Comprensión de la diafonía (sensibilidad transversal) en la medición de vibraciones
Diafonía — más formalmente sensibilidad transversal o sensibilidad transversal — es un error de medición inherente a transductores de vibración, y especialmente a acelerómetros. Es la tendencia del transductor a producir una señal de salida en respuesta a vibraciones perpendiculares a su eje de medición previsto. En un mundo ideal, un acelerómetro diseñado para medir el movimiento vertical respondería sólo al movimiento vertical e ignoraría todo lo horizontal o axial. En la realidad, las asimetrías microscópicas del elemento sensor le confieren una respuesta pequeña pero no nula ante esas entradas “fuera del eje” — y esa señal no deseada es la diafonía.
1. Definición: ¿Qué es la diafonía?
Todo acelerómetro práctico tiene un eje sensible nominal a lo largo del cual está calibrado. La sensibilidad transversal describe en qué medida el mismo sensor responde al movimiento en ángulo recto respecto a ese eje. La imperfección surge de pequeños desalineamientos entre la masa sísmica, el cristal piezoeléctrico y la base de montaje — véase el acelerómetro piezoeléctrico para conocer el mecanismo subyacente. Dado que el error está integrado en el elemento sensor, no puede eliminarse en campo; solo puede especificarse, minimizarse durante la fabricación y gestionarse mediante buenas prácticas de medición.
Vale la pena distinguir la diafonía de la interferencia eléctrica entre canales. Aquí el término se refiere a mecánico respuesta en eje cruzado dentro de un mismo sensor, no fuga de señal entre cables o entradas del analizador.
2. ¿Por qué es un problema la diafonía?
La diafonía contamina los datos de vibración y puede conducir directamente a errores diagnósticos, porque la vibración de una dirección “se filtra” hacia la medición de otra. Considérese una máquina con una vibración horizontal muy elevada pero una vibración vertical baja. Un acelerómetro montado verticalmente con una sensibilidad transversal significativa capta una fracción de ese fuerte movimiento horizontal y la suma a su propia señal de salida. La lectura muestra entonces más vibración vertical amplitud de la que realmente existe — y un analista puede buscar un fallo en dirección vertical que no existe.
Esto resulta especialmente problemático cuando:
- Amaestrado análisis modal o Forma de deflexión operativa (ODS) análisis, donde las mediciones precisas en los tres ejes (X, Y, Z) son esenciales para animar correctamente el movimiento de la máquina. La energía transversal errónea distorsiona las formas modales calculadas.
- Se diagnostican fallos en maquinaria compleja donde la firma direccional es la clave para la causa raíz — por ejemplo, separar el comportamiento direccional de diferentes tipos de desalineación from genuine desequilibrar.
- Se realiza un equilibrado de alta precisión — especialmente en un máquina equilibradora, donde la precisión en la separación de planos depende de señales limpias y fieles a la dirección.
3. Cuantificación de la diafonía
La sensibilidad transversal suele indicarla el fabricante del sensor como porcentaje de la sensibilidad. Un buen acelerómetro industrial puede especificar menos de 5%; las unidades de laboratorio de precisión lo hacen considerablemente mejor. Un valor del 5% significa que por cada 1 g de vibración aplicada perpendicularmente al eje principal, el sensor emite una señal equivalente a menos de 0,05 g en la dirección principal.
En total el error de diafonía que realmente se observa depende de dos factores que actúan conjuntamente:
- La sensibilidad transversal inherente del propio sensor.
- La relación entre la magnitud de la vibración transversal y la magnitud que se mide a lo largo del eje principal.
El segundo factor es fácil de subestimar. Incluso un sensor con baja sensibilidad transversal puede producir un error significativo cuando la vibración fuera del eje es mucho mayor que la señal de interés.
Ejemplo práctico: un sensor con una sensibilidad transversal especificada del 4%, montado para leer un nivel vertical de 1,0 mm/s mientras existen 10 mm/s horizontalmente, puede captar aproximadamente 0,04 × 10 = 0,4 mm/s de señal espuria — un error del 40% sobre la magnitud que interesa.
Los errores en el mejor y peor caso también dependen de la orientación angular del movimiento transversal dominante, ya que la propia sensibilidad entre ejes varía según la dirección alrededor del sensor.
4. Minimización de los efectos de la diafonía entre ejes
- Utilice sensores de alta calidad: La defensa más directa es un acelerómetro de precisión con una sensibilidad entre ejes especificada reducida. A acelerómetro de modo de cizallamiento generalmente ofrece mejor rechazo transversal que un diseño de compresión.
- Móntelo correctamente: Pobre montaje exagera la diafonía entre ejes. El sensor debe quedar plano y perpendicular a la superficie para que su eje principal esté verdaderamente alineado con la dirección deseada; un sensor inclinado redefine efectivamente sus propios ejes. Siga ISO 5348 para montaje mecánico.
- Utilice acelerómetros triaxiales: Cuando se requieren datos precisos en varios ejes, un sensor triaxial —tres elementos de detección ortogonales en un único bloque, calibrados en fábrica para minimizar la diafonía entre ejes— suele ser la mejor opción y elimina las conjeturas sobre la orientación.
- Compruebe el certificado de calibración: A traceable certificado de calibración indica la sensibilidad transversal medida para la unidad individual, no solo el máximo del ensayo de tipo.
En campo, la solución práctica suele ser un montaje disciplinado. Un instrumento de campo de dos canales como el Balanset-1A se basa en que cada acelerómetro lea su propio plano con precisión; un sensor montado con espárrago perpendicularmente sobre un soporte mecanizado proporciona una señal 1× fiel a la dirección amplitud y fase, mientras que un imán colocado sobre una carcasa curva y pintada favorece tanto la diafonía como resonancia de montaje para contaminar la medición.
