Comprensión de las sondas de desplazamiento
A sonda de desplazamiento —también conocida 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, no el movimiento de la carcasa del rodamiento. Proporcionan la posición del eje con respecto al montaje de la sonda (la carcasa del rodamiento), lo que — referido a la holgura conocida del rodamiento durante la configuración — permite la monitorización de holgura, y funcionan de forma fiable a alta temperatura y en entornos aceitosos y contaminados donde los sensores de contacto fallarían. Esa combinación — medición directa del eje, capacidad DC y robustez — es la razón por la que dominan los sistemas de monitorización permanente construidos conforme a 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
Como la sonda apunta directamente al eje, informa rotor motion con respecto a la carcasa del rodamiento, en lugar de la vibración de la carcasa filtrada y atenuada (para medir además el movimiento absoluto del eje se necesita un sensor sísmico en la carcasa). Esto es lo que hace que la sonda de desplazamiento sea esencial para un dinámica del rotor trabajos, 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 no puede hacer, ya que los acelerómetros solo responden a los cambios de movimiento.
Posición relativa del eje y juego
Como la sonda está fija en la carcasa del rodamiento, informa de la posición del eje con respecto a esa carcasa; una vez que la holgura se referencia al juego conocido del rodamiento durante la configuración, esto permite supervisar el juego y revela desplazamientos del rotor causados por desgaste de los rodamientos, y puede activar una protección disparo 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 holgura supervisa la posición del eje con respecto a las juntas y los laberintos, detecta el desgaste de los cojinetes 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. Pero cuando se requiere respuesta en CC, posición relativa del eje y medición directa del eje, nada más ofrece el mismo nivel de información y protección.
