En este artículo, le contamos más sobre los acelerómetros IEPE y de carga (también conocidos como medidores de aceleración) y cómo se utilizan para la medición de vibraciones en máquinas rotativas.
Para medir las 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 una tensión. Los acelerómetros son transductores de contacto total que se fijan directamente al elemento en el que se espera la vibración. Algunos ejemplos son los rodamientos de bolas y las transmisiones por engranajes. Este versátil sensor puede utilizarse tanto para medir vibraciones de alta como de baja frecuencia. Las ventajas de un acelerómetro son su linealidad en una amplia gama 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 tanto, proporcional a la aceleración.
¿Cómo elegir el acelerómetro adecuado?
Como los acelerómetros son tan versátiles, existen de varias formas, tamaños, rangos y otras propiedades específicas. Haciéndose una idea de la señal que se espera medir en combinación con factores ambientales (como la temperatura y la sensibilidad a explosiones), se pueden considerar modelos específicos. Por supuesto, siempre puede llamarnos para que le asesoremos a la hora de elegir el sensor adecuado, pero a continuación le explicamos qué debe tener en cuenta.
Amplitud de vibración
La amplitud máxima, o el alcance máximo de la vibración que está midiendo, determina el alcance necesario del sensor. Cuando se mide una vibración con un sensor que no coincide con el rango, la salida se convierte en una señal poco fiable. Normalmente, los acelerómetros utilizados para controlar las vibraciones de alta frecuencia tienen una sensibilidad y una masa menores.
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 calibración y suele figurar en el certificado de calibración suministrado con el sensor. La sensibilidad también depende de la frecuencia (prevista). En última instancia, se requiere una calibración completa en toda la gama de frecuencias utilizables para determinar cómo se correlaciona la sensibilidad con la frecuencia.
Generalmente, un acelerómetro con baja sensibilidad se utiliza para medir señales con alta amplitud/frecuencia, y un acelerómetro con alta sensibilidad se utiliza para medir señales con baja amplitud/baja frecuencia. Otro aspecto es la frecuencia de autorresonancia del sensor, y puede afirmarse que la frecuencia máxima medible debe ser siempre un factor de dos por debajo de la frecuencia de autorresonancia del sensor.
Número de ejes
En cuanto a la dirección de medición, existen dos tipos de acelerómetros. El acelerómetro más común mide las vibraciones en una dirección. Este tipo suele utilizarse 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.
Peso
Los acelerómetros deben pesar bastante menos que la estructura que se supervisa. Si la masa del objeto al que se fija el acelerómetro aumenta significativamente con el sensor, 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 puede montarse el sensor en la superficie. Existen cuatro tipos de opciones de montaje:
- Portátil
- Magnético
- Adhesivo
- Montaje con tornillos
El montaje con tornillos es, con diferencia, el mejor método, pero requiere taladrar un agujero en la máquina, lo que sólo se hace cuando se necesita una instalación permanente. Alternativamente, el sensor puede pegarse, aunque esto proporciona una característica de transferencia menos eficaz que el montaje con tornillos.
Los demás métodos de montaje están pensados principalmente para instalaciones temporales. Cada método de montaje afecta al acelerómetro de alguna manera. En general, cuanto más "flojo" sea el montaje, menor será el límite de frecuencia medible. La adición de masa a un acelerómetro, como en el montaje magnético, reduce la frecuencia de resonancia, lo que puede afectar a la precisión y a los límites del rango de frecuencia utilizable del acelerómetro.
Factores medioambientales
A la hora de elegir un acelerómetro, hay que tener en cuenta factores medioambientales como la temperatura máxima de funcionamiento, la exposición a productos químicos nocivos 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 apto para temperaturas extremas. Dado que estos acelerómetros no llevan electrónica incorporada, la temperatura máxima de funcionamiento sólo está limitada por el elemento sensor y los materiales utilizados en su construcción. Sin embargo, como estos acelerómetros carecen de acondicionamiento y amplificación de señal incorporados, son sensibles a las interferencias ambientales, por lo que requieren un cableado de bajo ruido. Si hay demasiado ruido ambiental, debe utilizarse un convertidor de señal en línea o un sensor IEPE con amplificador de señal incorporado.
Las especificaciones de humedad vienen determinadas por el tipo de sellado que tenga un acelerómetro. Las juntas más comunes son de vidrio o epoxi. La mayoría de estas juntas 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 de los acelerómetros IEPE son comparables, los acelerómetros IEPE tienen costes significativamente inferiores 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 es 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. El objetivo principal es 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 considerablemente sin que aumenten significativamente 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.
