instrumentacion y sensores

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Diagnóstico de maquinaria mediante vibraciones mecánicas (Cap. 2)

Royman López B.Ing. Mec., M. Sc.Diapositiva 1

CONTENIDO

•Sensores de no contacto

•Sensores de velocidad (Sísmicos)

•Acelerómetros

•Keyphasor y luz estroboscópica

•Selección de sensores



SENSORES DE NO CONTACTO

•Muy sensibles y muy seguros (Sensibilidad: 0.2 V por cambios de 0.001 pulg.)

•Mide con exactitud vibraciones tan rápidas de 10 KHz, o tan lentas como 0 Hz.

•Mide simultáneamente posición media del eje (Orbita) y el movimiento (Vibración).

•Fácil calibración.

•Instalación complicada.

•Cualquier variable que pueda afectar la cantidad de potencia absorbida por el objeto puede ser captada como vibración.

•Requiere fuente de energía externa.

Ventajas

Desventajas

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Principio de los sensores de no contacto

Se produce una señal de radio frecuencia que alimenta a una bobina en la punta de la sonda, lo cual genera un campo magnético alrededor de ella. Cuando un material conductor se acerca a la punta de la sonda se producen corrientes de Eddy en la superficie del material. La potencia absorbida es inversamente proporcional a la distancia entre el objeto y la punta de la sonda. Entre mas cercano el objeto mas potencia es absorbida.



Calibración de sensores de no contacto

Esta curva describe la relación entre la vibración captada por el sensor y el voltaje enviado por el transductor.

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Instalación de sensores de no contacto



Instalación de sensores de no contacto

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Generación de orbitas con sensores de desplazamiento



Instalación de sensores de desplazamiento sobre rodamientos

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Ejemplos de sensores de no contacto



TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD (SISMICOS)

•Muy fácil de instalar.

•No requiere de fuente externa de energía.

•Genera señal confiable y fuerte en rangos de media frecuencia.

•Es seguro solo en rangos de 10-2 KHz.

•Son usualmente más grandes y pesados que los acelerómetros.

•Cualquier descalibración del mismo obliga a la reposición del instrumento.

Ventajas

Desventajas

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Principio de los sensores de velocidad

Cuando el transductor es colocado con un componente vibrante el magneto permanente vibra junto con el componente mientras que la bobina permanece estacionaria. Por el movimiento relativo se induce un voltaje en la bobina que es directamente proporcional a dicho movimiento. A mayor movimiento, mayor voltaje inducido.



VELOMITOR

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ACELEROMETROS

•Muy fácil de instalar.

•Su señal es nítida y exacta en un amplio rango de frecuencias (2 – 10 KHz).

•Mas pequeños y livianos que los sísmicos.

•Si la sujeción es deficiente se puede dar una amplificación de la vibración.

•Cualquier descalibración obliga a la reposición del instrumento.

Ventajas

Desventajas



Principio de los acelerómetros

Los acelerómetros trabajan bajo el principio de los cristales piezoeléctricos. El cristal genera una carga eléctrica cuando es deformado o una fuerza mecánica es aplicada a él. Cuando el transductor vibra, las fuerzas gravitacionales sobre la masa deforman el cristal produciendo una carga de energía eléctrica.

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Modelación matemática de un acelerómetro

El funcionamiento de un acelerómetro se modela como un sistema de 1 GDL con amortiguamiento viscoso. Las variable aceleración es obtenida directamente, mientras la velocidad y el desplazamiento se obtienen a través de las funciones de integración en los algoritmos de procesamiento de datos.



Respuesta del acelerómetro según el valor de la constante de amortiguación

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REPRESENTACIÓN DE UN ACELEROMETRO



TIPOS DE MONTAJES

Montaje roscado

Base magnética

Base adhesiva

Adhesivo directo

Montaje triaxial

ProbetaRoscado con

flanche

Dependiendo del grado de firmeza en la fijación del acelerómetro la medida entregada tendrá un mayor grado de repetibilidad, dado que una sujeción más rígida hace que la frecuencia natural del acelerómetro esté muy por encima del rango de operación.

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La frecuencia natural depende del tipo de montaje utilizado



Formas adecuadas de montaje de acelerómetros

Los acelerómetros deben ser instalados en superficies planas. Superficies cóncavas o convexas amplifican la señal de vibración y pueden conducir a lecturas erróneas.

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Formas adecuadas de montaje de acelerómetros

Un montaje incorrecto puede amplificar las vibraciones, dado que la falta de sujeción puede hacer que la frecuencia natural del acelerómetro coincida con alguna de las frecuencias de los componentes analizados.



Ejemplos de fijación de acelerómetros

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El keyphasor es un sensor óptico utilizado para obtener una señal de referencia por revolución del eje, el cual es requerido para medir el ángulo de fase entre la marca de referencia que gira a las RPM y una señal filtrada de vibración a la frecuencia de giro del eje.

KEYPHASOR



Es utilizada para medir la velocidad de giro del eje. Para medir las RPM del eje, la frecuencia de encendido de la luz se varía lentamente hasta llegar a sincronizar con las RPM y el eje se observará como si disminuyera la velocidad hasta quedar estacionario.

LUZ ESTROBOSCOPICA

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Selección de sensores

Fuerza> 60,000 CPMAceleración

Fatiga600-60,000 CPMVelocidad

Movimiento0-1200 CPMDesplazamiento

Par. FísicoRango Frec.Medición

RPM= Rev. Minuto10xRPMCojinetes

BP= Frec. Paso álabes= #ala.xRPM3xBPVentiladores

LF= Frec. Línea= 60 Hz3xLFMotores eléctricos

VP= Frec. Paso álabes= # ala.xRPM3xVPBombas

BPFI= Frec. Falla pista interna= 0,6xRPMx#rodillos10xBPFIRodamientos

GMF= Frecuencia falla engranaje= #dientesxRPM3xGMFEngranajes

RPM= Rev. Minuto10xRPMVibraciones de eje

Frecuencia máximaComponente

El sensor se debe seleccionar a partir de los máximas frecuencias asociadas a los equipos y fenómenos a medir.



Se debe seleccionar el sensor tal que las frecuencias de los componentes y las frecuencias de falla nunca coincidan con la frecuencia natural del acelerómetro.

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Ejercicios:

Seleccionar las medidas y el sensor para medición de vibraciones de un Dryer Roll de 300 RPM que utiliza rodamientos de 26 rodillos.

Seleccionar las medidas y el sensor para un motor de inducción de 200 HP, 1.800 RPM que utiliza rodamientos de 8 rodillos.

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