Comprensión de las sondas de corrientes parásitas
Un sonda de corrientes de Foucault — también llamado sonda de proximidad, sensor de desplazamiento sin contacto, o transductor de corrientes de Foucault — es un sensor que mide la distancia entre su punta y una superficie objetivo conductora sin llegar a tocarla nunca. En vibración monitorización se monta a través de la carcasa de la máquina, apuntando al eje giratorio, donde informa de la posición radial y el movimiento del eje directamente como desplazamiento en micrómetros o mils. Dado que detecta el propio eje en lugar de la carcasa, ocupa un lugar especial dentro de la familia de sondas de desplazamiento utilizado en equipos rotativos de alto valor.
1. Definición: ¿Qué es una sonda de corrientes de Foucault?
Las sondas de corrientes parásitas son el estándar para la monitorización permanente de vibraciones en turbomaquinaria crítica — turbinas de vapor, turbinas de gas, grandes compresores y generadores. Se han ganado ese papel por tres razones: miden directamente el movimiento del eje (respecto al montaje de la sonda) en lugar del movimiento de la carcasa del rodamiento, proporcionan información de posición relativa del eje útil para vigilar holguras y siguen funcionando de forma fiable en los entornos severos (alta temperatura, niebla de aceite, contaminación) donde los sensores de contacto fallan rápidamente. Una sola sonda le proporciona tanto un término DC de evolución lenta — la posición media del eje dentro de la holgura del rodamiento — como un término AC dinámico, que es la propia vibración.
2. Principio de funcionamiento
El efecto de corrientes de Foucault
La sonda funciona induciendo pequeñas corrientes circulantes en el eje y observando cómo cargan su propia bobina:
- Excitación de RF: una pequeña bobina en la punta de la sonda es excitada con un campo de radiofrecuencia de alta frecuencia, típicamente de 1–2 MHz.
- Inducción de corrientes de Foucault: ese campo induce corrientes de Foucault en la superficie conductora del eje frente a la sonda.
- Interacción de campos: las corrientes de Foucault generan su propio campo magnético opuesto.
- Cambio de impedancia: el campo opuesto modifica la impedancia de la bobina, y la magnitud del cambio depende de la distancia a la que se encuentra el eje.
- Acondicionamiento de la señal: un driver (denominado con frecuencia proximitor u oscilador-demodulador) convierte esa impedancia en una tensión de CC proporcional a la holgura.
- Salida: la señal de tensión final representa la distancia instantánea entre el eje y la sonda.
La relación entre distancia y tensión
- La tensión de salida aumenta cuando la holgura se reduce y disminuye cuando se amplía — a menor distancia del eje, mayor tensión.
- El rango lineal utilizable es típicamente de unos 0,5–2,0 mm (20–80 mils).
- La sensibilidad se calibra en µm/V o mils/V; un valor habitual es en torno a 7,87 V/mm (200 mV/mil).
- Dado que la respuesta depende de las propiedades eléctricas y magnéticas del objetivo, la sonda se calibra con la aleación específica del eje que va a supervisar.
3. Ventajas principales
Las ventajas de la sonda se derivan directamente de ser sin contacto y de medir el propio eje:
- Medición directa del eje: mide el movimiento del eje respecto a la carcasa del rodamiento, en lugar de la vibración transmitida a través del rodamiento a la carcasa: la distinción entre vibración del eje y de la carcasa que importa tanto en dinámica del rotor. (La medición del movimiento absoluto del eje requiere además un sensor sísmico en la carcasa.)
- Respuesta de CC a alta frecuencia: mide desde 0 Hz (posición estática) hasta más de 10 kHz, captando giro lento, transitorios y resonancias sin la caída de respuesta en baja frecuencia que limita a un acelerómetro. Esto la hace idónea para el arranque y parada por inercia funciona.
- Posición relativa del eje: informa de dónde se sitúa el eje dentro de la holgura del rodamiento, respecto al montaje de la sonda en la carcasa, por lo que, una vez referenciado durante la puesta en marcha, puede supervisar holguras con sellos y laberintos, detectar desplazamiento del rotor o desgaste del rodamiento y accionar un sistema de protección disparo ante un desplazamiento excesivo.
- Capacidad para entornos severos: sin piezas móviles susceptibles de desgaste y con operación hasta aproximadamente 350 °C, no se ve afectada por la contaminación en el eje y mantiene su fiabilidad en ambientes de niebla de aceite, vapor y polvo.
4. Instalación típica
En máquinas críticas, las sondas prácticamente nunca se utilizan de forma individual. La disposición clásica sitúa un par en cada rodamiento más una en la cara de empuje:
- Pares de sondas XY: dos sondas separadas 90° (horizontal y vertical) determinan la posición del eje en ambas direcciones y alimentan una pantalla órbita — la configuración estándar en turbomaquinaria.
- Sonda de posición axial: orientada hacia el extremo del eje, registra la posición axial y vibración axial, watching cojinete de empuje el estado y la protección frente al desplazamiento axial del rotor.
- Requisitos de montaje: el cuerpo debe fijarse rígidamente en la carcasa, perpendicular al eje, y con la separación ajustada al centro de su rango lineal; el tendido del cable y la conexión a tierra siguen las instrucciones del fabricante’s y API 670 reglas para evitar interferencias.
Ajustar y verificar esa tensión de gap en campo es laborioso, y un pequeño deslizamiento desplaza el punto de trabajo fuera de la zona lineal de la curva. Nuestro Calculadora de voltaje de separación de sondas de proximidad convierte una sensibilidad objetivo y un gap deseado en la tensión de polarización que debe introducir.
5. Aplicaciones y el lugar de las herramientas portátiles
Los sistemas de corriente de Foucault cableados de forma permanente —sondas XY en cada cojinete más una sonda axial, todos conectados a un API 670-compatible en bastidor con relés de alarma y disparo — protege la turbomaquinaria crítica allí donde lo exijan el comprador o la especificación del proyecto, y alimenta continuamente critical-speed identificación, análisis de órbita y Diagramas de Bode. También ayudan en la resolución de problemas: comparando el movimiento del eje con el movimiento de la carcasa, un analista puede determinar si el fallo se encuentra en el rotor o en la estructura.
Sin embargo, no todas las máquinas disponen de esta instrumentación. La mayoría de las bombas, ventiladores y motores de uso general se equilibran y diagnostican desde el exterior, sobre la carcasa del cojinete, con un analizador portátil. Un instrumento de dos canales como el Balanset-1A mide la vibración de la carcasa con un acelerómetro y utiliza un tacómetro óptico como referencia de fase, realizando después el equilibrado en un plano y en dos planos equilibrado de campo directamente en los propios cojinetes de la máquina, sin necesidad de sondas de proximidad instaladas de forma permanente. En resumen, las sondas de corriente de Foucault son el estándar de referencia para el movimiento del eje en turbomaquinaria instrumentada, mientras que las herramientas portátiles basadas en la carcasa cubren la gran mayoría de las máquinas en las que instalar una sonda no es ni práctico ni necesario.
