidades de velocidad. Esta escala solo es precisa en una determinada marcha, pero dado que muchos tractores solo tienen una marcha que es práctica para usar en carretera, esto es suficiente. Tractores con múltiples 'cambios de carretera' suelen tener tacómetros con más de una escala de velocidad. Los tacómetros de las aeronaves tienen un arco verde que muestra el rango de velocidad de crucero diseñado para el motor.
En vehículos más antiguos, el tacómetro es impulsado por las ondas de voltaje RMS del lado de baja tensión (interruptor de contacto LT) de la bobina de encendido, mientras que en otros (y en casi todos los motores diésel, que no tienen sistema de encendido) la velocidad del motor está determinada por el frecuencia de la salida del tacómetro del alternador. Esto es de una conexión especial llamada "toma de CA" que es una conexión a una de las salidas de la bobina del estator, antes del rectificador. Existen tacómetros impulsados por un cable giratorio desde una unidad de accionamiento instalada en el motor (generalmente en el árbol de levas), generalmente en maquinaria simple con motor diesel con sistemas eléctricos básicos o sin ellos. En los EMS recientes que se encuentran en los vehículos modernos, la señal para el tacómetro generalmente se genera desde una ECU que deriva la información del sensor de velocidad del cigüeñal o del árbol de levas.
Ingeniería de tráfico
Los tacómetros se utilizan para estimar la velocidad y el volumen (flujo) del tráfico. Un vehículo está equipado con el sensor y realiza "carreras de tacómetro" que registran los datos de tráfico. Estos datos son un sustituto o complemento de los datos del detector de bucle. Para obtener resultados estadísticamente significativos se requiere una gran cantidad de ejecuciones, y la hora del día, el día de la semana y la temporada introducen un sesgo. Sin embargo, debido al costo, el espacio (una menor densidad de detectores de bucle disminuye la precisión de los datos) y la confiabilidad relativamente baja de los detectores de bucle (a menudo, el 30% o más están fuera de servicio en un momento dado), las ejecuciones de tacómetro siguen siendo una práctica común.
En trenes y vehículos ligeros sobre rieles
Dispositivos de detección de velocidad, denominados indistintamente "generadores de impulsos de rueda" (WIG), los generadores de impulsos, las sondas de velocidad o los tacómetros se utilizan ampliamente en los vehículos sobre raíles. Los tipos comunes incluyen sensores de disco ranurado con optoaislador y sensores de efecto Hall.
Los sensores de efecto Hall suelen utilizar un objetivo giratorio unido a una rueda, una caja de cambios o un motor. Este objetivo puede contener imanes o puede ser una rueda dentada. Los dientes de la rueda varían la densidad de flujo de un imán dentro de la cabeza del sensor. La sonda está montada con su cabeza a una distancia precisa de la rueda objetivo y detecta los dientes o imanes que pasan por su cara. Un problema con este sistema es que el espacio de aire necesario entre la rueda del objetivo y el sensor permite que el polvo ferroso de la estructura inferior del vehículo se acumule en la sonda o el objetivo, inhibiendo su función.
Los sensores del optoaislador están completamente revestidos para evitar la entrada del entorno exterior. Las únicas piezas expuestas son un conector de enchufe sellado y una horquilla de transmisión, que está unida internamente a un disco ranurado a través de un cojinete y un sello. El disco ranurado generalmente se intercala entre dos placas de circuito que contienen un fotodiodo, un fototransistor, un amplificador y circuitos de filtrado que producen una salida de tren de pulsos de onda cuadrada personalizada según los requisitos de voltaje y pulsos por revolución del cliente. Estos tipos de sensores suelen proporcionar de 2 a 8 canales independientes de salida que pueden ser muestreados por otros sistemas del vehículo, como los sistemas de control automático de trenes y los controladores de propulsión/frenado.
Los sensores montados alrededor de la circunferencia del disco proporcionan salidas codificadas en cuadratura y, por lo tanto, permiten que la computadora del vehículo determine la dirección de rotación de la rueda. Este es un requisito legal en Suiza para evitar el retroceso al arrancar desde parado. Estrictamente, tales dispositivos no son tacómetros ya que no proporcionan una lectura directa de la velocidad de rotación del disco. La velocidad debe derivarse externamente contando el número de pulsos en un período de tiempo. Es difícil probar de manera concluyente que el vehículo está parado, excepto esperando un cierto tiempo para asegurarse de que no se produzcan más pulsos. Esta es una de las razones por las que a menudo hay un retraso de tiempo entre la parada del tren, tal como lo percibe un pasajero, y la apertura de las puertas. Los dispositivos de disco ranurado son sensores típicos que se utilizan en los sistemas de odómetro para vehículos ferroviarios, como los que se requieren para los sistemas de protección de trenes, en particular el Sistema Europeo de Control de Trenes.
Además de la detección de velocidad, estas sondas se utilizan a menudo para calcular la distancia recorrida multiplicando las rotaciones de las ruedas por la circunferencia de las ruedas.
Se pueden usar para calibrar automáticamente el diámetro de la rueda comparando el número de rotaciones de cada eje con una rueda maestra que se ha medido manualmente. Dado que todas las ruedas recorren la misma distancia, el diámetro de cada rueda es proporcional a su número de rotaciones en comparación con la rueda principal. Esta calibración se debe realizar mientras se conduce por inercia a una velocidad fija para eliminar la posibilidad de que las ruedas se deslicen o se deslicen y se introduzcan errores en el cálculo. La calibración automática de este tipo se utiliza para generar señales de tracción y frenado más precisas y para mejorar la detección de deslizamiento de las ruedas.
Una debilidad de los sistemas que se basan en la rotación de las ruedas para la taquimetría y la odometría es que las ruedas del tren y los rieles son muy suaves y la fricción entre ellos es baja, lo que genera altos índices de error si las ruedas patinan o se deslizan. Para compensar esto, las entradas de odometría secundaria emplean unidades de radar Doppler debajo del tren para medir la velocidad de forma independiente.
En grabación de audio analógico
En la grabación de audio analógico, un tacómetro es un dispositivo que mide la velocidad de la cinta de audio cuando pasa por la cabeza. En la mayoría de las grabadoras de cinta de audio, el tacómetro (o simplemente 'tacómetro') es un eje relativamente grande cerca de la pila principal del ERP, aislado de los ejes de alimentación y recogida por rodillos de tensión.
En muchas grabadoras, el eje del tacómetro está conectado por un eje a un imán giratorio que induce un campo magnético cambiante en un transistor de efecto Hall. Otros sistemas conectan el eje a un estroboscopio, que alterna luz y oscuridad en un fotodiodo.
La unidad electrónica de la grabadora utiliza señales del tacómetro para garantizar que la cinta se reproduzca a la velocidad adecuada. La señal se compara con una señal de referencia (ya sea un cristal de cuarzo o corriente alterna de la red). La comparación de las dos frecuencias impulsa la velocidad del transporte de la cinta. Cuando la señal del tacómetro y la señal de referencia coinciden, se dice que el transporte de la cinta es "a velocidad". (Hasta el día de hoy, en los sets de filmación, el director grita "¡Roll sound!" y el técnico de sonido responde "Sound speed!" Este es un vestigio de los días en que los dispositivos de grabación requerían varios segundos para alcanzar una velocidad regulada.)
Tener una velocidad de cinta perfectamente regulada es importante porque el oído humano es muy sensible a los cambios de tono, en particular a los repentinos, y sin un sistema de autorregulación para controlar la velocidad de la cinta en la cabeza, el tono podría desviarse varios por ciento. Este efecto se llama wow-and-flutter, y una pletina de casete moderna regulada por tacómetro tiene un wow-and-flutter de 0,07%.
Los tacómetros son aceptables para la reproducción de sonido de alta fidelidad, pero no para grabar en sincronización con una cámara de cine. Para tales efectos, se deben utilizar grabadoras especiales que registren pilottone.
Las señales del tacómetro se pueden usar para sincronizar varias máquinas de cinta, pero solo si, además de la señal del tacómetro, se transmite una señal direccional para indicar a las máquinas esclavas en qué dirección se mueve la maestra.