La monitorización de las vibraciones de las máquinas es un aspecto crítico en el mantenimiento preventivo y la supervisión del estado. Los sensores de vibración juegan un papel central en esto, convirtiendo las vibraciones físicas en señales eléctricas que luego pueden ser analizadas. Este artículo proporciona una visión detallada de los diversos sensores de vibración, su construcción, aplicaciones e instalación.

 

 

1. Sensores de Aceleración:

Estos sensores miden la tasa de aceleración de un componente vibrante. Son capaces de capturar tanto vibraciones de baja como de alta frecuencia y son particularmente útiles en aplicaciones que requieren un amplio rango de frecuencias.

 

Principios básicos y funcionamiento

El funcionamiento de los sensores de aceleración se basa en la medición de la aceleración que actúa sobre una masa sísmica dentro del sensor. Esta masa es parte de un sistema de masa-resorte-amortiguador que experimenta un movimiento relativo a la estructura del sensor cuando se expone a vibraciones externas. Este movimiento resultante se convierte en una señal eléctrica proporcional a la aceleración.

 

Tecnologías y tipos

• Sensores de Aceleración Piezoeléctricos: Utilizan la propiedad piezoeléctrica de ciertos materiales que generan una carga eléctrica bajo carga mecánica. Son especialmente adecuados para altas frecuencias y se caracterizan por un amplio rango dinámico y alta sensibilidad.
• Sensores de Aceleración MEMS (Sistemas Microelectromecánicos): Los sensores MEMS se fabrican sobre una base de silicio y utilizan estructuras microfabricadas para medir la aceleración. Son compactos, rentables y versátiles, desde dispositivos móviles hasta aplicaciones automotrices e industriales.
• Sensores de Aceleración Piezorresistivos: Estos sensores cambian su resistencia eléctrica en función de la carga mecánica por fuerzas de aceleración. Son especialmente robustos y adecuados para mediciones de alto impacto.

 

Criterios de selección

Al elegir un sensor de aceleración, se deben considerar varios factores:

• Rango de Frecuencia: La elección del sensor debe estar alineada con el rango de frecuencia específico de las vibraciones a medir.
• Rango de Amplitud: El sensor debe ser capaz de capturar las amplitudes esperadas sin saturación o distorsión.
• Condiciones Ambientales: La temperatura, la humedad y la posible exposición a productos químicos pueden afectar el rendimiento del sensor y deben ser consideradas.
• Montaje e Instalación: El método de montaje (atornillado, pegado, magnético) afecta la calidad de la transmisión de vibraciones del objeto de medición al sensor.

 

Instalación y montaje

Un montaje correcto es crucial para resultados de medición precisos. El sensor debe montarse firmemente y directamente en la superficie del objeto de medición para garantizar una transmisión óptima de las vibraciones. La posición de montaje debe ser representativa de las vibraciones de la máquina o estructura y estar libre de influencias de componentes adyacentes.

 

Áreas de aplicación

Los sensores de aceleración se utilizan en una amplia gama de áreas:

• Monitoreo de Máquinas Industriales: Para diagnosticar desequilibrios, desalineaciones, defectos en rodamientos y otros problemas mecánicos.
• Industria Automotriz: Para pruebas de choque, investigaciones de dinámica de vehículos y monitoreo del comportamiento de conducción.
• Construcción e Infraestructura: Para monitorear vibraciones en edificios, puentes y otras estructuras, asegurando la integridad estructural.
• Electrónica de Consumo: En smartphones, tablets y otros dispositivos para la detección de movimiento y control.

 

2. Sensores de Velocidad:

Estos sensores miden la velocidad de movimiento vibratorio y son particularmente adecuados para vibraciones de frecuencia media. A menudo se utilizan en máquinas rotativas para monitorear el estado general de la máquina.

 

 

Principios básicos y funcionamiento

Los sensores de velocidad miden la velocidad de movimiento vibratorio de un objeto. Convierten las vibraciones mecánicas en una señal eléctrica que refleja la velocidad de estos movimientos. A diferencia de los sensores de aceleración, que miden la aceleración, los sensores de velocidad proporcionan mediciones directas de la velocidad de vibración, que son especialmente relevantes para muchas aplicaciones de diagnóstico.

 

Tecnologías y tipos

• Sensores de Velocidad Electrodinámicos: Utilizan el principio de inducción electromagnética. Una bobina dentro del sensor se mueve en relación con un campo magnético, induciendo una tensión proporcional a la velocidad del movimiento. No requieren alimentación externa y son conocidos por su robustez y fiabilidad.
• Velocímetros Láser-Doppler (LDV): Los sistemas LDV utilizan el desplazamiento Doppler de la luz láser reflejada por un objeto en movimiento para medir su velocidad. Estos sensores no contactos son adecuados para mediciones de alta precisión, especialmente en investigación y desarrollo.

 

Criterios de selección

La elección del sensor de velocidad adecuado depende de varios factores:

• Rango de Frecuencia: El sensor debe poder cubrir el rango de frecuencia de las vibraciones a medir.
• Rango de Medición: La máxima velocidad de vibración que se va a medir determina el rango de medición necesario del sensor.
• Condiciones Ambientales: Factores como la temperatura, la humedad y la presencia de productos químicos agresivos o polvo pueden influir en la elección del sensor.
• Requisitos de Montaje: El tipo y la posición del montaje son cruciales para obtener resultados de medición precisos.

 

Instalación y montaje

Una instalación correcta es esencial para la precisión de las mediciones. Los sensores de velocidad deben montarse lo más cerca posible del punto de medición para minimizar los errores de transmisión. La montura puede ser mediante atornillado, pegado o soportes magnéticos, considerando los requisitos específicos de la aplicación.

 

Áreas de aplicación

Los sensores de velocidad se utilizan en una amplia variedad de sectores:

• Aplicaciones Industriales: Para la supervisión de motores, bombas, engranajes y otras máquinas rotativas, con el fin de detectar desequilibrios, desalineaciones y otros problemas mecánicos comunes.
• Investigación y Desarrollo: Para mediciones precisas de velocidad de vibración en pruebas de materiales, estudios de aerodinámica y otras áreas de investigación.
• Supervisión Estructural: Para monitorear las vibraciones en edificaciones y puentes, garantizando así su integridad estructural y previniendo daños.

 

3. Sensores de Desplazamiento:

Los sensores de desplazamiento, también conocidos como sensores de posición, son cruciales para la medición precisa del movimiento o posición de un objeto. Son indispensables en sectores como la automatización industrial, el control de calidad y la supervisión estructural. Este segmento explora los distintos tipos de sensores de desplazamiento, su funcionamiento, criterios de selección y aplicaciones típicas.

 

Fundamentos y Funcionamiento

Los sensores de desplazamiento miden la distancia o posición de un objeto en relación con un punto de referencia. Esta medición puede ser por contacto o sin contacto, dependiendo del tipo de sensor y de la aplicación. Los datos recopilados proporcionan información valiosa sobre la alineación geométrica, el movimiento o la deformación de objetos o estructuras.

 

Tipos de Sensores de Desplazamiento

• Transformadores Diferenciales Variables Lineales (LVDTs): Los LVDTs son sensores de contacto altamente precisos que utilizan la inductancia variable para medir movimientos lineales. Ofrecen una excelente precisión en un amplio rango de medición y son adecuados para entornos difíciles.
• Sensores Potenciométricos: Estos sensores utilizan un elemento resistivo con un contacto móvil (cursor) cuya posición cambia la tensión de salida. Son sencillos, económicos y proporcionan una salida analógica directa de la posición.
• Sensores Capacitivos: Los sensores capacitivos miden los cambios en la capacitancia entre el sensor y el objeto de medición. Son ideales para mediciones de alta precisión sin contacto en aplicaciones que requieren una alta resolución.
• Sensores Inductivos y de Corrientes de Foucault: Estos sensores miden el desplazamiento por cambios en la inductancia o corrientes inducidas en un objetivo conductor. Son especialmente útiles para mediciones sin contacto en entornos adversos.
• Sensores Magnetostrictivos: Utilizan las propiedades de los materiales magnetostrictivos para realizar mediciones precisas y sin contacto de posición y desplazamiento. Son robustos y ofrecen alta precisión.
• Sensores Láser y Ópticos: Los sistemas de medición basados en láser proporcionan mediciones de desplazamiento sin contacto de alta precisión, ideales para aplicaciones que requieren alta resolución y precisión.

 

Criterios de Selección

Al seleccionar un sensor de desplazamiento, es importante considerar:

• Rango de Medición y Resolución: El sensor debe cubrir el rango de medición deseado y proporcionar la resolución requerida para la aplicación.
• Contacto o Sin Contacto: La elección depende de la aplicación y de si es posible o deseable el contacto directo con el objeto de medición.
• Condiciones Ambientales: Factores como la temperatura, humedad, suciedad y vibraciones pueden afectar el rendimiento del sensor.
• Señal de Salida y Compatibilidad: El tipo de señal de salida (analógica o digital) y la compatibilidad con los sistemas de control o supervisión existentes son fundamentales.

 

Aplicaciones Típicas

Los sensores de desplazamiento se utilizan en una amplia gama de industrias:

• Ingeniería Mecánica y Automatización: Para el control y supervisión precisos de partes de máquinas y brazos robóticos.
• Tecnología Automotriz: Para medir el desplazamiento de suspensiones, posiciones de dirección o para detectar la posición de componentes.
• Aeroespacial y Defensa: Para la supervisión de posición en sistemas críticos donde la fiabilidad y precisión son esenciales.
• Construcción e Infraestructura: Para monitorizar desplazamientos y deformaciones en estructuras, asegurando su seguridad y durabilidad.

 

Conclusión

Los sensores de vibración son herramientas indispensables en la supervisión del estado y el mantenimiento preventivo. La elección adecuada del tipo de sensor, un conocimiento profundo de su funcionamiento y una instalación correcta permiten a los operadores obtener información valiosa sobre el estado de su equipo y evitar costosas fallas. El desarrollo continuo y la mejora de los sensores de vibración fortalecerán su papel en la industria y contribuirán a la optimización de las estrategias de mantenimiento.