¿Qué es un acelerómetro? Guía para el análisis de vibraciones

Definición: El núcleo de la medición de vibraciones

Un acelerómetro Es un transductor (o sensor) que convierte el movimiento mecánico, específicamente la aceleración por vibración o impacto, en una señal eléctrica proporcional. Es el sensor más utilizado en el campo del mantenimiento predictivo y la monitorización del estado. Al medir la aceleración de los componentes de una máquina, un acelerómetro proporciona los datos brutos necesarios para diagnosticar una amplia gama de fallos mecánicos y eléctricos, desde defectos en los rodamientos hasta desequilibrio y desalineación.

¿Cómo funcionan los acelerómetros? El principio piezoeléctrico

Si bien existen varios tipos de acelerómetros, la gran mayoría de los utilizados para el monitoreo de maquinaria industrial se basan en el efecto piezoeléctricoA continuación, se muestra un desglose simplificado de cómo funcionan:

1. Cristal piezoeléctrico: Dentro del acelerómetro hay una pequeña masa unida a un cristal piezoeléctrico (a menudo un tipo de cerámica como PZT).
2. Aplicando fuerza: Cuando la máquina vibra, la carcasa del sensor se mueve con ella. Debido a la inercia, la masa interna resiste este movimiento y ejerce una fuerza sobre el cristal.
3. Generando una señal: El cristal piezoeléctrico tiene una propiedad única: cuando se comprime o se somete a tensión, genera una pequeña carga eléctrica (un voltaje) que es directamente proporcional a la fuerza aplicada.
4. Salida: Esta señal de voltaje se acondiciona mediante electrónica interna y se transmite por cable a un colector de datos o sistema de monitorización. La señal de salida es una representación analógica de la aceleración de la máquina en ese punto.

Tipos de acelerómetros

Diferentes aplicaciones requieren distintos tipos de acelerómetros, cada uno con sus propias ventajas.

Acelerómetros de propósito general

Estos son los equipos más utilizados en la monitorización industrial. Suelen tener una sensibilidad de 100 mV/g y un rango de frecuencia adecuado para la maquinaria más común, como bombas, motores y ventiladores (p. ej., de 2 Hz a 10 kHz).

Acelerómetros MEMS

Los acelerómetros de sistemas microelectromecánicos (MEMS) son sensores basados en silicio. Son muy pequeños, de bajo consumo y rentables. Aunque tradicionalmente menos sensibles que los de tipo piezoeléctrico, los sensores MEMS modernos están mejorando rápidamente y son comunes en electrónica portátil, aplicaciones automotrices y algunos sistemas de monitoreo de estado de menor costo.

Acelerómetros piezoresistivos

Estos sensores se utilizan para pruebas de impacto y medición de movimiento de baja frecuencia. Pueden medir hasta 0 Hz (aceleración de CC), lo cual resulta útil para aplicaciones como la medición de la aceleración constante en una centrífuga.

Acelerómetros de alta frecuencia

Diseñados específicamente para detectar eventos de alta frecuencia, como defectos iniciales en engranajes y rodamientos. Su masa es menor y su frecuencia de resonancia es mayor, lo que les permite medir con precisión vibraciones de hasta 20 kHz o más.

Especificaciones clave y selección

Al elegir un acelerómetro, los ingenieros consideran varios parámetros clave:

• Sensibilidad (mV/g): Una mayor sensibilidad produce una señal más fuerte, lo que es mejor para medir vibraciones de bajo nivel. 100 mV/g es un estándar común.
• Respuesta de frecuencia: El rango de frecuencias que el sensor puede medir con precisión. Debe coincidir con las frecuencias de falla esperadas de la máquina.
• Gama de temperaturas: El sensor debe poder soportar la temperatura de funcionamiento de la superficie de la máquina donde está montado.
• Método de montaje: La forma en que se fija el sensor a la máquina (montaje con perno, adhesivo, imán) influye significativamente en la precisión de las mediciones de alta frecuencia. Un montaje con perno proporciona la mejor conexión y respuesta de frecuencia.

Aplicaciones en la monitorización de condiciones

Los acelerómetros son fundamentales para casi todas las tareas de análisis de vibraciones, incluidas:

• Programas de mantenimiento predictivo: Recopilación de datos de vibración de rutina para analizar el estado de la máquina y predecir fallas.
• Diagnóstico de fallas: Identificación de problemas específicos como desequilibrio, desalineación, holgura y desgaste de los cojinetes.
• Pruebas de aceptación: Verificar que la maquinaria nueva o reparada cumpla con las especificaciones de vibración.
• Análisis modal: Estudiar las frecuencias naturales y las formas modales de una estructura.

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