Comprensión de las sondas de desplazamiento
A sonda de desplazamiento —también conocido como sonda de proximidad, sensor de desplazamiento o sensor de posición sin contacto— mide la distancia entre su punta y una superficie objetivo sin tocarla, generando una señal proporcional a desplazamiento, normalmente en micrómetros o milésimas de pulgada. En vibración Para el control, se instalan sondas de desplazamiento de forma permanente en la carcasa de la máquina y se orientan hacia el eje giratorio con el fin de medir su posición radial, posición axial, y vibración dinámica, con una respuesta plana desde la corriente continua (posición estática) hasta varios kilohercios. El tipo más común, con diferencia, es el sonda de corrientes parásitas, el sensor estándar para la protección de turbomáquinas críticas.
1. Definición: ¿Qué es una sonda de desplazamiento?
Las sondas de desplazamiento se han ganado un lugar en las máquinas de alto valor porque miden el movimiento real del eje, y no el movimiento de la carcasa del rodamiento. Proporcionan información de posición absoluta para la supervisión de holguras y funcionan de forma fiable a altas temperaturas y en entornos con presencia de aceite o contaminados, donde los sensores de contacto fallarían. Esa combinación —medición directa del eje, compatibilidad con corriente continua y resistencia— es la razón por la que predominan en los sistemas de supervisión permanente diseñados según normas como API 670.
2. Tipos según la tecnología de detección
Existen varios principios físicos que permiten medir una distancia sin contacto. En la industria se utilizan cuatro de ellos:
- Sondas de corrientes parásitas (las más comunes): inducen corrientes parásitas en un objetivo conductor y detectan el cambio resultante en la impedancia de la bobina. Son el estándar en la industria de la turbomaquinaria, con un rango lineal típico de entre 0,5 y 5 mm, una respuesta en frecuencia que va desde la corriente continua hasta más de 10 kHz y un funcionamiento hasta unos 350 °C.
- Sondas capacitivas: miden la capacitancia entre la sonda y el objetivo. Ofrecen una resolución extremadamente alta (hasta el nivel del nanómetro) y funcionan con objetivos no conductores, pero se utilizan principalmente en aplicaciones de precisión e investigación.
- Sensores de desplazamiento por láser: utilizan la triangulación óptica o la interferometría para realizar mediciones sin contacto a distancias potencialmente largas y con gran precisión. Son costosos y menos resistentes, por lo que se emplean principalmente en la resolución de problemas y en la investigación.
- Sensores de desplazamiento ultrasónicos: utilizan la medición de distancias por tiempo de vuelo para alcances de hasta varios metros, con una resolución inferior a la de los demás tipos, en aplicaciones especializadas de gran distancia.
3. Ventajas principales
Medición directa del eje
Dado que la sonda apunta directamente al eje, indica la posición real rotor motion en lugar de las vibraciones de la carcasa filtradas y atenuadas. Esto es lo que hace que la sonda de desplazamiento sea imprescindible para los dinámica del rotor funcionamiento, donde lo que nos interesa es cómo se mueve el propio eje dentro de sus holguras.
Respuesta en corriente continua (frecuencia cero)
La sonda mide la posición estática a 0 Hz, por lo que puede registrar las desviaciones lentas, la dilatación térmica y la posición media del eje a lo largo del tiempo. Esto es algo que un acelerómetro es algo que, en principio, no puede hacer, ya que los acelerómetros solo responden a los cambios de movimiento.
Posición absoluta y holgura
Al referenciar el eje con respecto a la línea central del cojinete, la sonda proporciona una posición absoluta que permite supervisar el juego y detecta los desplazamientos del rotor provocados por desgaste de los rodamientos, y puede activar una protección viaje cuando el desplazamiento es excesivo.
4. Instalación estándar
Configuración de la sonda XY
La disposición clásica consiste en colocar dos sondas separadas 90° entre sí, normalmente una horizontal y otra vertical. Juntas registran la posición del eje en dos direcciones perpendiculares, lo que permite análisis orbital y una imagen bidimensional real del movimiento del eje. El par XY es el estándar para la monitorización de turbomáquinas según la norma API 670.
Sonda axial (de empuje)
Una sonda axial se coloca frente al extremo del eje o a un collarín de empuje para medir la posición axial y el rendimiento del cojinete de empuje, lo que evita un movimiento axial excesivo. Se instalan una o dos sondas, y la segunda sirve como sistema de respaldo.
5. Aplicaciones y comparación entre ellas
La base principal de la sonda es supervisión permanente de turbinas de vapor y de gas, compresores y generadores de gran tamaño, y bombas críticas (API 610), donde proporciona una vigilancia continua con funciones de alarma y desconexión para la protección de la maquinaria. En ensayos de dinámica de rotores se utiliza para identificar velocidades críticas, analizar el arranque y la desaceleración, determinar las formas modales y medir la amortiguación. En supervisión de la autorización supervisa la posición del eje con respecto a las juntas y los laberintos, detecta el desgaste de los rodamientos que provoca el desplazamiento del rotor, controla la dilatación térmica y ayuda a prevenir contacto entre el rotor y el estator.
Por todas estas razones, la sonda de desplazamiento es la opción más recomendable para equipos rotativos críticos. Es más cara y más compleja de instalar que un acelerómetro, y se trata de una instalación fija en lugar de una herramienta portátil; los ingenieros que necesitan equilibrar o diagnosticar una máquina durante una ronda de mantenimiento suelen recurrir a un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A con sensores sísmicos. Sin embargo, cuando se requiere una respuesta en corriente continua, una posición absoluta y una medición directa del eje, ningún otro sistema ofrece el mismo nivel de información y protección.
