En este artículo, te ofrecemos más información sobre los acelerómetros IEPE y de carga (también conocidos como medidores de aceleración) y sobre cómo se utilizan para medir las vibraciones en máquinas rotativas.
Para medir vibraciones, existen varios métodos, que suelen realizarse mediante un sensor piezoeléctrico o un acelerómetro. Un acelerómetro es un sensor que convierte las vibraciones dinámicas de un objeto físico en tensión eléctrica. Los acelerómetros son transductores de contacto total que se fijan directamente al elemento en el que se espera que se produzca la vibración. Algunos ejemplos son los rodamientos de bolas y las transmisiones por engranajes. Este versátil sensor puede utilizarse tanto para mediciones de vibraciones de alta como de baja frecuencia. Las ventajas de un acelerómetro son su linealidad en un amplio rango de frecuencias y su amplio rango dinámico.
¿Cómo funciona un acelerómetro?
La mayoría de los acelerómetros utilizan el efecto piezoeléctrico, lo que significa que el cristal del sensor emite una tensión eléctrica bajo presión. La aceleración de la carcasa se transmite a una masa calibrada (masa sísmica), tras lo cual se ejerce una presión proporcional sobre el cristal piezoeléctrico. La tensión externa sobre el cristal genera una resistencia eléctrica de alta impedancia proporcional a la fuerza aplicada y, por lo tanto, proporcional a la aceleración.
¿Cómo elijo el acelerómetro adecuado?
Dada la gran versatilidad de los acelerómetros, estos se presentan en diversas formas, tamaños, rangos y otras propiedades específicas. Al formarse una idea de la señal que se espera medir, en combinación con factores ambientales (como la temperatura y la sensibilidad a las explosiones), se pueden barajar modelos específicos. Por supuesto, siempre puede llamarnos para que le asesoremos a la hora de elegir el sensor adecuado, pero a continuación le explicaremos qué debe tener en cuenta.
Amplitud de vibración
La amplitud máxima, o el rango máximo de la vibración que se está midiendo, determina el rango requerido del sensor. Cuando se mide una vibración con un sensor que no se ajusta a dicho rango, la señal de salida deja de ser fiable. Por lo general, los acelerómetros utilizados para monitorizar vibraciones de alta frecuencia tienen menor sensibilidad y masa.
Sensibilidad
La sensibilidad es un parámetro importante a la hora de elegir el acelerómetro adecuado. La sensibilidad es la correlación entre la vibración y la tensión a una frecuencia de referencia. La sensibilidad exacta se determina mediante la calibración y suele figurar en el certificado de calibración que se proporciona con el sensor. La sensibilidad también depende de la frecuencia (esperada). En última instancia, se requiere una calibración completa en todo el rango de frecuencias utilizable para determinar cómo se correlaciona la sensibilidad con la frecuencia.
Por lo general, se utiliza un acelerómetro de baja sensibilidad para medir señales de alta amplitud o alta frecuencia, y un acelerómetro de alta sensibilidad para medir señales de baja amplitud o baja frecuencia. Otro aspecto es la frecuencia de resonancia propia del sensor, y puede afirmarse que la frecuencia máxima medible siempre debe ser un factor de dos inferior a la frecuencia de resonancia propia del sensor.
Número de ejes
En cuanto a la dirección de medición, existen dos tipos de acelerómetros. El acelerómetro más común mide la vibración en una sola dirección. Este tipo se utiliza a menudo para medir los niveles de vibración mecánica en instalaciones y máquinas. El segundo tipo es un acelerómetro triaxial. Este acelerómetro puede crear una representación tridimensional de la aceleración.
Ponderación
Los acelerómetros deben pesar considerablemente menos que la estructura que se supervisa. Si la masa del objeto al que se fija el acelerómetro aumenta significativamente debido al sensor, esto puede afectar a las características de vibración. Esto puede dar lugar a datos de medición inexactos. En general, la masa del acelerómetro no debe superar el 10 % del peso del objeto. Existe una solución específica para cada aplicación.
Montaje
Otra consideración a la hora de elegir el acelerómetro adecuado es cómo se puede montar el sensor en la superficie. Existen cuatro tipos de opciones de montaje:
- Portátil
- Magnético
- Adhesivo
- Fijación por tornillos
El montaje con tornillos es, con diferencia, el mejor método, pero requiere taladrar un orificio en la máquina, lo que solo se hace cuando se necesita una instalación permanente. Como alternativa, el sensor puede pegarse, aunque esto proporciona una característica de transferencia menos eficaz que el montaje con tornillos.
Los demás métodos de montaje están destinados principalmente a instalaciones temporales. Cada método de montaje afecta al acelerómetro de alguna manera. En general, cuanto más «suelto» es el montaje, menor es el límite de frecuencia medible. Añadir masa a un acelerómetro, como en el caso del montaje magnético, reduce la frecuencia de resonancia, lo que puede afectar a la precisión y a los límites del rango de frecuencias utilizable del acelerómetro.
Factores ambientales
A la hora de elegir un acelerómetro, deben tenerse en cuenta factores ambientales como la temperatura máxima de funcionamiento, la exposición a sustancias químicas nocivas y la humedad. La mayoría de los acelerómetros pueden utilizarse en entornos peligrosos gracias a su construcción robusta y fiable. Para una protección adicional, los acelerómetros industriales pueden fabricarse en acero inoxidable, lo que los hace resistentes a la corrosión y a los productos químicos.
Un acelerómetro de carga es adecuado para temperaturas extremas. Dado que estos acelerómetros no cuentan con componentes electrónicos integrados, la temperatura máxima de funcionamiento solo está limitada por el elemento sensor y los materiales utilizados en su fabricación. Sin embargo, dado que estos acelerómetros carecen de acondicionamiento y amplificación de señal integrados, son sensibles a las interferencias ambientales, por lo que requieren un cableado de bajo ruido. Si hay demasiado ruido ambiental, se debe utilizar un convertidor de señal en línea o un sensor IEPE con amplificador de señal integrado.
Las especificaciones de humedad vienen determinadas por el tipo de sellado que tiene un acelerómetro. Los sellos habituales están fabricados en vidrio o epoxi. La mayoría de estos sellos pueden soportar altos niveles de humedad y una exposición prolongada a una humedad excesiva.
Coste
Aunque los precios de los acelerómetros de modo de carga y los acelerómetros IEPE son comparables, los acelerómetros IEPE tienen unos costes significativamente más bajos cuando se utilizan en sistemas multicanal, ya que no requieren cables especiales de bajo ruido ni amplificadores de carga. Además, los acelerómetros IEPE son más fáciles de usar, ya que su mantenimiento resulta más sencillo.
Sonda de proximidad frente a acelerómetros
Otro tipo de sensor utilizado para medir las vibraciones de las máquinas es la sonda de proximidad, o sensor de distancia. A diferencia de los acelerómetros, que miden la aceleración para detectar vibraciones, las sondas de proximidad son sensores sin contacto que miden la distancia a un objeto. Estos sensores se utilizan principalmente para medir las vibraciones del eje en máquinas rotativas grandes y pesadas. Una turbina de vapor es una de las máquinas típicas en las que se utilizan sondas de proximidad para medir las vibraciones del eje. La atención se centra principalmente en medir las vibraciones del eje dentro del cojinete de deslizamiento. Debido al efecto amortiguador de la película de aceite en la que se encuentra el eje y a la pesada carcasa, las vibraciones del eje pueden aumentar significativamente sin que aumenten de forma notable las vibraciones de la carcasa. Por lo tanto, en tales situaciones, es mejor utilizar sondas de proximidad que midan directamente el movimiento del eje. A menudo se utiliza una combinación de ambos.
