TIPOS DE SENSORES PARA SISMOS
Qué es un sensor sísmico
Los transductores o sensores son los elementos que se colocan en el punto que se va a medir y se utilizan para recoger datos que se conectan a dispositivos que pueden ser de diferentes tipos, como si se dispone de dispositivos portátiles con las calizas, sólo se pueden medir los niveles de vibración total, y los dispositivos de recogida y análisis con los que se pueden recoger datos, se pueden analizar los datos con espectros FFT y también se pueden conectar a un software que permita analizarlos en un ordenador personal, o además, los transductores se pueden conectar de forma permanente y los datos se envían continuamente a un centro de control informatizado para su monitorización constante.Tipos de mediciones de vibración
Las vibraciones que son absorbidas en relación con un eje y su cojinete pueden
- Vibración de apoyo absoluta.
- Vibración absoluta del eje.
- Vibración relativa de la onda.
En los dos primeros casos la medición se hace ya sea del soporte (rodamiento) o del propio eje en relación con el suelo, que se considera estático, y en el tercer caso se tiene en cuenta el desplazamiento o la vibración del eje en relación con su propio soporte. Cabe señalar que este último método es básicamente aplicable a los cojinetes lisos, ya que en el caso de los rodamientos el juego entre el eje y el rodamiento es casi cero.
Tipos de transductores (sensores)
Los sensores pueden dividirse básicamente en sensores relativos y sensores sísmicos. Los sensores relativos son sensores de desplazamiento sin contacto y los sensores sísmicos son los que miden las vibraciones absolutas. Tenemos sensores de velocidad y acelerómetros o sensores piezoeléctricos.
Sensores para medir la vibración relativa del eje (sensores sin contacto)
Los sensores para medir la vibración relativa de los ejes de una máquina en funcionamiento deben cumplir algunos requisitos especiales, ya que deben medir los movimientos de la superficie del eje de rotación. Estos requisitos son:
- Medición sin contacto del valor de la vibración.
- No ser influenciado por el petróleo u otros medios entre el sensor y la superficie de medición.
- Gran rango de medición lineal con alta resolución.
- Fácil instalación, ajuste y calibración.
De los tipos de sensores disponibles y posibles (capacitivos, inductivos, de corrientes de Foucault o de corrientes de Foucault), el tipo de corriente de Foucault es el más utilizado en todo el mundo debido a sus características.
Método de corrientes de Foucault
El método de las corrientes de Foucault se basa en el principio de que el campo magnético generado en una bobina por una corriente alterna induce corrientes de Foucault en cualquier material conductor en las proximidades de la bobina. Estas corrientes de remolino hacen que el campo magnético extraiga energía de la bobina.
Este drenaje de energía es mayor cuando el material conductor es más denso o cuando una parte mayor del campo magnético actúa sobre el material acercándose a la bobina. Este efecto se manifiesta como una pérdida en la amplitud del voltaje del convertidor (oscilador). Una vez rectificada y procesada la señal, el efecto se convierte en una señal de medición normalizada y proporcional a la distancia entre la bobina y el material conductor (normalmente del orden de 8 mV/mm).
Ventajas: puede utilizarse con cualquier material conductor, no se ve afectado por un material dieléctrico como el aceite o el agua en la cámara de aire; la sustitución del sensor es posible sin necesidad de recalibración; y la influencia del magnetismo residual es mínima.
Desventajas: Las medidas pueden ser alteradas por una estructura no homogénea del material del eje. Esto se llama "runout".
Características: Las propiedades mecánicas y eléctricas de los electrodos de corrientes de Foucault se describen en detalle en la norma API 670 (8). Por lo tanto, esta norma se utiliza internacionalmente para evaluar las mediciones de este tipo. En la norma Din 45 670 (9) figuran otros requisitos.
Hoy en día, se puede distinguir entre dos tipos constructivos de sensores de corrientes de Foucault:
La cadena de medición con componentes discretos consiste en el sensor con cable integrado, un cable de extensión y un convertidor (oscilador).
Sensores de velocidad de vibración electrodinámica
Los sensores de velocidad de vibración funcionan según el principio electrodinámico. Una bobina está suspendida sin fricción por dos resortes de disco, que junto con la bobina forman un sistema resorte-masa. Al estar suspendido en un campo magnético permanente, el voltaje generado es proporcional a la velocidad de vibración.
Cuando el acelerómetro se mueve en dirección ascendente/ descendente, la fuerza necesaria para mover la masa sísmica es soportada por el elemento activo. Según la segunda ley de Newton, esta fuerza es proporcional a la aceleración de la masa. La fuerza que actúa sobre el cristal produce la señal de salida, que es por lo tanto proporcional a la aceleración del transductor. Los acelerómetros son lineales en la dirección de la amplitud, lo que significa que tienen un rango dinámico muy amplio. Los valores de aceleración más bajos que puede detectar están determinados sólo por el ruido electrónico de la electrónica, y el límite de los valores más altos es la destrucción del propio elemento piezoeléctrico. Este rango de valores de aceleración puede cubrir un rango de amplitudes de unos 10, correspondientes a 160 dB. Ningún otro transductor puede igualar esto.
El acelerómetro piezoeléctrico es muy estable durante largos períodos de tiempo. Mantendrá su calibración si no se usa mal. Un acelerómetro puede ser dañado de dos maneras: por el calor excesivo y por caer sobre una superficie dura. Si caes desde una altura de más de unos pocos metros, sobre un suelo de hormigón o sobre una carcasa de acero, el acelerómetro debe ser recalibrado para asegurar que el cristal no se rompa. Una pequeña grieta reducirá la sensibilidad y también afectará significativamente la resonancia y la respuesta de frecuencia. Es una buena idea calibrar los acelerómetros una vez al año cuando se utilizan registradores de datos portátiles.
El rango de frecuencias del acelerómetro es muy amplio, desde frecuencias muy bajas en algunas unidades hasta varias decenas de kilohercios. La respuesta de alta frecuencia está limitada por la resonancia de la masa sísmica junto con la elasticidad del elemento piezoeléctrico. Esta resonancia produce un pico significativo en la respuesta de frecuencia natural del transductor, típicamente a unos 30 kHz para los acelerómetros de uso común. Una regla general es que un acelerómetro puede utilizarse a aproximadamente 1/3 de su frecuencia natural. Los datos por encima de esta frecuencia se acentuarán debido a la respuesta de resonancia, pero pueden utilizarse si se tiene en cuenta este efecto.
Las ventajas:
- Construcción robusta.
- Insensible a los campos magnéticos.
- No unidireccional.
- Dimensiones reducidas.
- Carcasa de acero inoxidable herméticamente sellada.
Desventajas:
- El sensor pasivo, requiere energía externa para funcionar.
- Baja sensibilidad a bajas frecuencias.
