Transductores: Los sensores del análisis de vibraciones
En análisis de vibraciones, a transductor es un dispositivo que convierte el movimiento físico y mecánico — vibración — en una señal eléctrica proporcional que un colector de datos o que un sistema de monitorización pueda procesar, medir y analizar. Los transductores son los sensores principales y el primer eslabón de la cadena de medición; sin un transductor fiable, no es posible realizar un análisis significativo. Elegir el transductor adecuado es una decisión fundamental que depende del tipo de máquina, su velocidad de funcionamiento y los fallos específicos que se supervisan, ya que cada tipo de transductor es, por naturaleza, sensible a una parte diferente del espectro de vibraciones.
1. La cadena de medición y los tres parámetros
La vibración puede describirse mediante cualquiera de estas tres magnitudes relacionadas, y la que mida un transductor determina en qué aspectos destaca. Desplazamiento predomina en las frecuencias bajas y refleja el movimiento general; velocidad es la medida más equilibrada en la banda media, donde se encuentran la mayoría de los defectos habituales; y aceleración destaca los fenómenos de alta frecuencia que indican daños incipientes en los rodamientos y los engranajes. Los tres están relacionados matemáticamente — integración convierte una señal de aceleración en velocidad y, a su vez, en desplazamiento; por eso, un solo sensor puede, con la ayuda de la electrónica, desempeñar varias funciones. Sea cual sea el parámetro, el transductor alimenta al resto de la cadena: acondicionamiento de la señal, digitalización y, finalmente, el analizador.
2. Los tres tipos principales de transductores de vibración
Hay tres tipos principales de transductores utilizados en la monitorización de máquinas industriales, cada uno de los cuales mide un parámetro físico diferente de vibración.
El acelerómetro (mide la aceleración)
En acelerómetro Es, con diferencia, el transductor de vibraciones más común y versátil. Mide la aceleración de la estructura sobre la que está montado.
- Principio: la mayoría de las unidades industriales son piezoelectric, utilizando un cristal que genera una carga cuando es sometido a tensión por una masa sísmica interna.
- Puntos fuertes: un rango de frecuencias extremadamente amplio, gran solidez, gran variedad de modelos disponibles y compatibilidad con casi cualquier máquina. Destacan especialmente en la detección de eventos de alta frecuencia.
- Uso principal: supervisión de maquinaria de uso general, desde máquinas de baja velocidad hasta turbomáquinas de muy alta velocidad, y el sensor de referencia para fallos de alta frecuencia tales como cojinete y defectos de engranajes.
El transductor de velocidad (mide la velocidad)
A transductor de velocidad es un sensor electrodinámico que mide directamente la velocidad de vibración.
- Principio: Funciona como un micrófono: una bobina de alambre queda suspendida en un campo magnético y, al vibrar la carcasa, el movimiento relativo entre la bobina y el imán genera una tensión proporcional a la velocidad.
- Puntos fuertes: una señal potente y con poco ruido en la banda de frecuencias medias (aproximadamente de 10 Hz a 1 000 Hz), precisamente donde se producen fallos habituales como desequilibrar y desalineación aparecen, y sin necesidad de alimentación externa.
- Debilidades: más frágil que un acelerómetro, con un rango de frecuencias limitado y sensible a los campos magnéticos y a la orientación de montaje. El diseño clásico de bobina y imán autogenerador —el velocímetro — ha sido sustituido en gran medida por acelerómetros con integración electrónica.
- Uso principal: Históricamente, ha sido el dispositivo más utilizado para la monitorización general antes de que se generalizara el uso de acelerómetros robustos, y todavía se elige en ocasiones para instalaciones fijas en el rango de frecuencias medias.
El sensor de proximidad (mide el desplazamiento)
En sonda de proximidad, o sonda de corrientes de Foucault, es un transductor sin contacto que mide el desplazamiento de un eje giratorio.
- Principio: Utiliza un campo electromagnético para inducir y medir corrientes parásitas en la superficie del eje, detectando así la distancia entre la punta de la sonda y el eje.
- Puntos fuertes: Mide el movimiento real del propio eje, en lugar de la carcasa; es un sistema sin contacto y su respuesta llega hasta los 0 Hz (corriente continua), por lo que capta tanto la posición media del eje como su vibración.
- Uso principal: fundamental para la protección y la supervisión de turbomáquinas críticas de alta velocidad en condiciones de película de fluido cojinetes de deslizamiento — turbinas y compresores — y para analizar el órbita del eje y posición en la línea central.
3. Elegir el transductor adecuado
La selección de un transductor es un paso fundamental a la hora de establecer cualquier programa de monitorización. La regla general consiste en elegir el sensor que presente mayor sensibilidad en el rango de frecuencias en el que se esperan las anomalías:
- Utilice sondas de proximidad para el movimiento del eje en máquinas con cojinetes de película de fluido, en las que el eje puede desplazarse considerablemente dentro de una carcasa relativamente fija.
- Utilice acelerómetros Para todo lo demás, ya que son los más versátiles. La señal puede integrarse en la velocidad para analizar fallas de frecuencia media o usarse directamente como aceleración para fallas de alta frecuencia.
Hay dos aspectos prácticos que completan la elección. El transductor sensibilidad debe ajustarse a la amplitud de vibración prevista: si es demasiado baja, los pequeños fallos se pierden entre el ruido; si es demasiado alta, las señales fuertes se recortan; y su rango útil frecuencia El rango debe abarcar las frecuencias de fallo de interés. Los sensores piezoeléctricos de salida de carga necesitan, además, una adaptación amplificador de carga in the chain.
4. Transductores en el equilibrado y el diagnóstico en campo
En un instrumento portátil, el transductor es el componente del que depende todo lo demás. Un analizador de campo de dos canales como el Balanset-1A Por lo general, combina dos acelerómetros IEPE con un tacómetro óptico que sirve de referencia de fase, captando de forma sincronizada la amplitud y la fase en cada cojinete mientras la máquina funciona sobre sus propios soportes a velocidad de funcionamiento. Esa cadena basada en acelerómetros es la que permite al instrumento calcular los pesos de corrección para el equilibrado en uno y dos planos y llevar a cabo tareas de rutina monitoreo de vibraciones — un claro ejemplo del principio general de que el acelerómetro es el transductor por defecto para la gran mayoría de las aplicaciones en maquinaria rotativa, junto con el sensor de proximidad y el transductor sísmico reservadas para los casos en los que su física se adapta mejor.
