ÍNDICE
Si pretendemos utilizar directamente la salida de un acelerómetro piezoeléctrico, reduciremos su sensibilidad en gran medida —incluso con cargas con una impedancia relativamente alta— y limitaremos su respuesta de frecuencia. Para minimizar estos efectos, la señal de salida del acelerómetro debe hacerse pasar por un preamplificador, que la convierte en una señal con una impedancia mucho más baja, apta para las entradas (de impedancia relativamente baja) de los instrumentos de medida y análisis (1).
Los acelerómetros CCLD ya llevan el preamplificador incorporado, por lo que no requieren una unidad externa, sino una entrada capaz de proporcionar un suministro eléctrico al acelerómetro. Hoy en día, son muy habituales. Además de esta conversión de impedancia, la mayoría de los preamplificadores hacen otras labores de acondicionamiento de la señal.
Por ejemplo:
(2) Aplican una ganancia variable calibrada, para amplificar la señal hasta un nivel adaptado a la entrada de otros instrumentos;
(3) Hacen un ajuste de ganancia secundario para "normalizar" las sensibilidades de transductores difíciles;
(4) Incorporan integradores que convierten la salida proporcional de aceleración de un acelerómetro en señales de velocidad o desplazamiento;
(5) Llevan distintos filtros que limitan la respuesta a las frecuencias más altas y más bajas, con el fin de evitar interferencias de ruido eléctrico, o para suprimir señales que quedan fuera de la parte lineal del rango de frecuencia del acelerómetro.
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(6) También suelen incluir otras funciones, como un indicador de saturación, un oscilador de referencia y un indicador del estado de la batería;
Instrumentos de medida
En general, el instrumento de medida más cómodo y económico para monitorizar máquinas y llevar a cabo tareas sencillas de evaluación de vibraciones es un vibrómetro o analizador portátil de uso general.
Existen instrumentos muy sencillos que solo dan resultados simples, como el valor total entre 10 y 1000 Hz. Sin embargo, con las técnicas digitales modernas, se ha reducido el coste de añadir funciones extra, de modo que ahora la opción natural es un analizador con uno o dos canales, potente capacidad de análisis y conexión a un PC. Incluso ofrecen la posibilidad de instalar nuevo software.
Para tareas más complejas, lo mejor en términos de comodidad de manejo y velocidad de análisis es un analizador en tiempo real, que sea capaz de evaluar casi instantáneamente y en paralelo un gran número de bandas de frecuencia, y de presentarlas en una gráfica que se actualice continuamente.
Existen sistemas de más de 1000 canales, que se utilizan para grandes estructuras.
Las medidas de vibraciones individuales en una banda amplia de frecuencias son un indicador muy práctico y rápido. Por ejemplo, se pueden utilizar para evaluar el estado general de una máquina o la eficacia de un sistema de aislamiento de vibraciones.
En este caso, para saber si el nivel que medimos es "bueno" o "malo", es preciso compararlo con otras medidas anteriores (o posteriores) o con criterios de gravedad publicados. En el diagrama siguiente se muestra un ejemplo de esto último, extraído de estándares y recomendaciones para valorar la gravedad de las vibraciones de la maquinaria rotativa. (ISO 20816-1)
Los análisis en frecuencia resultan útiles con fines de diagnóstico, por ejemplo durante el desarrollo de productos. Algunos componentes de frecuencia del espectro de frecuencias de vibración guardan una relación directa con funciones de fuerza específicas; por ejemplo, velocidades de rotación de un eje, frecuencias de engranado de los dientes de un engranaje, etc.
Casi siempre podremos encontrar en el espectro otros componentes de frecuencia significativos que también guarden relación con movimientos fundamentales. Normalmente, lo más significativo son los armónicos, que son múltiplos de una de las frecuencias fundamentales. Los armónicos suelen aparecer por la distorsión de las frecuencias fundamentales o porque el movimiento periódico original no es puramente sinusoidal. Si coinciden con las frecuencias de resonancia de otros elementos de la máquina, pueden producirse niveles de vibración considerables, que pueden traducirse en fuentes de ruido importantes o transmitir fuerzas elevadas a otros componentes de la máquina.
En el caso de las ruedas dentadas, las desviaciones en la forma de los dientes como resultado de la carga y el desgaste de los dientes pueden dar lugar a un componente de frecuencia asociado al engrane de los dientes, con sus correspondientes armónicos.
Además, a menudo se generan bandas laterales en torno a la frecuencia de engrane de los dientes y a sus armónicos, ocasionadas por variaciones periódicas debidas, por ejemplo, a excentricidad. Las primeras bandas laterales, una superior y otra inferior, aparecen a la frecuencia de engrane de los dientes (ft) más/menos la frecuencia de rotación del engranaje (fg). Las segundas bandas laterales aparecen a ft ± 2fg, y así sucesivamente. Puede aparecer un patrón similar alrededor de los armónicos del engrane de los dientes (es decir, 2ft ±fg, etc.)
A menudo no es posible modificar las frecuencias de fuerza (velocidades de los ejes, relaciones de transmisión, etc.), por lo que se debe recurrir a otros métodos para reducir los niveles de vibración indeseables. Una posibilidad es desintonizar el elemento de la máquina (o sea, alterar su frecuencia de resonancia) modificando su masa o su rigidez. También se puede atenuar la transmisión de las vibraciones insertando materiales de aislamiento o añadiendo materiales de amortiguación que reduzcan la amplitud de las vibraciones.
Las vibraciones como indicador del estado de una máquina
En general, las máquinas "avisan" antes de averiarse. Mucho antes de que se produzca un fallo grave, hay signos de que algo no está bien en la máquina. Casi siempre, los problemas de las máquinas llevan aparejado un aumento en sus niveles de vibración. Esta vibración se puede medir en alguna superficie exterior de la máquina y, lo más interesante, es que puede emplearse como indicador. La curva que se muestra a continuación, en forma de bañera, es un gráfico típico de la evolución del nivel de vibración frente al tiempo que ilustra este efecto. Con el mantenimiento preventivo normal, se hacen revisiones a intervalos fijos basados en la esperanza de vida mínima de las piezas de desgaste. Es posible retrasar esas revisiones hasta que los niveles de vibración lo aconsejan, pero antes de que llegue a producirse una avería. Con ello se evita desmontar la máquina de forma innecesaria (cosa que con frecuencia acarrea otros problemas) y se eliminan paradas en la producción.
Se ha demostrado que este mantenimiento de la maquinaria "según las condiciones" aporta ventajas económicas apreciables, ya que alarga el tiempo medio entre paradas y, al mismo tiempo, evita los problemas de las averías graves que sobrevienen por sorpresa durante el servicio. Estas técnicas están muy extendidas en la actualidad, sobre todo en las industrias de procesos continuos.
El nivel de vibración aceptable antes de revisar la máquina se determina a través de la experiencia. En la actualidad, existe un consenso general de que el "umbral de actuación" se encuentra entre dos y tres veces por encima del nivel de vibración que se considera normal (6-10 dB por encima de lo normal).
Ya hemos visto que un análisis en frecuencia de las señales de vibración permite localizar el origen de muchos de los componentes de frecuencia. Por tanto, el espectro de frecuencia de una máquina en condiciones normales de funcionamiento puede utilizarse como estado de referencia para esa máquina. Los análisis posteriores pueden compararse con ese estado de referencia. Así, no solo se detecta la necesidad de actuar, sino que también es posible diagnosticar el origen del problema.
A continuación se muestra una tabla de diagnosis, que ayuda aislar las causas del exceso de vibración, cuando se detectan niveles inaceptables mediante un análisis en frecuencia.
Tabla de resolución de problemas de vibración (A)
Tabla de resolución de problemas de vibración (B)
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BY BRÜEL & KJAER
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