SENSORES DE VIBRACIÓN Los sensores sensores de vibración vibración son acelerómetros acelerómetros que permiten permiten trabajar trabajar en frecuencias altas, que es donde se produce principalmente la vibración. Estas frecuencias y en consecuencia estos acelerómetros se utilizan para diferentes aplicaciones, pero hay una que destaca sobre el resto, y es el control preventivo o mantenimiento preventivo en maquinaria. Estos sensores de vibración en combinación con el acondicionador o equipo de adquisición pertinente, nos permiten llevar a cabo una instalación de sensores para el registro y posterior análisis de las vibraciones, ver tendencias de desgaste o problemas de funcionamiento de la maquinaria, debido a un mayor nivel de vibración en ciertas frecuencias.
MEDICIÓN DE LA VIBRACIÓN Las Las etap etapas as segu seguid idas as para para medi medirr y/o y/o anal analiz izar ar una una vibr vibrac ació ión, n, que que constituyen la cadena de medición, son ! Etapa transductora ! Etapa de acondicionamiento de la se"al ! Etapa de análisis y/o medición ! Etapa de registro. El transductor transductor es el el primer primer eslabón eslabón en la cadena cadena de medició medición n y deber#a deber#a reproducir e$actamente las caracter#sticas de la magnitud que se desea medir. %n transductor es un dispositivo electrónico que sensa una magnitud f#si f#sica ca como como vibr vibrac ació ión n y la conv convie iert rte e en una una se"a se"all el&c el&ctr tric ica a 'vol 'volta taje je(( proporcional a la magnitud medida. )#picamente hay cuatro tipos de sensores o transductores de vibraciones
! *ensor de desplazamiento relativo sin contacto ! *ensor de desplazamiento relativo con contacto ! *ensor de velocidad o veloc#metro ! *ensor de aceleración o acelerómetro. +ara la medici medición ón de de vibracion vibraciones es en en el e$terior e$terior delas delas máquinas máquinas y en las las estructuras hoy en d#a se utiliza pueda ser medida adecuadamente. Esto contempla en algunos casos, dependiendo del tipo de transductor, filtraje, integración, amplificación o demodulación. %na vez acondicionad acondicionada a la se"al &sta puede ser medida medida o analizada. analizada. %n medidor de vibraciones es un instrumento que mide el valor pico, pico a pico o -* dela vibración. %n analizador de vibraciones es un instrumento que realiza análisis espectral.
TECNICAS DE ANALISIS DE VIBRACIONES El objetivo objetivo del análisis análisis de vibraciones vibraciones es poder e$traer e$traer el má$imo de información relevante que ella posee. +ara esto e$isten diferentes t&cnicas de análisis tanto en el dominio tiempo como en el dominio frecuencia, las cuales tienen sus propias ventajas para algunas aplicaciones en particular. cont contin inuac uació ión n se prese present nta a algu alguna nass de las las t&cn t&cnic icas as más más util utiliz izad adas as en la inspección de máquinas.
1. Análisis espectral. La esencia del análisis espectral es descomponer la se"al vibratoria en el dominio del tiempo en sus componentes espectrales en frecuencia. Esto permite, en el caso de las máquinas, correlacionar las vibraciones medidas generalmente en sus descansos, con las fuerzas que actan dentro de ella.
2. Análisis de la !r"a de !nda. El análisis de la forma de la vibración en en el tiempo a veces puede proveer información complementaria al análisis espectral. Este análisis es adecuado para reconocer los siguientes tipos de problemas ! 0mpactos ! ozamientos intermitentes ! -odulaciones en amplitud y frecuencias ! )ransientes ! )runcaciones.
#. Análisis de ase de $i%raci!nes. *e puede puede defini definirr la diferen diferencia cia de fase fase entr entre e dos dos vibrac vibracione ioness de igual igual frecuencia como la diferencia en tiempo o en grados con que ellas llegan a sus valores má$imos, m#nimos o cero. El análisis de diferencias de fase a la velocidad de giro de la máquina entre las vibraciones horizontal y vertical o entre las vibraciones a$iales de los diferentes descansos del sistema motor! máqu máquin ina, a, perm permitite e deter determi mina narr los los movi movimi mient entos os relat relativo ivoss entre entre ello ellos, s, y diferenciar entre problemas que generan vibraciones a frecuencia 1$ rpm ! 2esbalanceamiento ! 2esalineamiento ! Eje doblado ! esonancia ! +oleas e$c&ntricas o desalineadas.
&. Análisis de l!s pr!"edi!s sincr'nic!s en el tie"p!. Esta t&cnica recolecta se"ales vibratorias en el dominio tiempo y las suma y promedia promedia sincrónicamen sincrónicamente te mediante mediante un pulso de referencia referencia repetitivo. repetitivo. Las comp compon onen ente tess sinc sincró róni nica cass al puls pulso o se suma suman n en el prom promed edio io y las las no sincrónicas disminuyen de valor con el nmero de promedios.
(. Análisis de 'r%itas. 3ombinando 3ombinando dos se"ales vibratorias vibratorias captadas captadas por sensores sensores ubicados ubicados relativamente entre ellos a 456 'vertical y horizontal( en un descanso de la máquina se puede obtener el movimiento del eje en el descanso o su órbita.
). Análisis de de"!d*laci!nes. El anális análisis is de demodula demodulacio ciones nes en amplit amplitud ud consis consiste te en analiz analizar ar la envo envolv lvent ente e de la se"al se"al tempo tempora rall de una una se"a se"all modu modula lada da.. Este Este análi análisi siss permit permite e determi determinar nar más fácilm fácilment ente e la periocid periocidad ad de las modulaci modulaciones ones y diagnosticar problemas tales como ! odamientos picados ! Engranajes e$c&ntricos o con dientes agrietados ! 2eterioro de álabes en turbinas +roblemas el&ctricos en motores
+. Análisis de $i%raci!nes en partidas , paradas de *na "á-*ina. E$isten ciertos problemas que son más fácil de diagnosticar durante el funcionamiento transigente 'partidas/paradas( que durante el funcionamiento estacionario de la máquina. Es el caso de los problemas que generan vibraciones vibraciones cuyas frecuencias frecuencias son función de la velocidad de la máquina. máquina. l disminuir &sta, dichas componentes van disminuyendo en acorde, por lo que
en algn momento coinciden con alguna frecuencia natural de ella y son amplificadas, evidenciando en ese instante en forma más clara el problema.
. Trans!r"adas tie"p!/rec*encia. El análisis espectral es adecuado para analizar vibraciones compuestas de componentes estacionarias durante su per#odo de análisis. Esto indica qu& efect efectos os trans transie ient ntes es de la vibra vibraci ción ón son son prome promedi diad ados os en el per# per#od odo o de anális análisis, is, perdi& perdi&ndo ndose se inform informaci ación ón sobre sobre la natural naturaleza eza o forma forma de estas estas variaciones.
NORMATIVA E0ISTENTE EN EL ANALISIS DE VIBRACIONES 1. Respect! a las "á-*inas r!tat!rias. La normativa normativa actual e$istente e$istente da criterios criterios de evaluación evaluación de la severidad severidad vibratoria respecto a! la condición operacional de la máquina! ensayos de aceptación de máquinas. 0*7 15819!1 establece los parámetros a medir, procedimiento procedimientos, s, instrumentac instrumentación ión y condiciones condiciones de operación operación recomendados recomendados para tomar las mediciones. +ara +ara su evaluaci evaluación ón divide divide a las máquinas máquinas de acuerdo acuerdo a su tama"o tama"o 'potencia(, de acuerdo al tipo de máquina y de acuerdo a su sistema de montaje. 3alifica el nivel vibratorio en cuatro calidades , :, 3 y 2. El nivel vibratorio de calidad corresponde al de una máquina en buen estado y deber#a ser el valor de aceptación para una máquina nueva. En el otro e$tremo, una calidad de vibración 2 se considera ser suficientemente severa como para causar da"o a la máquina.
2. Respect! a "á-*inas c!n "!$i"ient! alternati$!. En el caso de máquin máquinas as con movimi movimient ento o altern alternati ativo vo los estánd estándares ares e$istentes para evaluar la severidad de sus vibraciones tienen objetivos
diferentes diferentes que para el caso caso de las máquinas máquinas rotatorias, rotatorias, 0*7 15819!1. 15819!1. %na máquina con movimiento alternativo, como ser un motor 2iesel, es una máquin máquina a robusta robusta dise"a dise"ada da para para soporta soportarr los esfuerz esfuerzos os que genera generan n las e$plosiones que se producen dentro de ella. 2e aqu#, que los esfuerzos generados por las vibraciones son para este tipo de máquinas, marginales. La normativa evala la severidad vibratoria no para considerar el efecto sobre la máquina misma, sino que considera el efecto que ella tiene en elementos elementos montados sobre la máquina máquina 'bombas, 'bombas, intercambia intercambiadores dores de calor, calor, instrumentos, etc.( y los conectados a ella 'tuber#as, fundaciones, etc.(.
#. Respect! a las estr*ct*ras. E$isten E$isten normativ normativas as al respecto, respecto, tales tales como * 4;!1445 ó <*0 <*0 *=.>? *=.>? Esta normativa, a diferencia de la e$istente para las máquinas, no da valores num&ricos que permitan la evaluación de la severidad de la vibración. Esta normativa normativa es solamente solamente cualitativa. cualitativa. 0ndica los diferentes diferentes factores que deben ser considerados para su evaluación@ como tomar en cuenta los diferentes tipos de estructuras o edificios e$istentes@ las magnitudes y m&todos de medición que pueden ser usados y los diferentes procedimientos de cálculo a utilizar para evaluar las vibraciones medidas.
&. Respect! a las pers!nas. La norma más importante y ampliamente conocida es la norma 0*7 =9A1 Este estándar define y da valores num&ricos para los l#mites de e$posición a los que puede estar sometido un ser humano. Estos l#mites establecen valores que permiten cuantificar diferentes efectos de las vibraciones sobre el individuo ! 2a"o en la salud o seguridad de las personas. ! 2isminución de la eficiencia en el trabajo.
! 2isminución del confort de la persona.
ACELERÓMETROS Los acelerómetros se emplean para medir vibraciones y oscilaciones en muchas máquin máquinas as e instal instalaci acione ones, s, as# como para para el desarr desarroll ollo o de produc productos tos 'p.e. de componentes o herramientas(. La medición proporciona los siguientes parámetros aceleración de la vibración, velocidad de vibración y variación de vibración. 2e este modo modo se cara caract cter eriz izan an las las vibr vibrac acio iones nes con con prec precis isió ión. n. Los Los acel aceler eróm ómet etro ross son son port portát átililes es y sus sus valo valore ress medi medido doss se pued pueden en alma almace cenar nar parc parcia ialm lmen ente te.. Los Los certificados de calibración de fábrica se entregan con el primer pedido. modo adicional pueden ir acompa"ados de un certificado de calibración 0*7 4555 'con el primer pedido, pero igualmente con una recalibración p.e. anual, segn el manual 0*7(. Los acelerómetros son una ayuda insustituible in situ para el profesional.
Los rangos de medida son diversos, diversos, desde 1 g, hasta los miles de gBs. especto al rango de frecuencia disponible, hay acelerómetros que parten de 5 Cz, para medida de bajas frecuencias, frecuencias, acelerómetros acelerómetros que llegan llegan hasta los miles de Cz para altas frecuencias de vibración, otros modelos de muy alta sensibilidad con bajo rango de frecuencia, etc.
TIOS DE ACELEROMETROS
Aceler'"etr! "ecánic!. Es el aceler aceleróme ómetro tro más simple simple.. *e constr construye uye uniendo uniendo una masa masa a a
un dinamómetro dinamómetro cuyo cuyo eje está en la misma dirección que la aceleración que se desea medir.
Aceler'"etr! pie!el3ctric! El acelerómetro es uno de los transductores más versátiles, siendo el más
comn el piezoel&ctrico por compresión. Este se basa en que, cuando se
comprime un ret#culo cristalino piezoel&ctrico, se produce una carga el&ctrica proporcional a la fuerza aplicada. Los elementos piezoel&ctricos están hechos normalmente de circonato de plomo. Los elementos piezoel&ctricos se encuentran comprimidos por una masa, sujeta al otro lado por un muelle y todo el conjunto dentro de una caja metálica. 3uando el conjunto es sometido a vibración, el disco piezoel&ctrico se ve sometido a una fuerza variable, proporcional a la aceleración de la masa. 2ebido al efecto piezoel&ctrico se desarrolla un potencial variable que será será prop proporc orcio iona nall a la acel aceler erac ació ión. n. 2icho 2icho pote potenci ncial al varia variabl ble e se pued puede e registrar sobre un osciloscopio o volt#metro. Este dispositivo junto con los circuitos el&ctricos asociados se puede usar para la medida de velocidad y desplazamiento además de la determinación de formas de onda y frecuencia. %na de las ventajas principales de este tipo de transductor es que se puede hacer tan peque"o que su influencia sea despreciable sobre el dispositivo vibrador. El intervalo de frecuencia t#pica es de = Cz a 15 DCz.
Aceler'"etr! pie!el3ctric! de c*ar!. *u uso es comn en mantenimien mantenimiento to predictivo, predictivo, donde se emplea para
detect detectar ar defect defectos os en máquina máquinass rotati rotativas vas y altern alternati ativas vas,, detect detectando ando por ejemplo, el mal estado de un rodamiento o cojinete en una etapa temprana antes de que se llegue a la aver#a. En bombas impulsoras de l#quidos dete detect ctan an los los fenó fenóme menos nos de cavi cavita taci ción ón que que pulsa pulsan n a unas unas frec frecuen uenci cias as caracter#sticas. Los acelerómetros electrónicos permiten medir la aceleración en una, dos o tres dimensiones, esto es, en tres direcciones del espacio ortonormales. Esta caracter#stica caracter#stica permite medir la inclinación inclinación de un cuerpo, puesto que es
posible determinar con el acelerómetro la componente de la aceleración provocada por la gravedad que acta sobre el cuerpo. %n acelerómetro tambi&n es usado para determinar la posición de un cuerpo, pues al conocerse su aceleración en todo momento, es posible calcular los desplaza desplazamie miento ntoss que tuvo. tuvo. 3onside 3onsiderand rando o que se conocen conocen la posici posición ón y velocidad original del cuerpo bajo análisis, y sumando los desplazamientos medidos se determina la posición.
Aceler'"etr!s de eect! 4all.
%tilizan una masa s#smica donde se coloca un imán y de un sensor de efecto Call que detecta cambios en el campo magn&tico
Ad0L252
El 2L=5= es un acelerómetro de dos ejes de bajo consumo y salida digital, inte integr grad ado o en un chip chip mono monol#l#titico. co. -ide -ide acel aceler eraci acion ones es hast hasta a una una esca escala la má$ima de F = g. *oporta golpes de hasta 1555 g. +uede medir aceleración aceleración dinámica 'como por ejemplo una vibración( y tambi&n aceleración estática, como por ejemplo la atracción de la gravedad. Este circuito integrado tiene salidas digitales, en forma de pulsos repetidos cuyo ancho var#a en relación con la medición. Estas salidas en forma de pulsos se pueden medir con microcontroladores sin necesidad de contar con una entrada para la conversión nalógica/2igital. El ritmo de repetición del pulso es ajustable de 5,; a 15 ms por medio de un resistor. %n ciclo de relación ;5G significa una aceleración de 4 g. El ruido de la se"al es muy bajo, lo que permite realizar mediciones menores a = mg 'mili g( a una frecuencia de 95 hertz. El ancho de banda de respuesta
se puede determinar por medio de capacitores de filtro conectables en ambos circuitos, e H.
Aceler'"etr!s CE/VT 2)55
'acelerómetro para el mantenimiento preventivo de máquinas de producción.(
Aceler'"etr!s CE/VT 2555
'ace 'acele lero rome metr tros os para para medi medirr la velo veloci cida dad d de vibr vibrac ació ión n en máqu máquin inas as e instalaciones(
Aceler'"etr!s CE/VT 1555
'acel 'aceleró eróme metr tros os de bols bolsilillo lo para para velo veloci cida dad d de vibra vibraci ción ón en máqui máquinas nas e instalaciones(
Aceler'"etr!s CE/VT 2+55
'para la comprobación rápida in situ, se env#a con todos los sensores(
Aceler'"etr!s CE/VT 25&
'con la función de acelerómetros y tacómetros, memoria interna, *!=A=, softIare(
Aceler'"etr!s CE/VT 2(5
'tie 'tiene nen n la func funció ión n de acel acelero erome metr tros os y tacó tacóme metr tros, os, pant pantal alla la de color color de análisis JJ)(
Aceler'"etr!s CE/VT #555
'acelerómetros de mano para medir vibraciones y oscilaciones con memoria interna(
Aceler'"etr!s CE/VDL
'logger para fuerza K a trav&s de A ejes, memoria para A>4.;=; valores de medición(
Aceler'"etr!s serie T6
'para 'para vibra vibraci cion ones es para para dive divers rsas as áreas, áreas, memo memoria ria de 19.5 19.555 55 valo valores res de medición(
Aceler'"etr!s CE/VB 125
'con ajuste libre de l#mite de alarma y unidades de medida mm/s o lnch/s(
Aceler'"etr!s CE/MSR1&(
'ace 'acele lero rome metr tros os para para cont contro rola larr la temp temper erat atur ura a / hume humeda dad d / pres presió ión n / aceleración(
Aceler'"etr!s CS/S &1
'estetoscopios de uso en inspección y mantenimiento(
Aceler!"etr!s CE/LC (5
'para el seguimiento y control del proceso de lubricación en maquinarias(
Aceler'"etr!s VM/#5
'calcula la aceleración a la que esta sometido el cuerpo humano en su puesto de trabajo(.
epblica :olivariana de enezuela 0nstituto %niversitario +olit&cnico M*antiago -ari"oN E$tensión *an 3ristóbal
*E<*7E* 2E 0:30O< H 3ELEO-E)7*
utor •
Karcia +rato Phonatan Pose 3.0. =1.=84.9?1 0ng. -antenimiento -ecánico
*an 3ristóbal, diciembre de =51>
