Comprensión de los transductores de velocidad
A transductor de velocidad - también llamado velocímetro, sensor sísmico o sensor de bobina móvil — es un dispositivo autogenerador vibración Sensor que produce una tensión de salida directamente proporcional a la vibración. velocidad, sin alimentación externa ni acondicionamiento de señal. Funciona por inducción electromagnética: un imán suspendido de resortes flexibles se desplaza con respecto a una bobina cuando la carcasa vibra, y ese movimiento relativo genera una tensión proporcional a la velocidad. Como miembro de la transductor sísmico familia —sensores que utilizan una masa interna suspendida como referencia inercial— mide el movimiento absoluto de la superficie a la que está fijado.
Los transductores de velocidad fueron los sensores de vibración predominantes desde aproximadamente la década de 1950 hasta la de 1980, y siguen utilizándose en instalaciones de monitorización permanentes y en algunos instrumentos portátiles. Sin embargo, en los nuevos diseños han dado paso en gran medida a acelerómetros, que son más pequeños, abarcan un rango de frecuencias más amplio y alcanzan las frecuencias altas necesarias para la detección de defectos en los rodamientos.
1. Principio de funcionamiento
Inducción electromagnética
El mecanismo es una aplicación directa de la ley de Faraday:
- Un imán permanente está suspendido por resortes dentro de una bobina.
- La vibración hace que se mueva la carcasa y, con ella, la bobina.
- Por encima de la resonancia del sensor, la inercia del imán lo mantiene prácticamente inmóvil en el espacio.
- Esto genera un movimiento relativo entre la bobina y el imán.
- El movimiento induce una tensión en la bobina (V ∝ velocidad).
- Por lo tanto, la tensión de salida es directamente proporcional a la velocidad de vibración.
Funcionamiento autogenerador
Dado que el sensor genera su propia señal, no necesita alimentación externa: se trata de una transducción pasiva de dos hilos que es intrínsecamente a prueba de fallos, sin fuente de alimentación que pueda fallar. Esta es la característica que hace que los transductores de velocidad sigan siendo relevantes en determinados nichos incluso hoy en día.
2. Características
Respuesta en frecuencia
- Límite de baja frecuencia: establecido por el sensor frecuencia natural, normalmente entre 8 y 15 Hz.
- Alcance utilizable: por encima de aproximadamente el doble de la frecuencia natural, es decir, como mínimo entre 16 y 30 Hz.
- Límite de alta frecuencia: normalmente entre 1 y 2 kHz.
- Respuesta plana: una zona amplia y plana en todo el rango de funcionamiento.
- Lo mejor para: 10–1000 Hz: la banda en la que se producen la mayoría de los fallos generales de la maquinaria.
Sensibilidad
- Normalmente, entre 10 y 500 mV por pulgada/segundo (aproximadamente entre 400 y 20 000 mV por mm/s).
- Un valor habitual es 100 mV/pulgada/s (≈ 4000 mV/mm/s).
- Una mayor sensibilidad es adecuada para aplicaciones con pocas vibraciones; una menor sensibilidad es adecuada para mediciones con muchas vibraciones.
Tamaño y peso
- De tamaño relativamente grande: mide aproximadamente entre 50 y 100 mm de largo y entre 25 y 40 mm de diámetro.
- Pesado, suele pesar entre 100 y 500 g.
- Mucho más voluminoso que un acelerómetro.
- Esa masa puede carga masiva y distorsionan la respuesta de las estructuras ligeras.
3. Ventajas
Salida directa de velocidad
El transductor mide la velocidad directamente, sin integración paso. Esto coincide con la forma en que las normas sobre vibraciones de las máquinas establecen los límites — ISO 20816 (la norma que sustituye a la ISO 10816) está redactada en Velocidad RMS — mantiene el procesamiento de la señal sencillo, lo que lo convierte en la opción ideal para diagnósticos basados en la velocidad severidad de vibración evaluación.
Autogenerador y a prueba de fallos
- No necesita alimentación eléctrica.
- Conexión sencilla de dos hilos.
- No puede fallar por un corte de corriente.
- Menor coste del sistema, sin necesidad de especificar una fuente de alimentación.
Buena respuesta en las frecuencias bajas
- Se puede utilizar hasta una frecuencia de 10-15 Hz, lo que lo hace superior a muchos acelerómetros.
- Apto para maquinaria de baja velocidad, hasta unos 600 rpm.
- Una opción ideal para aplicaciones que operan dentro de su banda de frecuencias.
4. Desventajas
Respuesta limitada en las frecuencias altas
- Con un límite de aproximadamente 1-2 kHz.
- No se alcanza la alta frecuencia defecto de rodamiento energía (5–20 kHz).
- Inadecuado para análisis de envolvente.
- Esta es la limitación decisiva frente a los acelerómetros.
Tamaño, peso y fragilidad
- Son grandes y pesadas, difíciles de montar en máquinas pequeñas y tienden a sobrecargar las estructuras ligeras.
- Menos portátil que un acelerómetro.
- Los resortes internos y el imán móvil pueden dañarse con un golpe o una caída, por lo que el sensor es sensible a un manejo brusco y requiere más cuidado que un dispositivo de estado sólido.
Limitaciones de temperatura
- La fuerza del imán disminuye a medida que aumenta la temperatura.
- Normalmente se limita a unos 120 °C.
- Menor resistencia a las altas temperaturas que un modo de carga acelerómetro.
5. Dónde se siguen utilizando los transductores de velocidad
- Instalaciones permanentes heredadas: turbomaquinaria antigua control sistemas, en los que la sustitución por equipos equivalentes garantiza la compatibilidad con el cableado y los bastidores existentes.
- Aplicaciones de baja frecuencia: equipos que funcionan a muy baja velocidad (por debajo de 300 rpm) y cualquier trabajo en el que la banda de 10 a 1000 Hz sea suficiente y no se requieran altas frecuencias.
- Requisitos específicos: situaciones en las que realmente se necesita un sensor con alimentación autónoma, aplicaciones de seguridad intrínseca en las que no se permite el uso de componentes electrónicos alimentados, o cuando se prefiere una salida directa de velocidad.
6. Montaje
Dado que el sensor es pesado, la solidez del montaje es fundamental: un transductor de velocidad mal fijado introduce su propia resonancia en los datos.
- Métodos: montaje con perno en un orificio roscado (la opción más fiable), montaje con soporte y placas adaptadoras, o montaje magnético cuando la superficie es magnética y el sensor no es demasiado pesado.
- Consideraciones: Es imprescindible un montaje rígido; el sensor debe fijarse firmemente para que no vibre de forma independiente; la superficie de montaje debe estar plana y limpia, y el cable debe contar con un sistema de alivio de tensión para evitar que se salga.
7. Alternativas modernas y prácticas de campo
En la mayoría de los trabajos recientes, el acelerómetro se ha impuesto: es mucho más pequeño y ligero, abarca una banda mucho más amplia (entre 0,5 Hz y 50 kHz aproximadamente), es más eficaz para detectar defectos en los rodamientos, es más resistente y resulta más económico. Por lo tanto, el enfoque estándar actual consiste en medir la aceleración y integrar a la velocidad, logrando la lectura de velocidad que exigen las normas sin perder ninguna de las ventajas de los acelerómetros; además, los instrumentos modernos hacen que esa integración resulte totalmente transparente para el usuario.
Así es precisamente como funciona un analizador de equilibrado portátil. El Balanset-1A utiliza acelerómetros en los soportes de los cojinetes y calcula internamente la velocidad, de modo que el ingeniero obtiene el valor directo de la velocidad que proporcionaría un transductor de velocidad para una comprobación de severidad según la norma ISO 20816, junto con el alcance de alta frecuencia y el 1× amplitud y fase necesario para equilibrado de campo, algo que un transductor de velocidad de 1-2 kHz no podría ofrecer.
8. Calibración y mantenimiento
- Calibración: verificar la sensibilidad (mV/pulgada/s o mV/mm/s) y la respuesta en frecuencia en una mesa vibratoria, con una periodicidad anual calibración típico de las aplicaciones críticas.
- Mantenimiento: Manéjelo con cuidado para evitar caídas y golpes, compruebe el estado del cable, verifique que esté bien fijado, compruebe periódicamente la salida y sustituya el sensor si su sensibilidad o respuesta varían.
Los transductores de velocidad, aunque su uso está disminuyendo en las nuevas instalaciones, siguen siendo importantes en los sistemas de monitorización permanentes ya existentes y en determinadas aplicaciones de baja frecuencia, autoalimentadas o de seguridad intrínseca. Comprender cómo funcionan, cuáles son sus puntos fuertes y cuáles sus limitaciones es necesario tanto para mantener en funcionamiento los sistemas heredados como para tomar decisiones fundamentadas selección de sensores cuándo sigue siendo adecuado utilizar un transductor de velocidad.
