Comprensión de los transductores de velocidad
A transductor de velocidad — también llamada velocímetro, sensor sísmico o sensor de bobina móvil, es un dispositivo autogenerado vibración sensor que produce un voltaje de salida directamente proporcional a la vibración velocidad, que no requiere alimentación externa ni acondicionamiento de señal. Funciona por inducción electromagnética: un imán suspendido en resortes blandos se mueve en relación con una bobina cuando el soporte vibra, y ese movimiento relativo genera un voltaje proporcional a la velocidad. Como miembro de la transductor sísmico familia de sensores sísmicos, que utilizan una masa interna suspendida como referencia inercial, mide el movimiento absoluto de la superficie a la que está atornillado.
Los transductores de velocidad fueron el sensor de vibración dominante aproximadamente desde la década de 1950 hasta la de 1980 y aún se utilizan en instalaciones de monitoreo permanente y en algunos instrumentos portátiles. Sin embargo, en los nuevos diseños, en gran medida han sido reemplazados por acelerómetros, que son más pequeños, abarcan un rango de frecuencias más amplio y alcanzan las altas frecuencias necesarias para la detección de fallas en rodamientos.
1. Principio de funcionamiento
Inducción electromagnética
El mecanismo es una aplicación directa de la ley de Faraday:
- Un imán permanente está suspendido por resortes dentro de una bobina.
- La vibración mueve el soporte y la bobina con él.
- Por encima de la resonancia del sensor, la inercia del imán lo mantiene casi estacionario en el espacio.
- Esto produce un movimiento relativo entre la bobina y el imán.
- El movimiento induce un voltaje en la bobina (V ∝ velocidad).
- Por lo tanto, el voltaje de salida es directamente proporcional a la velocidad de vibración.
Operación autogenerada
Dado que el sensor genera su propia señal, no necesita alimentación externa: una transducción pasiva de dos cables que es inherentemente segura ante fallos, sin fuente de alimentación que pueda perderse. Esta es la característica que mantiene a los transductores de velocidad relevantes en nichos específicos incluso hoy en día.
2. Características
Respuesta en frecuencia
- Límite de baja frecuencia: determinado por la frecuencia naturaldel sensor, típicamente 8–15 Hz.
- Rango utilizable: por encima de aproximadamente 2× la frecuencia natural, por lo que el mínimo es de 16–30 Hz.
- Límite de alta frecuencia: típicamente 1–2 kHz.
- Respuesta plana: una región amplia y plana a lo largo del rango utilizable.
- Ideal para: 10–1000 Hz: la banda donde aparecen la mayoría de las fallas generales de maquinaria.
Sensibilidad
- Generalmente 10–500 mV por pulgada/seg (aproximadamente 0,4–20 mV por mm/s).
- Un valor común es 100 mV/in/s (≈ 3,94 mV/mm/s, es decir, aproximadamente 4 V/(m/s)).
- Una mayor sensibilidad se adapta a aplicaciones de baja vibración; una menor sensibilidad se adapta a mediciones de alta vibración.
Tamaño y peso
- Relativamente grande: aproximadamente 50–100 mm de largo y 25–40 mm de diámetro.
- Pesado, a menudo 100–500 g.
- Mucho más voluminoso que un acelerómetro.
- Esa masa puede sobrecargar por masa y distorsionar la respuesta de estructuras ligeras.
3. Ventajas
Salida directa de velocidad
El transductor mide la velocidad directamente, sin integración paso de integración. Eso coincide con la forma en que los estándares de vibración de maquinaria expresan los límites — ISO 20816 (el sucesor de ISO 10816) está escrito en Velocidad RMS — mantiene el procesamiento de señal simple y lo convierte en una opción natural para la severidad de vibración evaluación basada en velocidad.
Autogenerado y seguro ante fallos
- No requiere alimentación.
- Conexión simple de dos cables.
- No puede fallar por pérdida de alimentación.
- Menor costo del sistema, sin necesidad de especificar una fuente de alimentación.
Buena respuesta en baja frecuencia
- Útil hasta 10–15 Hz, mejor que muchos acelerómetros.
- Adecuado para maquinaria de baja velocidad hasta aproximadamente 600 RPM.
- Una coincidencia natural para aplicaciones que se encuentran dentro de su banda de frecuencia.
4. Desventajas
Respuesta limitada a altas frecuencias
- Limitada a aproximadamente 1–2 kHz.
- No puede alcanzar la alta frecuencia defecto de rodamiento energía (5–20 kHz).
- Inadecuado para análisis de envolvente.
- Esta es la limitación decisiva frente a los acelerómetros.
Tamaño, peso y fragilidad
- Grande y pesado, difícil de montar en máquinas pequeñas y propenso a cargar en masa estructuras ligeras.
- Menos portátil que un acelerómetro.
- Los resortes internos y el imán móvil pueden dañarse por golpes o caídas, por lo que el sensor es sensible a un manejo brusco y requiere más cuidado que un dispositivo de estado sólido.
Limitaciones de temperatura
- La fuerza del imán disminuye a medida que aumenta la temperatura.
- Generalmente limitada a aproximadamente 120 °C.
- Menor capacidad a altas temperaturas que un modo de carga acelerómetro.
5. Dónde se utilizan aún los transductores de velocidad
- Instalaciones permanentes heredadas: maquinaria turbomecánica antigua monitoreo sistemas, donde el reemplazo por uno similar mantiene la compatibilidad con el cableado y los bastidores existentes.
- Aplicaciones de baja frecuencia: equipos de muy baja velocidad (por debajo de 300 RPM) y cualquier trabajo donde la banda de 10–1000 Hz sea suficiente y no se necesiten altas frecuencias.
- Requisitos específicos: situaciones que realmente necesitan un sensor autogenerado, tareas intrínsecamente seguras donde no se permiten electrónicos con alimentación, o una preferencia por una salida directa de velocidad.
6. Montaje
Debido a que el sensor es pesado, la integridad del montaje es crítica: un transductor de velocidad mal sujeto añade su propia resonancia a los datos.
- Métodos: montaje con perno en un orificio roscado (el más confiable), montaje con soporte y placas adaptadoras, o montaje magnético donde la superficie es magnética y el sensor no es demasiado pesado.
- Consideraciones: el montaje rígido es esencial, el sensor debe apretarse firmemente para que no vibre de forma independiente, la cara de montaje debe ser plana y limpia, y el cable necesita alivio de tensión para evitar que se deslice.
7. Alternativas modernas y práctica de campo
En la mayoría de los trabajos nuevos, el acelerómetro ha ganado: es mucho más pequeño y ligero, abarca una banda mucho más amplia (alrededor de 0,5 Hz a 50 kHz), es mejor para la detección de defectos en rodamientos, es más robusto y cuesta menos. El enfoque moderno estándar es, por lo tanto, medir la aceleración y integrar a velocidad, logrando la lectura de velocidad que desean las normas mientras se mantiene cada ventaja del acelerómetro, y los instrumentos modernos hacen que esa integración sea completamente transparente para el usuario.
Así es precisamente como opera un analizador de balanceo portátil. El Balanset-1A utiliza acelerómetros en los soportes de los rodamientos e integra a velocidad internamente, por lo que un ingeniero obtiene la cifra directa de velocidad que proporcionaría un transductor de velocidad para una verificación de severidad ISO 20816, junto con el alcance de alta frecuencia y el 1× amplitud y fase necesario para balanceo en campo, ninguno de los cuales un transductor de velocidad de 1–2 kHz podría ofrecer.
8. Calibración y mantenimiento
- Calibración: verificar la sensibilidad (mV/in/s o mV/mm/s) y la respuesta de frecuencia en una mesa vibradora, con calibración típico para aplicaciones críticas.
- Mantenimiento: manejar con cuidado para evitar caídas y golpes, verificar el estado del cable, comprobar la seguridad del montaje, probar la salida periódicamente y reemplazar el sensor si su sensibilidad o respuesta se desvía.
Los transductores de velocidad, aunque están en declive en las nuevas instalaciones, siguen siendo importantes en los sistemas de monitoreo permanente existentes y en ciertas tareas de baja frecuencia, autogeneradas o intrínsecamente seguras. Comprender cómo funcionan, en qué son buenos y dónde fallan es necesario tanto para mantener en funcionamiento los sistemas heredados como para tomar una decisión informada sobre la selección del sensor cuando un transductor de velocidad sigue siendo la opción correcta.
