Comprensión de los sensores fotoeléctricos
A sensor fotoeléctrico es un dispositivo de detección óptica que combina una fuente de luz —un LED, láser o emisor infrarrojo— con un fotodetector para percibir la presencia, ausencia o posición de un objeto o marca mediante transmisión, reflexión o interrupción de la luz. En el trabajo con maquinaria rotativa, estos sensores actúan con mayor frecuencia como tacómetros: detectan una característica del eje una vez por vuelta para medir la velocidad, suministran el pulso de temporización por revolución que proporciona una fase referencia para balanceo, y ofrecen keyphasor funcionalidad para sistemas de protección de maquinaria crítica.
Su atractivo radica en la operación sin contacto, respuesta muy rápida, inmunidad a campos magnéticos y la capacidad de detectar materiales no ferrosos. Esa combinación los convierte en herramientas versátiles de detección de velocidad y posición en prácticamente todo tipo de equipo rotativo —y la base de los tacómetros ópticos y tacómetros láser utilizados en kits de balanceo portátil.
1. Modos de operación
Los sensores fotoeléctricos vienen en tres configuraciones de detección, que difieren en dónde se ubican el emisor y el receptor y cómo el objetivo afecta la trayectoria de la luz.
Haz directo (modo opuesto)
La fuente de luz y el receptor se encuentran en soportes separados enfrentados entre sí, y la detección ocurre cuando el objetivo interrumpe el haz que cruza el espacio. El alcance es largo —son posibles metros— y la fiabilidad es la más alta de cualquier modo, siendo el más inmune a la suciedad y a la deriva de alineación. Los usos típicos son el conteo de palas y la detección de objetos en transportadores.
Modo retroreflectivo
El emisor y el receptor comparten un solo soporte, con un reflector montado en el lado opuesto; el objetivo se detecta cuando interrumpe la trayectoria de la luz reflejada. El alcance es moderado (varios metros) y la instalación de un solo lado es conveniente, adecuada para el conteo de piezas y la detección de objetos más grandes.
Modo reflectivo difuso —la opción común para tacometría
Nuevamente el emisor y el receptor comparten un soporte, pero aquí el sensor lee la luz reflejada directamente desde la superficie del objetivo. El alcance es corto —típicamente 5–500 mm— y la configuración es una operación simple de apuntar y detectar. Este es el modo utilizado para captar cinta reflectante para medición de velocidad y fase, y el principio en el que operan los tacómetros láser.
2. Aplicaciones en monitoreo de vibración
Dentro de análisis de vibración el mismo sensor cumple varias funciones distintas:
- Medición de velocidad: al detectar cinta reflectante o una característica del eje una vez por revolución y contar los pulsos, el instrumento calcula RPM, monitorea la velocidad continuamente y la verifica durante las mediciones.
- Referencia de fase: el pulso por revolución define la referencia de 0° que es crítica para los cálculos de balanceo, permitiendo mediciones bloqueadas en fase y sincronizando seguimiento de órdenes.
- Función keyphasor: un sensor fotoeléctrico instalado permanentemente puede servir como keyphasor, detectando una marca, ranura o característica del eje cada revolución para proporcionar la referencia de fase para sonda de proximidad sistemas —esencial para el monitoreo de turbomáquinas bajo API 670.
- Disparo de eventos: el pulso puede disparar la adquisición de datos en una posición específica del eje, activar un estroboscopio para visualización en movimiento detenido, o de otro modo sincronizar las mediciones con la rotación.
3. Especificaciones que importan
Tres parámetros determinan si un sensor funcionará en una instalación dada.
- Tiempo de respuesta: desde microsegundos hasta milisegundos, debe ser lo suficientemente rápido para la velocidad más alta medida. Un eje a 10,000 RPM pasa su marca a aproximadamente 167 Hz, por lo que un pulso limpio necesita una respuesta submilisegundo.
- Distancia de detección: cada modelo tiene una distancia de trabajo mínima y máxima que varía con la reflectividad del objetivo; los sensores en modo difuso típicamente operan a 50–300 mm.
- Fuente de luz: rojo visible (630–670 nm) es fácil de apuntar; infrarrojo (850–950 nm) funciona mejor en luz ambiental brillante; un láser proporciona un haz estrechamente enfocado, mayor alcance y disparo más preciso.
4. Instalación y configuración
Un disparo confiable es principalmente cuestión de montaje cuidadoso. El sensor debe apuntarse perpendicular a la superficie reflectante para obtener la señal más fuerte, colocarlo a la distancia que indique su especificación, montarlo de forma rígida para que la vibración no desvíe su puntería y protegerlo de daños mecánicos. El objetivo en sí mismo es igual de importante: aplicar cinta reflectante en un lugar adecuado sobre una superficie de eje limpia, asegurarse de que haya exactamente una marca por revolución (una segunda característica reflectante provoca un doble conteo) y confirmar que la marca esté segura y no se desprenda a velocidad. Por último, alinear apuntando a la marca, observar el indicador LED del sensor para verificar una señal estable, fijar la posición y probar durante una rotación completa para confirmar una detección confiable antes de confiar en la lectura.
5. Ventajas
El principio óptico sin contacto aporta varias ventajas:
- Sin contacto mecánico: no hay fricción ni carga sobre el eje, no hay desgaste, operación segura alejada de las partes giratorias y usable a cualquier velocidad.
- Independencia del material: funciona tanto en metales ferrosos como no ferrosos, y en plásticos, compuestos y madera; todo lo que necesita es contraste óptico.
- Respuesta rápida y limpia: adecuado para aplicaciones de alta velocidad, produce pulsos digitales nítidos con un temporizado preciso.
6. Limitaciones
El mismo principio óptico impone algunas limitaciones que vale la pena tener en cuenta:
- Sensibilidad ambiental: la luz ambiental brillante puede interferir, mientras que el polvo y la niebla de aceite en la óptica degradan el rendimiento, por lo que la lente necesita limpieza periódica y puede requerir una carcasa protectora en entornos hostiles.
- La alineación es crítica: el sensor debe mantener su puntería sobre el objetivo, y la vibración o el asentamiento pueden desviarlo; otra razón más para un montaje estable.
- Dependencia del objetivo: debe estar presente una marca reflectante o un objeto, los cambios en la reflectividad afectan la lectura y la cinta puede desprenderse con el tiempo.
Cuando no es práctico instalar un captador óptico permanente, los ingenieros suelen recurrir a alternativas no ópticas, como una sonda de proximidad (corriente de Foucault) leyendo un cuñero, lo cual no requiere cinta y no se ve afectado por la suciedad ni la luz.
7. Sensores fotoeléctricos en el balanceo en campo práctico
En un instrumento portátil, un tacómetro láser de reflexión difusa es el captador de fase estándar precisamente porque no requiere preparación del eje más allá de una tira de cinta. El Balanset-1A se entrega con exactamente este tipo de tacómetro láser óptico: se activa con un pequeño trozo de cinta reflectante, funciona en un amplio rango de distancia de trabajo y proporciona el pulso una vez por revolución que el software necesita para calcular la magnitud y el ángulo de cada peso de corrección y para verificar el desbalance residual después de la corrección. En resumen, la respuesta rápida, la independencia del material y la operación sin contacto del sensor fotoeléctrico lo convierten en un tacómetro ideal, complementando el acelerómetros en un sistema completo de monitoreo de condición y balanceo.
