¿Qué es el monitoreo de vibraciones?

La vibración es el movimiento u oscilación en relación con un punto de referencia. La frecuencia de este movimiento se mide en hertzios (Hz). La vibración es una parte normal del funcionamiento de muchas máquinas, pero puede ser motivo de preocupación si supera los parámetros definidos. El monitoreo de vibraciones ayuda a los trabajadores a comprender cuándo una máquina necesita atención antes de que ocurra una falla. El mantenimiento predictivo puede prevenir reparaciones costosas, daños e incluso lesiones.

^{Figura 1: Sensor de vibración}

La siguiente lista describe varios tipos de sensores utilizados para monitorear la vibración:

• Acelerómetros: la vibración generalmente se mide con un acelerómetro, muchos de los cuales aprovechan el efecto piezoeléctrico para detectar vibraciones. El efecto piezoeléctrico es un fenómeno en el que ciertos tipos de cristales generan un voltaje en respuesta a una fuerza. El voltaje es proporcional a la fuerza aplicada, lo que permite al acelerómetro medir la vibración con precisión.
• Puntas de pruebas de proximidad: una punta de pruebas de proximidad mide la distancia a un objetivo y se utiliza a menudo para medir el desplazamiento de componentes rotativos de maquinaria. Las puntas de pruebas de proximidad pueden ser particularmente útiles cuando los rodamientos de película fluida flexibles o las carcasas pesadas bloquean las vibraciones necesarias para el funcionamiento eficaz de los acelerómetros.
• Sensores de velocidad: también conocidos como transductores de velocidad, estos dispositivos funcionan de manera similar a los acelerómetros pero cuentan con un circuito integrador que convierte la aceleración en velocidad. Los sensores de velocidad se utilizan frecuentemente para monitorear vibraciones de baja frecuencia donde otros dispositivos podrían ser susceptibles a ruido o distorsión.

^{Figura 2: Proceso de monitoreo de vibración inalámbrico}

Cada componente de una máquina tiene una firma única de vibración durante el funcionamiento normal. Las desviaciones de esta referencia, como un aumento en la amplitud, cambios en la frecuencia o patrones irregulares, pueden señalar signos tempranos de falla. Los sistemas de monitoreo de vibraciones combinan sensores, hardware de adquisición de datos (DAQ) y software de análisis para detectar estos cambios en tiempo real, permitiendo el mantenimiento predictivo antes de que ocurran fallas críticas. No solo existen diferentes tipos de sensores, sino también diversas configuraciones que permiten la recopilación y análisis de datos de vibración, incluyendo la siguiente lista de algunas opciones comunes.

• Monitoreo inalámbrico de vibraciones: sensores colocados en el equipo transmiten información a un dispositivo de adquisición de datos conectado a una computadora para su análisis. Los sensores inalámbricos de vibración se pueden instalar en áreas de difícil acceso o peligrosas sin preocuparse por pasar cables a través de la máquina o enviar a un técnico para realizar lecturas manuales cuando el equipo está en funcionamiento. Además, los sensores pueden trasladarse sin necesidad de remover o recolocar cables. Sin embargo, existen posibles desventajas en este enfoque, como la seguridad de datos inalámbricos y las limitaciones del alcance de la señal.
• Monitoreo de vibraciones por cable: los sensores de vibración están conectados a un dispositivo de adquisición de datos y a una computadora mediante cables. Los datos son menos susceptibles a interferencias o interceptaciones que en una configuración inalámbrica, y los sensores cableados ofrecen lecturas en tiempo real. Por otro lado, la instalación puede ser complicada y los cables pueden sufrir daños físicos. La reubicación de sensores a otras ubicaciones requiere la extracción y reinstalación de cables.

Tanto los métodos de monitoreo de vibraciones inalámbricos como cableados son ejemplos de monitoreo en línea, donde los datos se recopilan de forma continua.

• Monitoreo de vibraciones fuera de línea: un técnico con un sensor portátil mide los niveles de vibración en cada componente. Aunque este es un enfoque flexible para el monitoreo de vibraciones, es periódico en lugar de continuo y puede poner en riesgo a la persona cerca de maquinaria en funcionamiento.

El análisis de vibraciones se refiere a la revisión de los datos del sensor mediante software especializado. Existen varios métodos para analizar señales, incluyendo transformada rápida de Fourier (FFT), análisis de orden, análisis tiempo-frecuencia, análisis de envolvente y análisis de onda corta. Estos métodos pueden combinarse para ofrecer un análisis más completo. Las señales potenciales de problemas pueden marcarse para revisión humana. Los sistemas de monitoreo de vibraciones también pueden configurarse para actuar automáticamente, como apagar una máquina si la situación es lo suficientemente grave. 

El monitoreo de vibraciones se utiliza en equipos de muchas industrias, incluyendo automotriz, aeroespacial y energética. Probablemente encontrará sensores de monitoreo de vibraciones en los siguientes lugares:

• Ejes giratorios
• Motores
• Turbinas de gas
• Compresores alternativos
• Bombas
• Rodamientos
• Ventiladores
• Motores

El monitoreo de vibraciones es una parte importante del diseño y la prueba de nuevos componentes. Por ejemplo, los ingenieros necesitan confirmar que las piezas de cohetes o motores a reacción funcionan de forma segura cuando se someten a las fuerzas y condiciones extremas que enfrentarán en el mundo real.

El monitoreo de vibraciones ofrece los siguientes beneficios potenciales:

• Reducción del tiempo de inactividad no planificado
• Disminuir los costos de mantenimiento predictivo
• Mantener a las personas fuera de peligro
• Aumentar la vida útil de la maquinaria
• Optimizar los programas de mantenimiento
• Mejorar la confiabilidad de la máquina
• Aumentar la eficiencia

El hardware de sonido y vibración NI se conecta con acelerómetros para adquirir señales de vibración para monitoreo de condición de máquinas y aplicaciones de ruido, vibración y dureza (NVH). Nuestra oferta va más allá del DAQ e incluye software; el NI LabVIEW Sound and Vibration Toolkit permite el análisis de vibraciones dentro de un programa potente y ampliamente utilizado.

Las soluciones de NI para monitoreo de vibraciones ofrecen varias ventajas sobre otros enfoques:

• Nuestra amplia experiencia en mediciones en diversas aplicaciones significa que las mediciones que realice con equipos NI son de mayor calidad que el hardware diseñado específicamente para el monitoreo de la condición. Los productos NI son más precisos, cuentan con temporización más estable y ofrecen mediciones más confiables.
• Las plataformas NI se basan en un concepto modular, por lo que los sistemas son más eficientes de diseñar y más fáciles de mantener durante toda la vida útil de la aplicación. A diferencia de los sistemas de personalidad fija, puede ampliar fácilmente los sistemas agregando módulos para obtener nuevos canales o mediciones.
• Los sistemas NI de alta velocidad pueden capturar todos los datos, no solo ráfagas periódicas. Esto significa que puede registrar eventos que otros sistemas podrían pasar por alto.