Todo sobre sensores de vibración: Qué son, cómo funcionan, tipos y beneficios 

En un mundo donde la eficiencia operativa y la seguridad son pilares fundamentales para el éxito de cualquier empresa industrial, la tecnología de monitoreo de vibraciones se posiciona como un componente esencial.

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Los sensores de vibración, una herramienta clave en este ámbito, ofrecen una ventana al funcionamiento interno de los equipos, permitiendo detectar anomalías antes de que se conviertan en problemas mayores. Esta introducción se adentra en el universo de los sensores de vibración, explorando su relevancia estratégica para la industria moderna, cómo funcionan y su rol indispensable en prevenir el tiempo de inactividad no planificado y asegurar la continuidad operacional. 

¿Qué son los sensores de vibración?

Es un instrumento diseñado para evaluar la intensidad y la periodicidad de las vibraciones presentes en una instalación, maquinaria o componente específico. Estos datos recogidos permiten identificar irregularidades o fallos potenciales dentro del elemento analizado, facilitando la prevención de futuros desperfectos.

Además, estos sensores son cruciales para el mantenimiento predictivo, una práctica que se apoya en el monitoreo constante del estado de los equipos para realizar intervenciones de mantenimiento. Los sensores de vibración pueden estar basados en diversas tecnologías, incluyendo piezoeléctricos, capacitivos, y electromagnéticos, cada uno adecuado para diferentes tipos de aplicaciones y rangos de medición. 

¿Qué es un sensor de vibración inalámbrico?

Este facilita la transmisión de información a sistemas basados en la tecnología del Internet de las Cosas (IoT), permitiendo su colocación directa en el equipo a monitorear sin necesidad de conexiones físicas. Este tipo de sensor recopila y envía información sobre las vibraciones a intervalos regulares, en lugar de proporcionar un flujo constante de datos como lo harían los sistemas de monitoreo de vibraciones en tiempo real. Ofrecen la ventaja de realizar mediciones eficientes y exactas, eliminando la necesidad de monitoreo manual o sistemas en línea que demandan un alto esfuerzo de seguimiento.

¿Cómo funcionan los sensores de vibración?

El primer paso en la evaluación de los equipos es la fase de transducción. Durante esta etapa, los sensores de vibración convierten fenómenos físicos, como la vibración mecánica, en señales eléctricas que son proporcionales a la magnitud que se está midiendo. Estas señales pueden representar diversos aspectos mecánicos como desplazamientos, velocidades, aceleraciones, ruido o presión.

En algunos casos, las señales obtenidas de los sensores requieren un tratamiento adicional antes de ser analizadas. Esto nos lleva a la segunda etapa, el acondicionamiento de la señal eléctrica, donde la señal puede necesitar ser amplificada para asegurar una potencia adecuada para el funcionamiento de los instrumentos de medición, o ajustar la impedancia, demodular la señal, entre otros procesos necesarios.

La tercera fase es el procesamiento de la señal, donde esta se puede evaluar en diferentes formas: mediante la medición de su valor máximo, de pico a pico, o RMS; analizando la forma de la onda a través del tiempo con un osciloscopio; o estudiando el espectro de frecuencias utilizando un analizador de vibraciones.

Finalmente, la etapa de registro consiste en la visualización y documentación de los resultados obtenidos después de que la señal ha sido adecuadamente acondicionada y procesada. Los datos procesados se pueden mostrar y registrar a través de computadoras, impresoras o plotters, facilitando la interpretación y el análisis posterior por parte de los especialistas en mantenimiento.

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Conozca el sensor de inclinación y vibración

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¿Por qué integrar sensores de vibración industriales?

La integración de sensores de vibración en los protocolos de mantenimiento industrial representa un paso esencial hacia la eficiencia operativa y la reducción de imprevistos, a pesar de que inicialmente puede percibirse como un desafío. La implementación de estos dispositivos simplifica significativamente el proceso de detección de anomalías vibratorias en los equipos. Una vez instalados, los sensores empiezan a transmitir datos críticos, proporcionando una base sólida para decisiones estratégicas basadas en evidencia.

La adopción de sensores de vibración inalámbricos dentro de los programas de mantenimiento mejora la accesibilidad a los datos, tanto a nivel local como global, gracias a la utilización de plataformas de software en la nube. Estas herramientas no solo almacenan la información relevante, sino que también facilitan su análisis, entregando insights accionables respecto al estado de los activos. Esta metodología de detección de vibraciones se convierte en un enfoque rentable para el monitoreo de un espectro más amplio de activos, automatizando la recopilación de datos y promoviendo un enfoque proactivo en el mantenimiento predictivo.

Cabe destacar que una amplia mayoría, cercana al 90%, de la maquinaria industrial se beneficia directamente del monitoreo de su condición. Al integrar sensores en sus esquemas de mantenimiento y fiabilidad, los responsables de la gestión de activos adquieren una comprensión profunda y precisa sobre el estado operativo y la eficiencia de sus equipos, permitiendo una planificación y ejecución de mantenimiento más efectiva y basada en el conocimiento actualizado de las condiciones del equipo.

¿Cuáles son los beneficios de usar sensores de vibración?

• Pueden identificar anomalías y cambios sutiles en las vibraciones de la maquinaria, lo que permite detectar fallos potenciales antes de que se conviertan en problemas mayores. Esto ayuda a evitar paradas no programadas y extiende la vida útil de los equipos.
• Al monitorear continuamente el estado de la maquinaria, los sensores de vibración posibilitan la transición de un mantenimiento preventivo a uno predictivo. Esto significa que las tareas de mantenimiento se pueden programar en el momento óptimo, basándose en las condiciones reales del equipo y no en un cronograma fijo.
• Significa una reducción considerable en los costos de mantenimiento y reparación. Al prevenir fallas y optimizar el calendario de mantenimiento, las empresas pueden ahorrar en reparaciones costosas y tiempos de inactividad.
• Mejora la seguridad general en el lugar de trabajo al reducir el riesgo de accidentes asociados a fallos de equipo.
• Mantener los equipos funcionando dentro de parámetros operativos óptimos no solo prolonga su vida útil, sino que también asegura que operen con la máxima eficiencia. Esto se traduce en un mejor rendimiento general y en una optimización de los procesos de producción.
• Los datos recogidos por los sensores de vibración pueden utilizarse para realizar análisis de tendencias, ayudando a prever futuras condiciones de fallo y a entender mejor las causas subyacentes de los problemas operativos.
• Ofrecen capacidades inalámbricas y pueden integrarse fácilmente en sistemas existentes para permitir el monitoreo remoto. Esto facilita la supervisión de equipos en ubicaciones difíciles o peligrosas sin necesidad de inspecciones físicas constantes.

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Tipos de sensores de vibración

• Galgas extensométricas

Las galgas extensométricas representan una categoría de sensores de vibración diseñados para evaluar las fluctuaciones en la tensión de los materiales mediante su aplicación directa sobre la superficie de los equipos bajo monitoreo. Estos dispositivos constan de una película delgada dotada de una malla conductora de electricidad. Cuando esta malla experimenta estiramientos o compresiones se produce un cambio en su resistencia eléctrica. Dicho cambio, al ser medido, permite calcular la vibración del objeto al interpretar las variaciones en la resistencia, ya que afectan el tiempo que la corriente eléctrica requiere para atravesar la malla.

Para asegurar su eficacia, es crucial que las galgas extensométricas estén firmemente fijadas a la superficie del objeto, lo cual puede implicar un proceso de instalación meticuloso. Este método ofrece una herramienta precisa para la medición de vibraciones en múltiples aplicaciones, destacándose por su capacidad de traducir modificaciones mecánicas en señales eléctricas interpretables.

• Acelerómetros

Los acelerómetros son los sensores de vibración más utilizados en la industria, especializados en la detección de variaciones en la velocidad de los componentes a los cuales están unidos. Estos dispositivos son capaces de convertir cualquier movimiento vibratorio en una señal eléctrica que, una vez interpretada, facilita la obtención de datos precisos sobre la vibración.

Entre los diferentes tipos de acelerómetros, los modelos piezoeléctricos sobresalen por su eficiencia en emitir señales claras y robustas a través de una amplia gama de frecuencias. No obstante, los acelerómetros piezorresistivos están ganando terreno, ofreciendo un desempeño superior en el extremo de las escalas de frecuencia, tanto altas como bajas. A pesar de su creciente popularidad, el principal desafío para su adopción masiva radica en su costo, que puede ser hasta cinco veces mayor en comparación con sus contrapartes piezoeléctricas, limitando su uso a aplicaciones donde los beneficios justifiquen la inversión inicial más alta.

• Corrientes de Foucault

Estos sensores operan como dispositivos de detección sin contacto que generan campos magnéticos para evaluar el movimiento relativo de objetos específicos. Al permanecer estáticos, estos sensores captan las vibraciones de los objetos a través de variaciones en el campo magnético generado. Esta tecnología comparte principios con los sensores de desplazamiento capacitivos, aunque estos últimos emplean campos eléctricos en lugar de magnéticos para sus mediciones.

La particularidad de los sensores basados en corrientes de Foucault es su capacidad para medir el movimiento en relación con la posición fija del sensor, requiriendo que estén adecuadamente anclados durante su uso. Su diseño no intrusivo, que prescinde de la necesidad de contacto físico con el objeto de estudio, los convierte en herramientas valiosas para monitorizar equipos o estructuras delicadas, facilitando la recopilación de datos de vibración sin comprometer la integridad del activo bajo análisis.

• Desplazamiento láser

Estos representan otra categoría de dispositivos de detección sin contacto, diferenciándose por emplear tecnología láser para sus mediciones en lugar de campos magnéticos o eléctricos. Estos sensores operan mediante la proyección de un rayo láser hacia el objeto de estudio, el cual se refleja hacia un receptor óptico a través de una lente. Los movimientos o variaciones en la posición del objeto provocan que el punto de reflexión del láser incida en diferentes áreas del receptor, permitiendo así determinar con precisión los cambios en su ubicación.

Esta metodología, basada en la triangulación láser, facilita una medición altamente precisa de las vibraciones y desplazamientos, sin requerir contacto directo con el objeto analizado. Esta característica los hace especialmente útiles en situaciones donde el contacto físico podría alterar las propiedades o el estado del objeto, ofreciendo una solución eficaz para la monitorización detallada de la vibración en una amplia variedad de aplicaciones industriales y de investigación.

• Giroscopios

Este tipo de sensores se especializan en la medición de la velocidad angular, es decir, cuán rápidamente un objeto realiza un movimiento rotatorio. Estos dispositivos utilizan la tecnología de sistemas microelectromecánicos (MEMS) para ofrecer lecturas precisas de la rotación del objeto en grados por segundo.

Dentro del contexto del monitoreo de vibraciones, los giroscopios no suelen emplearse de manera aislada. Por el contrario, se integran como herramientas complementarias a los datos proporcionados por acelerómetros, añadiendo una dimensión adicional de análisis mediante el registro de la orientación. Esta sinergia permite una comprensión más completa de la dinámica de vibración de los objetos, combinando la detección de cambios lineales y angulares para una evaluación más exhaustiva.

• Sensores de micrófono

Conocidos también como sensores de presión acústica, actúan captando las vibraciones a través de las ondas sonoras que generan, incluidas aquellas que se encuentran fuera del espectro audible para el ser humano. Estos dispositivos pueden revelar alteraciones en las vibraciones de alta frecuencia que de otro modo pasarían desapercibidas para los operadores de maquinaria.

Si bien los sensores de micrófono son altamente accesibles desde el punto de vista económico, ofreciendo una solución de bajo costo para la detección de vibraciones, es importante reconocer que la profundidad y el detalle de la información que proporcionan son relativamente limitados. A pesar de esta limitación, su capacidad para detectar cambios sutiles en el ambiente acústico los convierte en una herramienta valiosa para una primera aproximación en la identificación de problemas potenciales en maquinarias y estructuras.

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Tipos de máquinas que utilizan detección de vibraciones

• Bombas de agua

En las bombas de agua, los sensores de vibración se instalan típicamente en puntos críticos del ensamblaje del motor y cerca de los rodamientos. Esto permite monitorear cualquier desbalance, desalineación, o desgaste que pueda afectar la operación de la bomba, ayudando a prevenir fallos que podrían interrumpir el suministro de agua.

• Motores,  cajas de cambios y correas

Los motores y cajas de cambios se benefician del monitoreo de vibraciones para detectar desequilibrios, desalineaciones, desgaste en los engranajes o problemas en las correas. Colocando sensores en puntos estratégicos, es posible obtener una visión detallada del estado mecánico del equipo, lo que facilita la planificación del mantenimiento preventivo antes de que los problemas se agraven.

• Ventiladores y compresores

En ventiladores y compresores, la vibración puede indicar una variedad de problemas, desde un desbalance de las aspas hasta fallas en los rodamientos o problemas de lubricación. Los sensores de vibración se colocan cerca de los rodamientos y en los ejes para monitorear estas condiciones, asegurando así la operación eficiente y reduciendo el riesgo de fallos.

• Turbinas de viento

Las turbinas de viento operan en entornos altamente variables y están sujetas a cargas dinámicas que pueden causar fatiga y desgaste. La detección de vibraciones mediante sensores colocados en el eje, rodamientos, y caja de engranajes permite identificar problemas potenciales antes de que resulten en una avería costosa o en una reducción significativa de la eficiencia de generación de energía.

• Rodamientos

Los rodamientos son elementos críticos en casi todos los tipos de maquinaria rotativa. La detección de vibraciones se utiliza para identificar problemas como el desgaste prematuro, la lubricación inadecuada, o el daño en los elementos rodantes. Los sensores de vibración se montan cerca de los rodamientos o directamente sobre ellos para proporcionar una evaluación precisa de su estado y prevenir fallos.

La implementación de sensores de vibración en estas máquinas no solo ayuda a mantener la maquinaria en condiciones óptimas de funcionamiento, sino que también contribuye a una mayor seguridad operacional, reducción de costos de mantenimiento, y mejora en la eficiencia general del proceso o del sistema en el que se encuentran integrados.

¿Qué industrias utilizan sensores de vibración?

• Manufactura y producción: En sectores como la automoción, electrónica y fabricación de maquinaria pesada, los sensores de vibración ayudan a mantener las líneas de producción funcionando sin problemas y eficientemente, al detectar precozmente los fallos en los equipos.
• Energía: Las plantas de energía, incluidas las de energía renovable como la eólica y solar, utilizan sensores de vibración para monitorear y mantener sus equipos críticos, como turbinas, generadores y paneles solares, asegurando así una operación óptima y reduciendo los tiempos de inactividad.
• Petróleo y gas: Esta industria depende de sensores de vibración para el mantenimiento predictivo de sus plataformas de perforación, refinerías y redes de oleoductos y gasoductos, donde la detección temprana de anomalías es crucial para prevenir derrames o fallos catastróficos.
• Aeroespacial: En la aviación y la exploración espacial, donde la fiabilidad es crítica, los sensores de vibración juegan un papel vital en el monitoreo de la salud estructural de aeronaves y vehículos espaciales, asegurando su seguridad y funcionamiento óptimo.
• Transporte y logística: Desde el monitoreo de la condición de trenes y barcos hasta la supervisión de vehículos de carga pesada, los sensores de vibración ayudan a garantizar la seguridad y eficiencia de diversas formas de transporte.
• Infraestructura y construcción: Los sensores de vibración se utilizan para supervisar la salud estructural de puentes, edificios y otras estructuras críticas, ayudando a prevenir fallos y colapsos.
• Minería: En la minería, estos sensores son esenciales para el monitoreo de maquinaria pesada y equipos de procesamiento, permitiendo operaciones más seguras y eficientes.
• Generación de energía eólica: Se utilizan para monitorear las turbinas eólicas, detectando fallos en los rodamientos, cajas de engranajes y otros componentes críticos para prevenir paradas y optimizar la producción de energía.
• Cuidado de la Salud: Aunque no es tan evidente, la industria del cuidado de la salud utiliza sensores de vibración en equipos de diagnóstico y en la monitorización de la infraestructura hospitalaria, garantizando el funcionamiento adecuado de equipos médicos esenciales.

¿Cómo se monta el acelerómetro?

Las máquinas que incluyen componentes rotativos, son fundamentales en numerosas aplicaciones industriales. Estos mecanismos rotativos suelen apoyarse en cojinetes para sostener el peso de las partes móviles y las fuerzas derivadas de su movimiento y vibración. Dado que los cojinetes soportan cargas considerables, frecuentemente son los primeros en mostrar signos de desgaste o daño.

Por ello, la medición de las vibraciones se realiza comúnmente en los cojinetes o en sus inmediaciones, utilizando acelerómetros montados directamente sobre ellos o cerca. La fiabilidad de estas mediciones es crítica, ya que de ellas depende la evaluación precisa del estado de la máquina, lo cual tiene implicaciones directas en la economía y seguridad operacional.

Para asegurar mediciones precisas y realizar el montaje de los acelerómetros de manera segura, se deben seguir varias recomendaciones:

• Instalar el acelerómetro tan cerca del cojinete como sea posible.
• Garantizar que el acelerómetro esté asegurado firmemente en su lugar.
• Verificar que el acelerómetro esté orientado de manera adecuada para capturar las vibraciones correctamente.
• Mantener la consistencia al usar el mismo acelerómetro en la misma ubicación para futuras mediciones.
• Asegurar que el acelerómetro esté montado en un punto que sea sólido y estable.
• Realizar un mantenimiento adecuado del acelerómetro para preservar su funcionalidad y precisión.
• Priorizar la seguridad personal al momento de instalar y manejar el acelerómetro.