¿Cómo miden los sensores de vibración la aceleración para rastrear el estado de la máquina?

La monitorización del estado de las máquinas está íntimamente relacionada con el programa más amplio de mantenimiento predictivo. El objetivo del mantenimiento predictivo es reducir o eliminar por completo las fallas repentinas y catastróficas de la máquina mediante la supervisión activa de aquellos componentes que son críticos para el funcionamiento de la máquina. Mediante la supervisión de componentes como motores, ventiladores, bombas y otros componentes constituyentes como rodamientos, el seguimiento de parámetros como temperatura y vibración, y el uso de algoritmos para analizar los datos recopilados de esta manera, se pueden evitar fallos antes de que ocurran.

Una de las técnicas más comunes utilizadas en el monitoreo de condición es el análisis de vibraciones. Básicamente, este método utiliza sensores para monitorear las vibraciones en una máquina y los componentes de la máquina. Estos datos se analizan posteriormente para determinar si hay una desviación de la operación normal y si se necesita y qué tipo de intervención.

Los sensores de vibración se utilizan ampliamente para medir la vibración. Los sensores de vibración típicos miden la vibración de los componentes de la máquina, como ejes y cojinetes de equipos giratorios, como motores y bombas. Los sensores de vibración en sí se basan en varios tipos diferentes de técnicas de operación, incluidas las más comunes que se basan en acelerómetros. Otros sensores de vibración funcionan con galgas extensométricas, micrófonos o sensores basados en presión u otros tipos de técnicas de medición.

Entonces, ¿cómo funcionan los sensores de vibración? En el corazón del tipo más común de sensor de vibración se encuentra un acelerómetro. Todos los acelerómetros miden la aceleración, que es una fuerza. En esencia, mide el grado de movimiento de un objeto. Así que, en cierto sentido, no es la vibración la que se mide directamente, sino más bien una fuerza que se detecta y que se identifica como vibración.

Uno de los tipos más comunes de sensores de vibración utiliza un sensor piezoeléctrico de cerámica o un acelerómetro. El acelerómetro mide la aceleración dinámica de un objeto físico utilizando el voltaje generado por el efecto piezoeléctrico. Básicamente, algunos materiales exhiben la capacidad de producir un voltaje en respuesta a una tensión mecánica. Estos materiales, o cristales, forman la parte central de los acelerómetros utilizados en los sensores de vibración. Por lo tanto, una aceleración se transmite a una masa dentro del acelerómetro que genera una fuerza proporcional en el cristal piezoeléctrico. Esta fuerza en el cristal genera una carga eléctrica que es proporcional a la fuerza, que es la aceleración.

Los acelerómetros piezoeléctricos ofrecen una serie de beneficios. Por un lado, su respuesta de alta frecuencia, linealidad en un amplio rango de frecuencias y ancho de banda amplio ayudan a medir vibraciones de alta frecuencia. Especialmente en aplicaciones industriales, los sensores de vibración suelen tener algunas características que garantizan un funcionamiento fiable a largo plazo. Estos incluyen un amplio rango de temperaturas de funcionamiento, varias opciones de embalaje diferentes y estabilidad a largo plazo.

La selección del sensor de vibración adecuado comienza con la comprensión de las características de la señal que se espera medir y de cualquiera de los factores ambientales que se deben tener en cuenta, como el rango de temperatura o los entornos peligrosos. A partir de esto se puede conocer el rango de sensibilidad y el rango de frecuencia necesarios de un sensor. El rango de sensibilidad depende de conocer la amplitud de vibración esperada que es probable que encuentre el sensor. Del mismo modo, el rango de frecuencias también puede estimarse o conocerse a partir de datos de frecuencias anteriores de la máquina o el componente que se va a supervisar.