Transductores: Los sensores del análisis de vibración
En análisis de vibración, a transductor es un dispositivo que convierte el movimiento físico y mecánico — vibración — en una señal eléctrica proporcional que un colector de datos o sistema de monitoreo puede procesar, medir y analizar. Los transductores son los sensores primarios y el primer eslabón de la cadena de medición; sin un transductor confiable, no es posible un análisis significativo. Elegir el adecuado es una decisión crítica que depende del tipo de máquina, su velocidad de operación y las fallas específicas que se están monitoreando — porque cada tipo de transductor es naturalmente sensible a una parte diferente del cuadro de vibración.
1. La cadena de medición y los tres parámetros
La vibración puede describirse mediante cualquiera de tres cantidades relacionadas, y cuál de ellas mide un transductor determina en qué destaca. Desplazamiento predomina a baja frecuencia y refleja el movimiento global; velocidad es la medida más equilibrada en la banda media donde residen la mayoría de las fallas comunes; y aceleración destaca los eventos de alta frecuencia que señalan daños tempranos en rodamientos y engranajes. Los tres están vinculados matemáticamente — integración convierte una señal de aceleración en velocidad, y luego en desplazamiento — por lo que un solo sensor puede, con electrónica, cumplir varios roles. Sea cual sea el parámetro, el transductor alimenta el resto de la cadena: acondicionamiento de señal, digitalización y, finalmente, el analizador.
2. Los tres tipos principales de transductores de vibración
Se utilizan tres tipos principales de transductores en el monitoreo de máquinas industriales, cada uno midiendo un parámetro físico diferente de la vibración.
El acelerómetro (mide aceleración)
El acelerómetro es con diferencia el transductor de vibración más común y versátil, midiendo la aceleración de la estructura sobre la que está montado.
- Principio: la mayoría de las unidades industriales son piezoeléctrico, que utilizan un cristal que genera una carga cuando es sometido a tensión por una masa sísmica interna.
- Fortalezas: un rango de frecuencias extremadamente amplio, gran robustez, muchos diseños disponibles y aptitud para casi cualquier máquina. Son particularmente excelentes para detectar eventos de alta frecuencia.
- Uso principal: monitoreo de maquinaria de propósito general, desde máquinas de baja velocidad hasta turbomáquinas de muy alta velocidad, y el sensor de referencia para fallas de alta frecuencia como de rodillos y defectos en engranajes.
El transductor de velocidad (mide velocidad)
A transductor de velocidad es un sensor electrodinámico que mide la velocidad de vibración directamente.
- Principio: funciona como un micrófono: una bobina de alambre está suspendida en un campo magnético, y a medida que el soporte vibra, el movimiento relativo entre la bobina y el imán genera un voltaje proporcional a la velocidad.
- Fortalezas: una señal fuerte y de bajo ruido en la banda de frecuencia media (aproximadamente de 10 Hz a 1.000 Hz), exactamente donde aparecen fallas comunes como desbalance y desalineación aparecen, y no requiere alimentación externa.
- Debilidades: más frágil que un acelerómetro, con un rango de frecuencias limitado y sensibilidad a los campos magnéticos y la orientación de montaje. El diseño clásico auto-generador de bobina e imán — el velocímetro — ha sido en gran medida reemplazado por acelerómetros con integración electrónica.
- Uso principal: históricamente el caballo de batalla para el monitoreo general antes de que los acelerómetros robustos se hicieran comunes, y aún a veces se elige para instalaciones permanentes en el rango de frecuencias medias.
La sonda de proximidad (mide desplazamiento)
El sonda de proximidad, o sonda de corrientes de Foucault, es un transductor sin contacto que mide el desplazamiento de un eje giratorio.
- Principio: utiliza un campo electromagnético para inducir y medir corrientes parásitas en la superficie del eje, detectando la brecha entre la punta de la sonda y el eje.
- Fortalezas: mide el movimiento real del eje en sí mismo en lugar de la carcasa, es sin contacto y su respuesta llega hasta 0 Hz (CC), por lo que captura la posición promedio del eje así como su vibración.
- Uso principal: esencial para proteger y monitorear turbomáquinas críticas de alta velocidad sobre cojinetes de película fluida cojinetes de fricción — turbinas y compresores — y para analizar la órbita del eje y posición de la línea central.
3. Elegir el transductor adecuado
Seleccionar un transductor es un paso crítico al configurar cualquier programa de monitoreo. La regla general es elegir el sensor que sea más sensible en el rango de frecuencias de las fallas esperadas:
- Uso sondas de proximidad para el movimiento del eje en máquinas con cojinetes de película fluida, donde el eje puede moverse significativamente dentro de una carcasa relativamente quieta.
- Uso acelerómetros para casi todo lo demás, ya que son los más versátiles; la señal puede integrarse a velocidad para fallas de frecuencia media o usarse directamente como aceleración para fallas de alta frecuencia.
Dos factores prácticos completan la elección. La sensibilidad del transductor debe adecuarse a la amplitud de vibración esperada — muy poca y las fallas pequeñas se pierden en el ruido, demasiada y las señales fuertes se recortan — y su frecuencia rango utilizable debe abarcar las frecuencias de falla de interés. Los sensores piezoeléctricos de salida de carga necesitan adicionalmente un amplificador de carga en la cadena.
4. Transductores en el balanceo en campo y la diagnóstico
En un instrumento portátil, el transductor es el componente del que depende todo lo demás. Un analizador de campo de dos canales como el Balanset-1A empareja dos acelerómetros MEMS analógicos con un tacómetro óptico para la referencia de fase, capturando amplitud y fase sincronizadas en cada rodamiento mientras la máquina opera en sus propios soportes a velocidad de trabajo. Esa cadena basada en acelerómetros es lo que permite al instrumento calcular pesos de corrección para el balanceo en un plano y en dos planos y realizar rutinas de monitoreo de vibración — una clara ilustración del principio general de que el acelerómetro es el transductor predeterminado para la gran mayoría del trabajo con maquinaria rotativa, dejando la sonda de proximidad y el transductor sísmico reservados para los casos donde su física los favorece más.
