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12
MARCO TEORICO
El marco teórico ayuda a precisar y organizar los elementos
contenidos en la descripción del problema, donde se aprecia la
fundamentación teórica, la revisión de la literatura, las definiciones
de términos básicos y variables de estudio.
1. FUNDAMENTACION TEORICA.
En este punto de la investigación se fundamentan las
variables generador de señales electrónicas, monitores de vibración
Bently Nevada y Microcontroladores para la comprensión del
problema.
2. GENERADORES DE SEÑALES ELECTRÓNICAS.
Un generador de señales electrónicas ó eléctricas, se define
como todo aparato ó dispositivo que en forma estática o dinámica
suministra energía eléctrica, obtenida siempre por transformación
de otro tipo de energía, se puede decir que un generador de
13
señales electrónicas es un instrumento electrónico que genera una
o más señales eléctricas (señales senoidales, ondas cuadradas, de
diente de sierra), cuyas características pueden regularse y
controlarse de tal manera que puedan suministrar tensiones de
amplitud, frecuencia y forma de onda conocidas. (Contreras A.,
1980, p.129).
Un generador de señales electrónicas, está integrado por
circuitos osciladores capaces de producir una o varias formas de
onda, cuya frecuencia y amplitud pueden controlarse por medio de
un mando exterior, siendo este mando digital o analógico. (ver
figura 1).
FIGURA 1.GENERADOR DE SEÑALES.(Alta Fidelidad #46,1980,p.129).
Gómez L. (1980, p.118), señala que un oscilador es, “Un
dispositivo que alimentado por una fuente de corriente continua
14
genera una corriente alterna de amplitud, frecuencia y fase
constantes”.
Es decir, un oscilador es todo dispositivo o circuito que al ser
alimentado por una tensión continua, proporciona a la salida una
señal periódica. Existen diferentes tipos de generadores de señales
electrónicas, los cuales difieren por su forma de onda generada y la
manera de controlar su amplitud, frecuencia y fase.
En primer lugar se tiene los generadores de señales
electrónicas de onda senoidal, el cual es un tipo de generador
que contiene un oscilador interno capaz de proporcionar una onda
de la forma igual a la ecuación 1.
Donde :
Am = Amplitud máxima.
Sen = Seno
f = frecuencia.
π = 3,14159265359
ECUACION 1. FUNCION SENOIDAL (FINOL H. & VILCHEZ A. 2000)
Y = Am.Sen(2.ππ.f)
15
La ecuación 1, se considera como la onda fundamental o
pura, graficando la ecuación 1 se obtiene la forma de la onda,
observándose en la figura 2 su estructura senoidal.
FIGURA 2.ONDA SENOIDAL.(FINOL H. & VILCHEZ A.,2000).
El generador de señales electrónicas esta integrado
básicamente por bobinas, condensadores y dispositivos activos,
formando un circuito tanque, hasta llegar a los circuitos con
cristales piezoeléctricos, los cuales están fabricados por materiales
de cuarzo que al ser excitados con una fuente de tensión continua,
producen ciertas vibraciones de manera constante, obteniéndose
223
2f
Y
16
con esto un circuito oscilador. Entre los osciladores de señales
senoidales se tiene el oscilador COLPITTS, como puede verse en la
figura 3, éste se caracteriza por sus dos condensadores, los cuales
actúan como divisores de tensión capacitivo, los condensadores C1,
C2 y la bobina L , formando el circuito tanque.
El principio de funcionamiento del circuito tanque está basado
en el fenómeno de oscilaciones amortiguadas, donde el
condensador a través de la bobina, se descarga y se carga con
tensión inversa por efecto de la inducción de la bobina; estas
cargas y descargas continuas del condensador son las que producen
las oscilaciones.
Los condensadores C1 y C2 se cargan y se descargan
continuamente en forma consecutiva sobre la bobina L, y
realimentado en forma positiva por el condensador Cc, RE con R1 y
R2 ajustan el punto de funcionamiento Q, con lo cual se obtiene un
amplificador de pequeña ganancia para aumentar la amplitud de las
oscilaciones del circuito tanque, con CE y CC se establece el rango
de frecuencia mínima de trabajo, de esta forma se amplifican las
oscilaciones y se mantiene una frecuencia constante, de onda
senoidal a la salida de Vo, con amplitud Am y frecuencia f.
(Louis&Robert, 1987, p.807).
17
La frecuencia de oscilación viene dada por la ecuación 2.
Donde:
L.Ceq2.
1 =F
Ceq =C1.C2
C1 + C2
ECUACION 2. FRECUENCIA DEL OSCILADOR COLPITTS. (LOUIS&ROBERT, 1987, p.807)
Vcc
C1
RFC
VoL
C2R1
R2
RE CE
Ccadhgsdsdfsdsfdn
FIGURA 3.OSCILADOR COLPITTS RANSISTORIZADO.(Louis&Robert,1987,p.807)
Q1
18
Otro circuito muy utilizado, es el oscilador HARTLEY o bobina
dividida (ver figura 4), donde el circuito tanque lo forma el
condensador C y las bobinas L1 y L2, las bobinas del circuito
tanque son compartidas. (Louis&Robert,1987,p.809).
Trabajando bajo el efecto antirresonante, ocasionado por el
condensador CL el cual sirve de carga al circuito resonante formado
por el condensador C y las bobinas L1 y L2 .
FIGURA 4.OSCILADOR HARTLEY TRANSISTORIZADO.(Louis&Robert,1987,p.809).
Vcc
C
RFC
VoL2
R1
R2
RE CE
Cc
adhgsdsdfsdsfdn
L1
CL
CIRCUITO TANQUE
Q1
19
El condensador Cc tiene como función servir de
realimentación para mantener la fase y frecuencia constante, el
transistor Q1, elevar esta tensión de oscilación a un nivel más
aceptable para su posterior utilización, en los demás circuitos de
trabajo.
Existen circuitos osciladores de onda senoidal, que no
utilizan bobina para generar las oscilaciones senoidales; como es el
caso del oscilador RC o corrimiento de fase (ver figura 5). En
términos generales, se requiere de una realimentación positiva
donde la señal es enviada de regreso en fase para mantener la
frecuencia de trabajo y la fase constante.
FIGURA 5.OSCILADOR DE CORRIMIENTO DE FASE.(Belove Ch.,1986,p.670)
R1
R2
RE CE
Cc
VccR1
RC
C C C
R R RF
RE
20
La etapa emisor común de la figura 5, proporciona una
inversión de fase de 180º entre la señal de entrada en su base y la
señal de salida en su colector, pero la red formada por tres etapas
de condensadores y resistencias produce un defasamiento o
corrimiento RC que proporciona un corrimiento extra de 180º, lo
cual cumple la condición de realimentación positiva para la
oscilación. La frecuencia de oscilación viene dada por la ecuación 3.
En segundo lugar se tiene los generadores de señales
electrónicas no senoidales, que proporcionan ondas
triangulares o cuadradas.
Una onda triangular; es aquella que está formada por la
combinación de una onda fundamental con sus armónicos pares
e impares, (ver figura 6). Las variaciones lineales de la tensión con
F =2
C (6R + 4RcR)2
2
2
2 21
ECUACION 3. FRECUENCIA DEL OSCILADOR DE CORRIMIENTO DE FASE.
( BELOVE CH.,1986,p.670)
21
el tiempo, presentan dos rampas consecutivas, una creciente y la
otra decreciente, siendo ambas iguales en amplitud y período.
FIGURA 6. ONDA TRIANGULAR(GOMES L.,1980,P.117)
La mayoría de los osciladores activos emplean el principio
de relajación, este principio consiste en hacer que un
condensador se cargue muy lentamente, a través de una gran
resistencia, hasta una tensión determinada, y una vez alcanzada
ésta, dejar que se descargue rápidamente sobre una resistencia
muy pequeña, (ver figura 7); con esto se consigue realizar rampas
de tensión de diferentes períodos, también se obtiene un generador
de onda triangulares cuando se integra una onda cuadrada.
alo
alo
alo
alo
22
FIGURA 7.OSCILADOR DE ONDA TRIANGULAR.(Louis&Robert,1987,p.814).
La onda de salida triangular es obtenida por el punto Vo del
circuito de la figura 7, donde el condensador CT se carga a través
de la resistencia RT y la fuente de alimentación Vcc, cuando el
voltaje del condensador alcanza un valor de tensión capaz de
activar el transistor monounión, se produce una conducción del
Vcc
R1
B1
CT
RT
R2
B2
E
Vo
R1
R1
23
mismo por los puntos E-B1 descargando la tensión almacenada en
el condensador por la resistencia R1. Lo cual produce dos ciclos,
uno de carga por RT y otro de descarga por R1 del condensador CT,
con lo cual se obtiene una subida de la tensión y una baja de la
misma. La frecuencia del oscilador viene dada por la ecuación 4.
El otro generador no senoidal es el de ondas cuadradas,
muy utilizado en electrónica digital para proporcionar la señal de
reloj a los circuitos secuenciales. (Ver figura 8).
F=
1.5
RTCT2
1.5
1.5
ECUACION 4. FRECUENCIA DEL OSCILADOR DE ONDA TRIANGULAR.
(LOUIS&ROBERT,1987,P.814)
alo
alo
alo
alo
FIGURA 8. ONDA CUADRADA (GOMES LUIS,1980,P.116)
24
Para lograr una onda cuadrada perfecta, es necesario
combinar una onda fundamental con un gran número de
armónicos impares que están dispuestos según la relación de fase
determinada con respecto a la fundamental, (ver figura 8).
Estos generadores de señales cuadradas son osciladores
activos, cuyo funcionamiento está basado en el principio de
relajación, entre los cuales se tiene el multivibrador.
El multivibrador es fundamentalmente un amplificador de
dos pasos acoplados entre sí, de tal forma que la salida de cada
paso realimenta a la entrada del otro. En su circuito pueden
emplearse tubos de vacío, transistores o circuitos integrados, (ver
figura 9).
FIGURA 9.OSCILADOR DE ONDA CUADRADA.(Belove Ch.,1986,p.675)
R1
A1
C
R4
R3
R2DZ
A2
R4
R4
Vo Vo
Vo
25
El circuito de la figura 9, se conoce como multivibrador
estable o autónomo porque tiene dos estados cuasiestables, es
decir, la salida Vo permanece en un estado un tiempo T1 y después
cambia abruptamente al segundo estado por un tiempo T2, en
consecuencia, el período de la onda cuadrada es T = T1+T2.
El generador de onda cuadrada de la figura 9, tiene
excelentes aplicaciones de frecuencia fija ya que puede afinarse
variando R4 y C, los cuales son los causantes de la carga y
descarga del condensador.
La estabilidad de la frecuencia depende principalmente de la
capacitancia de C y los diodos zener DZ, para poder ampliar el
intervalo de frecuencia, se debe seleccionar con cuidado el
amplificador operacional A1.
Si la salida del amplificador operacional es constante y
simétrica cuando esté saturado, entonces se pueden omitir la
resistencia R1 y los diodos zener.
En general existen dos clase de generadores de señal
cuadrada, de funcionamiento continuo, que generan
continuamente una serie de ondas, también se llaman libres,
recurrentes o astables. Y de funcionamiento excitado, que
solamente generan la onda cuando se aplica al circuito una tensión
26
exterior de excitación o disparo, llamados también
monoestables.
Los multivibradores excitados pueden ser; biestables,
cuando tienen dos condiciones de funcionamiento estables y
necesitan de excitación para cambiar de una condición a la otra, y
multivibradores monoestables, cuando tienen una condición de
funcionamiento estable y una condición de funcionamiento
temporal; cuando son excitados por una señal, pasan de la
condición estable a la temporal y luego vuelven a la condición
estable por sí solos.
Con la llegada de los circuitos integrados aparece el
generador de ondas ICL8038, el cual es un circuito integrado
monolítico capaz de producir con alta precisión ondas senoidales,
cuadradas y triangulares con muy pocos componentes externos.
La salida es estable para un extenso margen de temperaturas
y variaciones de la tensión de alimentación.
El margen de frecuencia de funcionamiento varía desde 0.001
Hz a más de 300 KHZ, y se puede seleccionar exteriormente
mediante resistencias y condensadores, (ver figura 10).
Existen otros circuitos integrados que pueden producir
señales iguales al ICL8038, como el XR2206.
27
FIGURA 10.GENERADOR DE FUNCIONES.(Phillis ECG,1993,p.3-60).
El circuito de la figura 10, proporciona simultáneamente las
ondas senoidal, cuadrada y triangular, ya que tiene habilitada las
tres salidas, la simetría de todas las ondas se obtiene mediante el
ajuste de las resistencias de 4.7K de los pines 5 y 4, manteniendo
estas resistencias iguales se puede conseguir ondas con un 50% de
período positivo, para variar la frecuencia de salida, sólo es
necesario ajustar el potenciometro de 10K, conectada en el pin 8.
5 4 69
3
2121110
8 ICL 8038
+10 Vcc
1N457
4.7K
1K
4.7K15K
0.1uF
10KFRECUENCIA
20K 15M
0.0047uF
DISTORCION100K
-10 Vcc
+10 Vcc
+10 Vcc
+10 Vcc
28
Puede funcionar con una sola tensión de alimentación de
10Vcc a 30Vcc, o con doble tensión de alimentación ±15Vcc, los
valores medios de las ondas triangular y senoidal son exactamente
la mitad de la tensión de alimentación, mientras que las ondas
cuadradas alternan entre V+ y tierra.
Para modular la frecuencia de este circuito hay que actuar
sobre la tensión de corriente continua en el pin 8; cuando las
desviaciones son pequeñas, la señal de modulación puede aplicarse
directamente con un condensador de desacoplo, y desviaciones
grandes de FM o de barrido de frecuencia la señal de modulación
positiva y el pin 8. La variación de la frecuencia con la temperatura
es baja, del orden de 50 p.p.m ºC, y conectado a un circuito
seguidor de fase puede reducirse aún más.
3. MONITORES DE VIBRACION BENTLY NEVADA.
Son equipos electrónicos, cuya función es la de ser receptores
de las señales electrónicas de vibración, proveniente de los
acondicionadores de señales o proximitores, colocados en las
máquinas rotativas tales como; compresores, motores, bombas y
turbinas industriales.
29
Debido a lo complejo del termino vibración, es necesario
conocer aspectos matemáticos y físicos, que proporcionan la
base sólida para entender y comprender el concepto vibración y
sus características.
La vibración, es el movimiento oscilatorio o de vaivén de
una masa o máquina a partir de su punto de reposo; también se
puede decir, que es el movimiento de un cuerpo con respecto a su
posición de referencia, por lo tanto existe una fuerza de
excitación que causa este movimiento. Se destacan varios tipos de
señales de vibración, como son:
4 La amplitud o desplazamiento.
4 La velocidad.
4 La aceleración
* La amplitud o desplazamiento, se dice que existe una
vibración por amplitud o desplazamiento, cuando una partícula se
mueve a lo largo del eje X, presentando un movimiento armónico
simple cuando su desplazamiento X, desde la posición de equilibrio
varía en el tiempo de acuerdo a la ecuación 5.
X = A.Cos(wt +δ).
ECUACION 5. DESPLAZAMIENTO DE UNA PARTICULA (SERWAY R.,1980,p.334).
30
Donde :
X = desplazamiento.
A = amplitud.
w = velocidad angular (2π.F).
F = frecuencia.
t = tiempo
δ = ángulo de fase.
Graficando la ecuación 5, se obtiene una onda cosenoidal
equivalente a una onda senoidal retrasada 90º, (ver figura 11).
FIGURA 11. ONDA COSENOIDAL DE LA AMPLITUD( SERWAY R.,1980,p.334)
- A
- A w
X
t
T
31
La figura 11, muestra la amplitud máxima “A” y el período “T”
el cual sirve para encontrar la frecuencia de la señal de vibración,
con solo dividir uno entre el período, y con ello calcular la velocidad
angular.
El período T, es el tiempo que lleva a la partícula completar
un ciclo de su movimiento.
* La velocidad, depende de la rapidez de la amplitud y los
movimientos oscilatorios de la masa, por tal motivo bajo el principio
de las leyes físicas del movimiento, la velocidad de una partícula
que sigue un movimiento armónico simple, se obtiene derivando
con respecto al tiempo la ecuación 5, perteneciente a la amplitud o
desplazamiento, generando la ecuación 6.
El valor máximo de la amplitud esta dado por w.A y
graficando la ecuación 6, se obtiene una onda senoidal invertida
180º, (ver figura 12).
V = -w.A.Sen(wt +δ).
ECUACION 6.VELOCIDAD DE UNA PARTICULA(HOLLIDAY D.,1985,p.318).
32
* La aceleración, depende de los cambios bruscos de velocidad.
La cual se obtiene derivando la ecuación 6, con respecto al tiempo,
generando la ecuación 7 correspondiente a la aceleración.
El valor máximo de la amplitud esta dado por w²².A,
graficando la ecuación 7, se obtiene una onda cosenoidal invertida
180º, (ver figura 13).
d t
- w . A
d X
V E L O C I D A D w . A
a = -w².A.Cos(wt+δ).
ECUACION 7. ACELERACION DE UNA PARTICULA (HOLLIDAY
D.,1985,p.318)
dt
- w.A2
dv
w.A2
ACELERACION
FIGURA 12. ONDA SENOIDAL DE LA VELOCIDAD. (HOLLIDAY D.,1985,p.318)
32
33
Los monitores de vibración BENTLY NEVADA se presenta en
dos modelos, el analógico serie 7200 y el digital serie 3300,
encontrándose los siguientes monitores:
� Monitor de desplazamiento axial.
� Monitor de vibración radial.
� Monitor de vibración en función de la velocidad.
� Monitor de vibración en función de la aceleración.
� Tacómetro (indica las revoluciones por minuto de la
máquina para cuantificar su velocidad de giro).
3.1. DESCRICPCION DEL PANEL FRONTAL DE LOS
MONITORES DE VIBRACION.
Los monitores de vibración se han estandarizados en muchas
ALERTBA
BUFFERED TRANSDUCERS
GAP
BYPASS
A
DANGER
B
ALERT
DANGER
OK
34
de sus funciones e indicadores luminosos, por lo tanto es necesario
conocer la función de cada uno de sus led o indicadores luminosos y
pulsadores presentes en el panel frontal.(Ver figura 14).
$ Led de OK: permite supervisar la operatividad del
transductores de vibración, donde el monitor revisa el voltaje de
corriente directa de la salida del transductor, si se encuentra entre
el rango normal de funcionamiento, el led de color verde “OK”
encenderá, en caso de cortarse los cables, dañarse el sensor o
perder la señal de vibración, el led verde de OK se apagará y a la
vez se acciona un relé de OK que se encuentra detrás de la fuente
de alimentación principal, para dar a conocer una falla del sistema ó
si el monitor se encuentra funcionando correctamente.
$ Switch de GAP: el GAP (entrehierro), el sensor es medido
como un voltaje negativo, el cual es directamente proporcional a la
distancia que hay entre el sensor y el eje, este voltaje se puede
medir en el panel frontal del monitor presionando el switch de
GAP.
FIGURA 14. PANEL LUMINOSO E INTERRUPTORES DE LOS
MONTORES DE VIBRACION.(BENTLY NEVADA, 2000)
35
$ Switch de Alert y Danger: el monitor tiene dos niveles
de alarmas indicadas por dos leds de color rojo, estos niveles de
alarmas se visualizan en el panel frontal para cada canal al
presionar el switch de alert y danger, cuando el desplazamiento
supera estos niveles fijados se encenderá el led respectivo de alert
o danger, a la vez que el relé de alert o danger cambia de estado.
$ Led de Bypass: cada monitor tiene un switch detrás del
panel frontal con el cual se puede deshabilitar el cambio de
contacto del relé de danger, su utilidad es la de poder hacer
chequeos del monitor con la máquina en operación sin el peligro de
pararla. Se observa que fue activada la opción bypass cuando el led
de bypass éste encendido.
$ Salidas protegidas: en el panel frontal hay dos
conectores axiales que representan las señales de los transductores
canal A y canal B, en estos puntos se mide la señal de los
transductores, sin afectar la indicación del monitor. Estas salidas
sirven de buffer para evitar paros imprevistos. (Ver figura 15)
36
3.2. MONITOR DE DESPLAZAMIENTO AXIAL.
Son equipos electrónicos, cuya función es la de captar y
procesar, las señales electrónicas de vibración proveniente de los
transductores, ubicados en diferentes partes de la máquina
rotativa, para medir el desplazamiento axial (horizontal) del eje o
rotor, en los compresores, motores, bombas y turbinas industriales.
La posición axial es la distancia que existe entre la
superficie del rotor, hasta la superficie del sensor de proximidad
(entrehierro). (Ver figura 16).
ROTOR
CARCASA
SENSOR DE PROXIMIDAD
DISTANCIA
FIGURA 15. BUFFER DE LOS CANALES A Y B.(BENTLY NEVADA, 2000)
37
FIGURA 16.MEDICION DE DESPLAZAMIENTO AXIAL.(ROTOTEC, 1994,p.6).
El cambio de posición axial en los equipos rotativos, es
normalmente en una sola dirección, aunque, un mal funcionamiento
de operación, puede causar un movimiento en la dirección inversa,
por tal motivo los monitores de desplazamiento axial, cuentan con
una lectura o indicación por encima del cero y por debajo del
mismo, para identificar la dirección del desplazamiento del rotor.
Debido a la criticidad del proceso, es necesario conocer la
posición del rotor en cualquier momento, por tal motivo y para
mayor seguridad se utilizan dos sensores de proximidad. Los
monitores de vibración pueden ser de un canal cuando utilizan un
sensor de proximidad y de dos canales (monitor dual) cuando
utilizan dos sensores de proximidades.
A. DESCRIPCION DE LOS MONITORES DE DESPLAZAMIENTO
AXIAL.
Los modelos serie 3300 y serie 7200 de los monitores de
desplazamiento axial, trabajan bajo el principio físico del
38
movimiento armónico simple y una señal electrónica de corrientes
parásitas enviada por los proximitores o transductores de campo.
q El modelo digital serie 3300,(ver figura 17).
q El modelo analógico serie 7200,(ver figura 18).
Los monitores de desplazamiento axial toman la amplitud pico
a pico de la señal de vibración, las unidades de medición del
desplazamiento axial pueden venir en millonésima de pulgadas o
micrones, milésimas de pulgadas o milímetros siendo la más
común la milésima de pulgada.
ALERTA
BUFFERED TRANSDUCERS
GAP
BYPASS
A
DANGER
B
ALERT
DUAL THURST MONITOR
DANGER
OK
25
E15
025T
20
O
N4
D5
A 5
M10I
S 8
PS
0L
E
12
I 2015
S10/
L
16
20M
24 25
E15
25
20TO
N
D5
A5
10 MI
S
0 PS
L
E
I15
10 S/
L
20 M
3300/20
B
39
FIGURA 17. MONITOR AXIAL SERIE 3300(BENTLY NEVADA, 2000)
DANGER
ALERT BABYPASS
DANGER
OK
4
20
A
A
8
12
16
B
GAP
B
10
0
20
25
15
5
0
5
10
15
24 25
20
7200
ALERT
FIGURA 18. MONITOR AXIAL SERIE 7200(BENTLY NEVADA, 2000)
40
Un sistema básico de medición axial, que proteje contra roces
axiales entre el rotor y el estator, consiste de un monitor, sensor de
proximidad, proximitor (acondicionador de señal provenientes de
los sensores de proximidad) y cable extensión.
En algunos casos un monitor dual de posición axial es
recomendado, para dar completa confianza en las medidas, y evitar
paradas falsas o imprevistas debido a fallas en uno de sus
transductores.
B. CALIBRACION DE LOS MONITORES DE DESPLAZAMIENTO
AXIAL.
Todos los monitores son calibrados en la fábrica a las
especificaciones del cliente, pero es importante entender el proceso
de calibración en caso de que sean necesarios ajusten en el campo.
Para tal fin es necesario conocer el factor de escala de
calibración (pendiente de proporcionalidad mVcc/mils), o calibrar
los monitores a un factor de escala estándar de 200 mV/mils.,
factor que es indicado por los datos del fabricante en el proximitor
41
o transductor, debiendo ser éste valor igual al del sensor de
proximidad.
¤ MODELO serie 3300.
ä Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
utilizando la información técnica del fabricante. Con la
finalidad de percibir que los indicadores luminosos (leds)
estén funcionando correctamente.
ä Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
ä Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y deslícelo hacia la derecha.
ä Simular con el instrumento mecánico TK-3, la tensión de
entrehierro en el canal o los canales, para el ajuste de
cero.
ä Calibrar el nivel de cero en el canal o las canales a través
de sus ajustes respectivos, girando el potenciometro de
zero colocado en la tarjeta electrónica al lado del panel
frontal, mientras mide la tensión en los puntos TP39 para
el canal A y TP4 para el canal B con respecto a tierra
hasta que la indicación sea de 2,5 Vcc., indicando el
valor de cero vibración. (ver figura 19).
42
ä Calibración de máxima entrada de desplazamiento axial
al canal o los canales, donde se coloca el tornillo
micrométrico a un nivel de 75% de la escala del monitor
y se ajusta el potenciometro de gain, midiendo con un
voltímetro en los puntos TP39 canal A y TP4 canal B con
respecto a tierra hasta que la medida sea de 3,75 Vcc
respectivamente.
TP17
TP7TP41TP42
TP4
TP17
TP11
TP6
W18
TP13
TP14
W17
W14
W16
W19
W10TP19TP16TP5
TP18
W20
SW1
W15
R294
TP4
R295
R14
R6
TP40
CH
A
TP2
TP48
TP12
TP27TP9
TP10
TP25
TP43
TP44
SP
AR
E
W 8ABCDEF
ABCDEF
ABCDEF
ABCDEF
ABCDEF
ABCDEF
W11 W12
AB
ABC
W 7
W 9
W 2
W 5
AB
ABCD
W 1
J3
TP39
TP43
CH
B
43
ä No se deben realizar calibraciones con un 100% de la
señal de escala porque la respuesta del sensor de
vibración a un 100% de su desplazamiento axial es
saturada (no confiable).
ä Ajustar los niveles de alarma y pare (alert y danger), a
través de los ajustes respectivos. Para establecer los
niveles de advertencia y disparo por alta vibración en la
máquina rotativa.
¤ MODELO serie 7200.
ä Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
presionando el switch de test en el panel frontal de la
fuente de alimentación. Con la finalidad de percibir que
los indicadores luminosos (leds) estén funcionando
correctamente.
ä Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
ä Sacar el instrumento fuera de operación desconectando
la alimentación (voltaje), para ajustar el cero mecánico.
ä Ajuste el cero mecánico girando el tornillo del
galvanómetro ubicado en el visor de la escala.
44
ä Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y hale hacia delante.
ä Conectar la alimentación para ajustar el cero electrónico.
ä Simular con el instrumento mecánico TK-3, la tensión de
entrehierro en el canal o los canales.
ä Ajuste el potenciometro “Zero” y mida en los puntos
TP11 y TP10 hasta que la tensión sea de 5,00 Vcc. (Ver
figura 20).
GALVANOMETRO
ALERTB
DANGERB
DANGERA ALERT
ASPAN
BZERO
B
TP 11B
TP10A
AJUSTE DELMEDIDOR A
AJUSTE DELMEDIDOR B
FILTROPASA BANDA
ZEROA
SPANB
45
ä Calibración de máxima entrada de desplazamiento axial
al canal o los canales, colocar el tornillo micrométrico a
un nivel de 75% de la escala del monitor y ajustar el
potenciometro de span, midiendo con un voltímetro en
los puntos TP11 canal A y TP10 canal B, con respecto a
tierra hasta que la medida sea de 8,75 Vcc
respectivamente. No se deben realizar calibraciones con
un 100% de la señal de escala.
ä Programar o ajustar los niveles de alarma y pare (alert y
danger), a través de los ajustes respectivos. Para
establecer los niveles de advertencia y disparo por alta
vibración en la máquina rotativa.
3.3. MONITOR DE VIBRACION RADIAL.
La función primordial de este tipo de sistema es proveer
medición continua de la vibración radial del eje. Esta información
es una indicación directa de la condición de la máquina que provee
una advertencia de mal funcionamiento en su movimiento giratorio.
FIGURA 20. MONITOR AXIAL SERIE 7200(BENTLY NEVADA, 1986, p.18)
46
El movimiento radial; corresponde al desplazamiento del
eje en forma vertical, es decir, la distancia medida desde la
superficie del material del eje o rotor hasta la superficie del sensor
de proximidad, cuando éste se encuentra girando en el proceso, por
tal fin la vibración radial se dice que es un tipo de vibración en dos
planos, porque es necesario la obligatoriedad de utilizar dos
sensores de proximidad con un ángulo entre ellos de 90º y
colocados en forma vertical al eje del rotor, representando dos ejes
coordenados, llamado vertical y horizontal.
La tensión generada por los sucesivos acercamientos del eje
al sensor de proximidad generan una señal de corriente alterna con
las característica de una onda alterna ( amplitud y frecuencia).
Como el eje de cualquier máquina rotativa, debe permanecer
en forma horizontal por su momento de inercia al girar, existe
holguras necesarias para que el eje pueda girar sin rozar con la
superficie del estator y cojinetes, por lo cual esta holgura es medida
con los sensores de proximidad para definir, hacia cual lado se
desplaza el eje mientras se encuentra girando.
Este tipo de medición es importante ya que las máquinas
vibran en más de un plano, con lo cual aportan el conocimiento del
comportamiento de la máquina rotativa cuando se realizan pruebas
47
al vacío (sin producto en su interior) y el comportamiento durante
el proceso de producción, ver figura 21.
Los monitores de vibración radial trabajan bajo el mismo
principio físico y electrónico de la señal de proximidad, como los
proximitores de desplazamiento axial, ver figura 22. Los monitores
de vibración radial toman la amplitud pico a pico de la señal de
vibración en una corriente alterna, superpuesta a una tensión
directa que representa la distancia de entrehierro, necesaria para
su ajuste y calibración del sensor de proximidad, las unidades de
SENSOR
o90
DISTANCIA
ROTOR
SENSOR
CARCASA
FIGURA 21. DESPLAZAMIENTO RADIAL(ROTOTEC, 1994, p.6)
48
medición de la vibración radial pueden venir en millonésima de
pulgadas o micrones y milésimas de pulgadas, la más común es
la milésima de pulgada.
A. DESCRIPCION DE LOS MONITORES DE VIBRACION
RADIAL.
Los monitores de vibración radial poseen la misma indicación
luminosa que los monitores de vibración axial, siendo una manera
de estandarizar las luces de alertas y disparos, uniformándolos para
SENSOR
VIBRACION
ROTOR
CARCASA
FIGURA 22. DESPLAZAMIENTO RADIAL(ROTOTEC, 1994, p.5)
49
una mayor y mejor comprensión de la situación presente en la
máquina rotativa.
B. CALIBRACION DE LOS MONITORES DE VIBRACION
RADIAL.
Los monitores de vibración radial, no se les calibra el
cero electrónico, porque la característica de los mismos es que
midan la vibración, cuando la máquina se encuentra girando, por
tal motivo cuando la máquina rotativa está en posición de reposo,
no existe señal de vibración radial y el monitor la asume como cero.
Ô MODELO serie 3300.
H Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
utilizando la información técnica del fabricante. Con la
finalidad de percibir que los indicadores luminosos (leds)
estén funcionando correctamente.
H Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
H Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y deslícelo hacia la derecha.
50
H Simular con el instrumento mecánico TK-3, la tensión de
entrehierro, cuando el motor eléctrico del TK-3 este en
posición de reposo, en el canal o los canales.
H Calibrar la máxima entrada de vibración radial al canal o
los canales, donde se desliza el sensor de proximidad
sobre el plato giratorio cuando este se encuentre en
movimiento y se calcula la señal de entrada a los
monitores, multiplicando el valor de 70,71 mV (rms) por
el 75% de la escala del monitor de vibración radial.
H Con el valor calculado, se mide en la entrada del monitor
con un multímetro, la señal en voltios calculada y se
ajusta el potenciometro de gain, midiendo con un
voltímetro en los puntos TP39 canal A y TP40 canal B con
respecto a tierra hasta que la medida sea de 3,75 Vcc
respectivamente. (Ver figura 24).
H No se deben realizar calibraciones con un 100%.
H Programar o ajustar los niveles de alarma y pare (alert y
danger), a través de los ajustes respectivos. Para
establecer los niveles de advertencia y disparo por alta
vibración en la máquina rotativa.
Ô MODELO serie 7200.
51
@ Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
presionando el switch de test en el panel frontal de la
fuente de alimentación. Con la finalidad de percibir que los
indicadores luminosos (leds) estén funcionando
correctamente.
@ Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
@ Sacar el instrumento fuera de operación desconectando la
alimentación (voltaje), para ajustar el cero mecánico.
@ Ajuste el cero mecánico girando el tornillo del
galvanómetro ubicado en el visor de la escala.
@ Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y hale hacia delante.
@ Simular con el instrumento mecánico TK-3 en su plato
giratorio, la tensión de entrehierro en el canal o los
canales, cuando el motor se encuentra en posición de
reposo.
@ Calibrar la máxima entrada de vibración radial al canal o
los canales, donde se desliza el sensor de proximidad
sobre el plato giratorio cuando este se encuentre en
movimiento y se calcula la señal de entrada a los
52
monitores, multiplicando el valor de 70,71 mV (rms) por
el 75% de la escala del monitor de vibración radial.
@ Con el valor calculado, mida en la entrada del monitor con
un multímetro digital la señal en voltios calculada y ajuste
el potenciometro de gain.
@ Mida con un voltímetro en los puntos TP3 canal A y TP4
canal B con respecto a tierra hasta que la medida sea de
7,5 Vcc respectivamente. No se deben realizar
calibraciones con un 100% de la señal, por efectos del
comportamiento de los potenciometros a máxima señal.
(Ver figura 25).
@ Programar o ajustar los niveles de alarma y pare (alert y
danger), a través de los ajustes respectivos. Para
establecer los niveles de advertencia y disparo por alta
vibración en la máquina rotativa.
53
3.4. MONITOR DE VIBRACIÓN EN FUNCION DE LA
VELOCIDAD.
El monitor de vibración en función de la velocidad, tiene la
misión de cuantificar e indicar la señal de vibración de la carcasa
en los compresores, motores, bombas y turbinas, aunque su
GALVANOMETRO
ALERTB
DANGERB
DANGERA ALERT
AGAIN
BGAIN
A
TP 3B
TP4A
AJUSTE DELMEDIDOR A
AJUSTE DELMEDIDOR B
FILTROPASA BANDA
FIGURA 25. MONITOR RADIAL SERIE 7200(BENTLY NEVADA, 1986,
p.26)
54
aplicación se ve más a las cajas de engranajes, en los
acoplamientos de reducción o elevación de la velocidad.
El transductor de velocidad proporciona una medición sísmica
(valor absoluta o relativa al espacio libre), directamente en
unidades de velocidad u opcionalmente, por medio del monitor en
función de la velocidad se puede representar en unidades de
desplazamiento, estas mediciones le permiten evaluar la condición
general de ciertos tipos de máquinas rotativas y alternativas.
Los problemas de vibración de las máquinas rotativas se
originan comúnmente en el rotor, por ejemplo desequilibrios,
desalineamientos, roces, etc. Sin embargo en algunas máquinas, la
vibración del eje se transmite totalmente a la caja del cojinete, en
estos casos, las mediciones sísmicas de la caja del cojinete
proporcionan una información significativa sobre la condición
general de la máquina, ver figura 26.
SENSOR
ROTOR
SISMICO
CARCASA
VIBRACION
FIGURA 26. VIBRACON EN FUNCION DE LA VELOCIDAD. (ROTOTEC,
1994, p.5)
55
En la mayoría de las máquinas rotativas, la vibración puede
medirse mejor con sensores de proximidad, como en los monitores
de desplazamiento radial y axial para la observación del eje, pero la
instalación de los sensores de proximidad podría ser imposible o
poco práctica debido a diversas razones (limitaciones de la
instalación, factores ambientales, espacio físico, etc.), como es el
caso de las turbinas de avión, también llamados mototurbinas. (Ver
figura 27).
Para estos tipos de máquinas donde no se puede instalar los
sensores de proximidad, si la vibración del eje transmitida a la
carcasa del cojinete es suficiente, la vibración de la máquina puede
medirse adecuadamente con sensores sísmicos de vibración en
función de la velocidad.
FIGURA 27. TURBINA DE AVION. (SCHINAIA C., 1982, p.95)
56
Se debe tener cuidado con la instalación física del transductor
de velocidad en la carcasa del cojinete o de la máquina, una
instalación incorrecta puede dar como resultado una disminución de
la amplitud y respuesta en frecuencia y/o generación de señales
falsas que no representan la vibración de dicha máquina en
particular.
Los monitores de vibración en función de la velocidad utilizan
sensores que trabajan bajo el mismo principio físico de la ley de
Hooke, y electrónico sobre la fuerza electromotriz inducida.
Los monitores de vibración en función de la velocidad toman
la amplitud pico de la señal de vibración en una corriente alterna,
superpuesta a una tensión directa.
La tensión directa no representa la distancia de entrehierro,
ya que estos sensores son enroscados a la carcasa, las unidades de
medición de la vibración en función de la velocidad pueden venir en
pulgadas/segundo ó milímetro/segundo, la más común es
pulgadas/segundo.
Es de carácter obligatorio, no provocar movimientos bruscos a
los sensores de vibración en función de la velocidad. Ya que puede
ocasionar daños a la masa sísmica del sensor, produciendo señales
falsas o en caso extremo ninguna señal.
57
A. DESCRIPCION DEL MONITOR DE VIBRACIÓN EN FUNCION
DE LA VELOCIDAD.
Debido a estandarización en las señalizaciones el
monitor de vibración en función de la velocidad de la serie 3300 y
7200 poseen la misma indicación luminosa, sin el interruptor de
GAP.
B. CALIBRACION DE LOS MONITORES DE VIBRACION EN
FUNCION DE LA VELOCIDAD.
Los monitores de vibración en función de la velocidad, no se
le calibra el zero electrónico, puesto que son colocados en la
carcasa, ellos carecen de señal de entrehierro o GAP, pero se puede
FIGURA 28. PANEL LUMINOSO E INTERRUPTORES(BENTLY NEVADA, 2000)
58
apreciar una tensión directa del orden de seis a siete voltios de
corriente continua. Se debe conocer de antemano las siguientes
características de operación de la máquina rotativa:
** Velocidad de trabajo (R.P.M).
** Posee filtro el monitor y cual es su frecuencia de paso.
** Valor de la sensibilidad del sensor sísmico.
Ô MODELO serie 3300.
Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
utilizando la información técnica del fabricante. Con la
finalidad de percibir que los indicadores luminosos (leds)
estén funcionando correctamente.
Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y deslícelo hacia la derecha.
Colocar el sensor sísmico sobre la mesa vibratoria y
ajustar todos los parámetros concernientes a las
características de la máquina rotativa, como es la
frecuencia de trabajo y los cálculos necesarios para
realizar las diferentes conversiones de desplazamiento
radial a vibración en función de la velocidad, con la
59
finalidad de realizar los ajustes de máxima entrada de
vibración en función a la velocidad.
Calibración de máxima entrada de vibración en función de
la velocidad a los canales, donde se calcula la señal de
entrada a los monitores, midiendo con un voltímetro la
señal de salida del proximitor equivalente a la señal de
vibración en función de la velocidad o realizar las
conversiones de vibración en función de la velocidad a
tensión de corriente alterna en r.m.s.
Incrementándose la amplitud de la señal en el generador
de funciones, habiendo calculado la señal máxima de 75%,
ajuste el potenciometro de gain, midiendo con un
voltímetro en los puntos TP22 canal A y TP21 canal B con
respecto a tierra hasta que la medida sea de 5 Vcc. (Ver
figura 29).
Programar o ajustar los niveles de alarma y pare (alert y
danger), a través de los ajustes respectivos.
Establecer los niveles de advertencia y disparo por alta
vibración en la máquina rotativa, según la data de la
máquina rotativa, elaborada por el personal de mecánica
en el proceso de análisis rotativo.
60
Ô MODELO serie 7200.
] Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
presionando el switch de test en el panel frontal de la
fuente de alimentación. Con la finalidad de percibir que los
indicadores luminosos (leds) estén funcionando
correctamente.
] Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
] Sacar el instrumento fuera de operación desconectando la
alimentación (voltaje), para ajustar el cero mecánico.
] Ajuste el cero mecánico girando el tornillo del
galvanómetro ubicado en el visor de la escala.
] Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y hale hacia delante.
] Colocar el sensor sísmico sobre la mesa vibratoria y
ajustar todos los parámetros concernientes a las
características de la máquina rotatoria, como es la
frecuencia de trabajo y los cálculos necesarios para realizar
61
las diferentes conversiones de desplazamiento radial a
vibración en función de la velocidad, con la finalidad de
realizar los ajustes de máxima entrada de vibración en
función a la velocidad.
] Calibración de máxima entrada de vibración en función de
la velocidad a los canales, donde se calcula la señal de
entrada a los monitores, midiendo con un voltímetro la
señal de salida del proximitor equivalente a la señal de
vibración en función de la velocidad o realizar las
conversiones de vibración en función de la velocidad a
tensión de corriente alterna en r.m.s. (Ver figura 30).
Incrementándose la amplitud de la señal en el generador
de funciones, habiendo calculado la señal máxima de 75%,
ajuste el potenciometro de gain, midiendo con un
voltímetro en los puntos TP11 canal A y TP10 canal B con
respecto a tierra hasta que la medida sea de 7,5 Vcc., o en
su equivalente de corriente en miliamperios (16 mA).
62
] Programar o ajustar los niveles de alarma y pare (alert y
danger), a través de los ajustes respectivos. Para
establecer los niveles de advertencia y disparo por alta
vibración en la máquina rotativa.
3.5. MONITOR DE VIBRACIÓN EN FUNCIÓN DE LA
GALVANOMETRO
ALERTB
DANGERB
DANGERA ALERT
A
GAINB
GAINA
TP 11B
TP10A
AJUSTE DELMEDIDOR A
AJUSTE DEL
MEDIDOR B
FIGURA 30. MONITOR DE VELOCIDAD SERIE 7200(BENTLY NEVADA, 1986, p.36)
63
ACELERACIÓN.
Las mediciones de la vibración de alta frecuencia del paso del
alabe de la turbina, cajas de engranajes, cojinetes de rodamientos
y otros movimientos estructurales, pueden realizarse con el sistema
transductor de aceleración, los más adecuado para las vibraciones
de alta frecuencia en las carcasas de las máquinas o cojinetes.
En ciertas ocasiones es útil para evaluar la condición general
mecánica de las máquinas.
El sistema transductor de aceleración es fácil de instalar si se
siguen las consideraciones de montaje correctas, el transductor se
monta en la caja de la máquina o cuando es posible en la carcasa
del cojinete, ver instalación figura 31.
El sistema transductor de aceleración consta de un
acelerómetro, un cable de interconexión y un módulo de interface.
SENSOR
ROTOR
SISMICO
VIBRACION
CARCASA
64
El módulo interface proporciona una corriente constante al
acelerómetro y también amplifica la señal proveniente del
acelerómetro, teniendo una sensibilidad de respuesta de 100 mV/g
o 100 mV/G’s. Donde g = G’s = 9,8 m/seg².
Siendo un G’s el equivalente a la aceleración de la gravedad
en la tierra, la señal de salida del módulo interface es de un voltaje
pico equivalente a la aceleración percibida por el acelerómetro.
El cable de extensión no interfiere en el nivel de la señal
emitida por el sensor de aceleración.
A. DESCRIPCION DEL MONITOR DE VIBRACIÓN EN FUNCION
DE LA ACELERACION.
Es de carácter obligatorio, no provocar movimientos bruscos a
los acelerómetros y mucho menos que reciban golpes de cualquier
magnitud, porque pueden ocasionar daños irreparables al sensor.
Debido a estandarización en las señalizaciones el monitor de
vibración en función de la aceleración de la serie 3300 y 7200
poseen la misma indicación luminosa como los monitores de
65
velocidad.
B. CALIBRACION DE LOS MONITORES DE VIBRACION EN
FUNCION DE LA ACELERACION.
Los monitores de vibración en función de la aceleración, no se
le calibra el zero electrónico, puesto que son colocados en la
carcasa, ellos carecen de señal de entrehierro o GAP. Se debe
conocer de antemano las siguientes características de operación de
la máquina rotativa:
** Velocidad de trabajo (R.P.M) de la máquina rotativa.
** Posee filtro el monitor y cual es la frecuencia de giro.
** Valor de la sensibilidad del sensor sísmico.
Ô MODELO serie 3300.
: Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
utilizando la información técnica del fabricante. Con la
finalidad de percibir que los indicadores luminosos (leds)
estén funcionando correctamente.
FIGURA 32. PANEL LUMINOSO E INTERRUPTORES(BENTLY NEVADA,
2000)
66
: Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
: Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y deslícelo hacia la derecha.
: Colocar el sensor sísmico sobre la mesa vibratoria y
ajustar todos los parámetros concernientes a las
características de la máquina rotatoria, como es la
frecuencia de trabajo y los cálculos necesarios para
realizar las diferentes conversiones de desplazamiento
radial a vibración en función de la aceleración, con la
finalidad de realizar los ajustes de máxima entrada de
vibración en función a la velocidad.
: Calibración de máxima entrada de vibración en función
de la aceleración a los canales, donde se calcula la señal
de entrada a los monitores, midiendo con un voltímetro
la señal de salida del proximitor equivalente a la señal de
vibración en función de la aceleración o realizar las
conversiones de vibración en función de la aceleración a
tensión de corriente alterna en r.m.s.
67
: Incrementándose la amplitud de la señal en el generador
de funciones, habiendo calculado la señal máxima de
75%, ajuste el potenciometro de gain, midiendo con un
voltímetro en los puntos TP39 canal A y TP4 canal B con
respecto a tierra hasta que la medida sea de 5 Vcc. (Ver
figura 33).
: Programar o ajustar los niveles de alarma y pare (alert y
danger), a través de los ajustes respectivos.
: Para establecer los niveles de advertencia y disparo por
alta vibración en la máquina rotativa, es necesario la data
de la máquina rotativa, realizada por el personal de
mecánica.
Ô MODELO serie 7200.
v Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
presionando el switch de test en el panel frontal de la
fuente de alimentación. Con la finalidad de percibir que los
indicadores luminosos (leds) estén funcionando
correctamente.
v Observe y anote la escala del monitor y su unidad de
medida. Para establecer el 75% de la escala de medición.
68
Sacar el instrumento fuera de operación desconectando la
alimentación (voltaje), para ajustar el cero mecánico.
v Ajuste el cero mecánico girando el tornillo del
galvanómetro ubicado en el visor de la escala.
v Extraiga los dos tornillos superior e inferior que sujetan el
panel frontal con el chasis y hale hacia delante.
v Colocar el sensor sísmico sobre la mesa vibratoria y
ajustar todos los parámetros concernientes a las
características de la máquina rotatoria, como es la
frecuencia de trabajo y los cálculos necesarios para realizar
las diferentes conversiones de desplazamiento radial a
vibración en función de la velocidad, con la finalidad de
realizar los ajustes de máxima entrada de vibración en
función a la velocidad.
v Calibración de máxima entrada de vibración en función de
la velocidad a los canales, donde se calcula la señal de
entrada a los monitores, midiendo con un voltímetro la
señal de salida del proximitor equivalente a la señal de
vibración en función de la velocidad o realizar las
conversiones de vibración en función de la velocidad a
tensión de corriente alterna en r.m.s.
69
v Incrementándose la amplitud de la señal en el generador
de funciones, habiendo calculado la señal máxima de 75%,
ajuste el potenciometro de gain, midiendo con un
voltímetro en los puntos TP9 canal A y TP10 canal B con
respecto a tierra hasta que la medida sea de 7,5 Vcc.. (Ver
figura34).
GALVANOMETRO
ALERTB
DANGERB
DANGERA ALERT
A
GAINB
GAINA
TP 9B
TP10A
AJUSTE DEL
MEDIDOR A
AJUSTE DEL
MEDIDOR B
FIGURA 34. MONITOR DE ACELERACION SERIE 7200(BENTLY NEVADA,
1994, p.56)
70
v Programar o ajustar los niveles de alarma y pare (alert y
danger), a través de los ajustes respectivos. Para
establecer los niveles de advertencia y disparo por alta
vibración en la máquina rotativa.
3.6. TACÓMETRO.
Es un instrumento cuya función principal es la de indicar las
revoluciones por minuto (R.P.M.), a la que gira el rotor de la
máquina en supervisión, debido a la importancia que tiene el
conocer la velocidad de giro del rotor, porque a través de las r.p.m.
se extraen datos, como la frecuencia a la que gira el motor para
poder realizar los análisis predictivos con respecto a los niveles de
vibración, con lo que se establece filtros en los diferentes monitores
para medir la vibración producida por el rotor a esta velocidad
evitando que señales falsas puedan introducirse con facilidad a los
transductores.
Al mismo tiempo poseen un sistema de alerta y paro, para
evitar que la máquina rotativa pueda llegar a velocidades que
representen peligro al equipo y al personal que labora en la planta,
evitando con ello llegar a la frecuencia natural de la estructura
71
mecánica, para evitar que entre en resonancia estructural donde los
daños serían irreparables.
Los tacómetros son monitores de indicación por dígitos
arábigos (en forma decimal), los modelos de la serie 3300 y 7200
utilizan sensores de proximidad de desplazamiento llamados
KEYPHASOR, donde tienen como función principal captar la señal del
paso de una mueca o ranura, ubicada en el rotor, por tal sentido es
colocada en forma vertical u horizontal, ver figura 35.
FIGURA 35. REVOLUCIONES POR MINUTO. (ROTOTEC, 1994, p.8)
- SEÑAL
ENTREHIERRO
SENSOR
0
ROTOR
- SEÑAL
ENTREHIERRO
0
SENSOR
72
La ranura produce un pulso de tensión cada vez que es
detectada por el sensor de proximidad, en tal sentido, la señal
generada por esta medición es parecida a una onda triangular
rectificada en media onda o una onda cuadrada con un tiempo en
nivel alto de poca duración, superpuesta a un voltaje de
entrehierro, característica de los sensores de proximidad.
Debido a su sistema de paro por efecto de la elevada
velocidad, también es posible detener el proceso por muy baja
velocidad, con el fin de evitar que el proceso continúe generando un
producto de baja calidad, que no cumpla con los requisitos mínimos
del mercado.
Los tacómetros utilizan una ranura para producir el pulso la
ecuación 8, indica como calcular las revoluciones por minutos
conociendo la frecuencia.
Donde:
F = frecuencia en hertz.
R.P.M. = 60VF
ECUACION 8. REVOLUCIONES POR MINUTO. (ROTOTEC, 1994, p.8)
73
A. DESCRIPCION DE LOS TACOMETROS.
Los modelos de tacómetros de la BENTLY NEVADA tienen
señales de indicación que se generalizan en la serie 3300 y 7200,
igual a los monitores de desplazamiento con la diferencia que la
alert es la alert1 y el danger es la alert2..
B. CALIBRACION DE LOS TACOMETROS.
Los tacómetros, ya vienen ajustados y calibrados desde la
fábrica de procedencia, por lo general no se calibran ya que por su
electrónica sólo cuantifican la cantidad de pulsos recibidos, para
indicarlos como revoluciones por minuto, poseen un voltaje de
entrehierro o GAP, por trabajar con sensores de proximidad.
En tal sentido la verificación de su correcto funcionamiento es
en ambos series es la misma. Lo único que se debe conocer es lo
siguiente:
** Velocidad de trabajo (R.P.M) de la máquina rotativa.
** Velocidad de giro que producen alertas o disparos.
74
** Valor del voltaje de entrehierro, utilizado en el montaje de
los sensores de proximidad (sensibilidad).
r Realizar el test, accionando el self-test (auto prueba),
utilizando la información técnica del fabricante. Con la
finalidad de percibir que los indicadores luminosos (leds)
estén funcionando correctamente.
r Observe y anote la máxima escala de revoluciones por
minuto del monitor.
r Colocar el sensor de proximidad sobre el TK-3, donde ésta
el plato giratorio, en la posición horizontal y ajustar el
voltaje de entrehierro, cuando el sensor este viendo el
plato giratorio, en el lugar donde no se encuentra el
agujero o perforación.
r Hacer girar el plato y medir con un frecuencímetro
(medidor de frecuencia) el valor en hertz de la frecuencia
de giro y realizando los cálculos por la ecuación 8,
verifique las revoluciones calculas con las medidas.
r Realizando el paso anterior regule la velocidad de giro
hasta que se encienda los leds de alert1 y alert2, para
comprobar los puntos de disparo.
75
3.7. SENSORES O TRANSDUCTORES DE VIBRACION.
A. SENSOR DE DESPLAZAMIENTO O PROXIMIDAD.
El sistema transductor de proximidad es un sistema no
contactante (no hace contacto físico) de medición de distancia. El
sistema transductor de proximidad mide distancias estáticas (fijas)
y dinámicas (cambiante), donde la posición axial es un ejemplo de
una variable estática y la vibración radial y las revoluciones por
minutos es un ejemplo de variable cambiante.
Con la variable física de vibración se utilizan mediciones
directas e indirectas para cuantificar el grado de desplazamiento del
rotor, donde el sensor de proximidad está conformado por:
** La probeta Eddy.
** El cable extensión, y.
** El proximitor.
El transductor de desplazamiento opera en el principio de
corriente parásita, el proximitor genera una señal de radio
frecuencia a través del cable de extensión y el cable del sensor,
esta llega a la punta del sensor donde irradia un campo
electromagnético al área circundante (alrededor), ver figura 36.
76
Cuando el campo electromagnético es interceptado por
cualquier material conductivo, una pequeña corriente empieza a
circular en la superficie del material conductor, esta corriente
inducida es llamada corriente parásita.
Al aproximarse la superficie conductiva a la punta del sensor,
aumenta la magnitud de la corriente inducida, este aumento causa
una pérdida en la fuerza de la señal de retorno, esta pérdida es
detectada por la sección demoduladora del proximitor y convertida
en un voltaje negativo de salida lineal y proporcional.
LINEAS DE FLUJOMAGNETICO
CARCASA
ROTOR
SENSOR
FIGURA 36. CORRIENTE PARASITA GENERADA POR LA PROBETA EDDY.
(ROTOTEC,1994 ,p.10).
77
El sistema de medición por proximidad tiene una respuesta
de frecuencia de 0Hz a 10Khz (600.000,00 RPM), donde el 0Hz
representa la condición estática y los 10Khz representa la
restricción de uso en máquinas que lleguen a 600.000,00 RPM.
El rango lineal del sistema transductor es típicamente de
20 milésimas a 80 milésimas de entrehierro, esto proporciona 60
milésimas de rango lineal disponible.
El factor de escala es el cambio incremental de voltaje por
cada cambio incremental de entrehierro, la mayoría de los
sistemas de medición por proximidad usan el estándar industrial de
200 milivoltios por milésimas, esto significa que un cambio de
entrehierro de una milésima de pulgada (0,001”) resulta en un
cambio de voltaje de salida de 200 milivoltios.
El factor de escala y el rango lineal depende de componentes
compatibles con el sistema transductor y con el material observado.
Todos los transductores estándar, son calibrados usando
como objeto observado el acero 4140, si la superficie observada
está compuesta de un material distinto, el proximitor debe ser
recalibrado a este nuevo material. El sistema de proximidad sólo
mide distancias a una superficie conductiva, su operación no es
afectada por materiales no conductivos como aceite, gas, ó
78
plásticos que puedan encontrarse entre la punta del sensor y la
superficie observada.
I. PROBETA EDDY.
El detector o probeta EDDY se utiliza para medir el
entrehierro (GAP), proporcional al voltaje del transductor en una
forma dinámica y medir la distancia que hay entre cualquier
material conductor y el detector en una forma estática.
Es básicamente una bobina de alambre protegida por una
fibra de vidrio epóxica y no es visible; esta activado por un voltaje
de radio frecuencia, ver figura 37.
FIGURA 37. PROBETA EDDY. (QUIJADA R.,2000).
79
El detector se instala frente al eje o rotor y es un sensor tipo
rígido, lo que significa que trabaja por debajo de su
frecuencia natural.
Las probetas EDDY se presentan de dos diámetros diferentes
como son de 8mm y de 5 mm.
Para las probetas de 8mm de diámetro se utiliza como
referencia un entrehierro o GAP de 50 milésimas y para las
probetas de 5mm se utilizan como referencia un entrehierro de 40
milésimas.
El sensor “ve” hacia los lados, cuando este es introducido en
la máquina rotativa no debe ver ningún metal dentro de una
distancia aproximada de ½ por el diámetro de la cara del sensor, a
excepción de la superficie observada, para lograr esto es necesario
utilizar ensanchamientos o achaflanados.
La resistencia normal del sensor medida del centro hacia
fuera es de 3 a 9 ohmios .
El material de construcción de la probeta Eddy es:
Conector: latón enchapado en plata con insertor dieléctricos
de teflón.
Cable coaxial: con malla de acero inoxidable, tubería de
contracción de teflón y cuatro hilos de acero en baño de plata.
80
II. CABLE EXTENSIÓN.
Es necesario conectar el sensor al proximitor para el
tratamiento de la señal de vibración, pero por razones de trabajo y
especificaciones con respecto al diámetro de la probeta y el tipo de
proximitor, es necesario que la señal de la probeta pueda ser
tratada y para ello se conecta un cable que lleva por nombre cable
extensión con el proximitor.
Los cables extensión entre el sensor y el proximitor se
diseñan para lograr una longitud en el sistema (cuando se
combinan con el cable del sensor) de 5mts. ó 9mts., donde el cable
extensión debe guardar las características de impedancia iguales a
la del cable sensor, para no producir pérdidas de la señal de radio
frecuencia, ver figura 38.
FIGURA 38. CABLE EXTENSION. (QUIJADA R. 2000).
81
El cable de extensión está fabricado con cable coaxial de 95
ohmios para la serie 7200 y 75 ohmios para la serie 3300, las
propiedades eléctricas de este cable son tales que su longitud
eléctrica es aproximadamente igual a su longitud física para
guardar la relación 1:1.
La medición en ohmios del cable de extensión centro a centro
debería ser 2 a 10 ohmios. La parte externa debería tener de 0 a 1
ohmios.
El material de construcción del cable de extensión es:
Conector: latón enchapado en plata con insertor dieléctricos
de teflón.
Cable coaxial: con malla de acero inoxidable, tubería de
contracción de teflón y cuatro hilos de acero en baño de plata.
III. PROXIMITOR.
El proximitor o demulador de señal, en conjunto con la
probeta Eddy y el cable extensión conforma el sistema de detección
por proximidad. El proximitor es un generador de señales de radio
frecuencia, demodulador y acondicionador de la señal de radio
frecuencia para suministrar una salida proporcionar a la distancia
82
de acercamiento del material conductor a la probeta. Cuando más
alejada de la probeta esté el material conductor, será más positiva
la salida del proximitor.
La tensión de alimentación es de -18 Vcc a -24 Vcc, donde el
voltaje exacto dependerá de los requisitos de la serie de monitor
que se está utilizando con el sistema, cuando se utilice con una
tensión de -24Vcc el sistema transductor de proximidad ofrece un
rango lineal de aproximadamente de 80 milésimas, a medida que
disminuye la fuente de energía hay una disminución en el rango
lineal de la curva de respuesta. Las características del proximitor
son identificadas en su etiqueta. (Ver figura 39).
SERIE 3300 SERIE 7200
FIGURA 39.PROXIMITOR SERIE 3300 Y 7200. (QUIJADA R.,2000).
83
El Conector es de material de latón enchapado en plata con
insertor dieléctricos de teflón y centro en baño de oro.
Una característica de gran importancia, es el comportamiento
ante la ausencia de la probeta en el proximitor, donde para la serie
3300, su salida proporciona 0Vcc y para la serie 7200 es el voltaje
de alimentación (máxima tensión de salida).
Para conocer el comportamiento del sistema es necesario
colocar el cable extensión, la probeta y el proximitor de la misma
serie y realizar la correspondiente curva de comportamiento lineal
del sistema de medición de proximidad para conocer el verdadero
factor de escala. (Ver figura 40).
FIGURA 40.SISTEMA DE PROXIMIDAD (MONTILLA P.,2000).
84
Cuando se instala el sistema de medición de proximidad se
debe tener en cuenta que en la serie 7200, sólo se puede utilizar
los proximitores, cable extensión y probeta de la serie 7200 y
puede ser utilizado en la serie 3300, pero nunca el sistema de
medición de proximidad de la serie 3300, puede ser utilizado en la
serie 7200.
B. SENSORES DE VIBRACIÓN EN FUNCIÓN DE LA
VELOCIDAD.
Este detector de vibración en función de la velocidad se utiliza
para medir la velocidad de la carcasa en función de los cambios de
amplitud o desplazamiento, este detector es de tipo flexible, lo que
significa que trabaja por arriba de su frecuencia natural.
Se clasifican en no autogenerante, que utiliza una bobina en
sustitución del imán y autogenerante, que está constituido por un
imán, una bobina y unos resortes que representan la sensibilidad
del mismo, este tipo de detector se instala sobre la carcasa.(Ver
figura 41).
El sistema funciona bajo el principio de la masa inercial y la
carcasa en movimiento.
85
El transductor contiene un imán que va fijo a la carcasa del
transductor. Rodeando al imán hay una bobina de masa inercial
montada en la carcasa sobre muelles, por encima de la frecuencia
de funcionamiento mínima del transductor, la bobina se mantiene
sin movimiento en el espacio. Puesto que el transductor está
montado rígidamente en la máquina, el imán vibra en armonía con
la carcasa de la máquina.
Cuando el imán se mueve dentro de la bobina, se induce un
voltaje en la bobina que es proporcional a la velocidad de la carcasa
de la máquina. Es decir, cuando las líneas de flujo de un campo
magnético cruzan un conductor, se produce un voltaje en dicho
conductor.
N
NUCLEO MAGNETICO
BOBINA
S
CARCAZARESORTE DELA BOBINA
PIEZA POLAR
FIGURA 41.SENSOR DE VELOCIDAD. (ROTOTEC, 1994, p.18)
87
86
El monitor de vibración en función de la velocidad de la serie
3300, se utiliza normalmente para proporcionar la velocidad o
velocidad integrada en cada canal del monitor, sin embargo puede
utilizarse para medir desplazamientos, porque posee la opción de
integrar la señal del transductor de velocidad, en una señal de
desplazamiento pico a pico equivalente a vibración radial.
Los sensores de vibración en función de la velocidad pueden
tener una respuesta de frecuencia de 1,8Hz a 1KHz , con una
sensibilidad de 500 mV/pulg/seg (20 mV/mm/seg) cero a pico a
100Hz , dependiendo del modelo utilizado, cuando se instala en su
ángulo específico de funcionamiento y se conecta a la carga
resistiva apropiada.
C. SENSORES DE VIBRACION EN FUNCION DE LA
ACELERACION.
Los sensores de vibración en función de la aceleración esta
conformado por un sistema llamado acelerómetro y modulo
interface. Los primeros acelerómetros se construían como los
sensores en función de la velocidad donde se basaban en una
aplicación de la segunda ley del movimiento de NEWTON, cuando el
87
uso de una masa m, se acelera, produce una reacción F=m.a, esta
fuerza se convierte en una medición de salida de la aceleración
“a”.
Debido a la torsión de la masa, dejaba mucho que decir de su
sensibilidad, por tal motivo descubriéndose que la frecuencia influía
en la medición, se fabrican los acelerómetros piezo eléctricos.
I. ACELEROMETRO.
El detector o transductor de vibración en función de la
aceleración aprovecha los cambios de velocidad de la carcasa en los
diferentes espacios de tiempo y amplitud o desplazamiento. Este
detector es de tipo rígido, es decir, trabaja por debajo de su
frecuencia natural. Está constituido por un piezo eléctrico, un
preamplificador, y masa sísmica. Este tipo de detector se instala
sobre las carcasas de equipos o maquinaria.
El acelerómetro utiliza un cristal piezo eléctrico situado
entre la base del acelerómetro y la masa de referencia inercial,
cuando se monta el acelerómetro en la caja de una máquina o en la
carcasa de un cojinete, la vibración de la máquina produce fuerza
de tensión o compresión que actúa sobre el cristal. El cristal a su
88
vez, actúa como un resorte de precisión que se opone a la fuerza
de tensión o compresión. Entonces, el cristal genera una carga
eléctrica desplazada. El efecto piezo eléctrico, es la carga
producida por el cristal piezo eléctrico cuando éste es
mecánicamente tensando. (Ver figura 42).
Un amplificador integral convierte la carga en voltaje, que se
transmite a través del cable de interconexión al módulo de
interface. Se ofrecen en dos versiones, una versión standard
CARCASA
MASA INERCIAL DE REFERENCIA
CRISTAL PIEZO-ELECTRICO
TORNILLO DE PRECARGA
AISLADOR ELECTRICO
AISLADOR DE MICA
PLACA CONDUCTORA
AMPLIFICADOR
FIGURA 42.SENSOR DE ACELERACION.(ROTOTEC, 1994, p.21)
89
para frecuencias de vibración hasta 20 Khz y una versión de alta
frecuencia para frecuencias de vibración de hasta 30 Khz.
La sensibilidad de un acelerómetro estándar es de 25 mV/g
(2,55 mV por m/s²), con un rango de aceleración de 75 G’s pico
(735m/s²), los acelerómetros de alta frecuencia tienen una
sensibilidad de 10 mV/g (1,02 mV por m/s²) y tiene un rango de
aceleración de 50 G’s pico (490 m/s²).
II. MODULO INTERFACE.
El módulo de interface proporciona una corriente constante al
acelerómetro, también amplifica la señal del acelerómetro, el
módulo interface tiene una sensibilidad de salida de 100 mV/g. Su
trabajo es parecido a los proximitores de la probeta Eddy, donde
acondicionan la señal recibida por el acelerómetro y la estandarizan
para poder procesarla por los monitores de vibración en función de
la aceleración.
El acelerómetro estándar utiliza un módulo interface distinto
al acelerómetro de alta frecuencia debido a las características de
sensibilidad de los acelerómetros, manteniendo una sensibilidad de
salida a 100 mV/g. (Ver Figura 43).
90
3.7. INSTRUMENTOS DE CALIBRACION.
A. TK-3.
Es un instrumento que es utilizado como patrón o medida de
referencia para verificar y/o calibrar los monitores de vibración
radial, axial y tacómetros (en función de la amplitud o
desplazamiento).
El TK-3 necesita ser alimentado con 110Vac ó 220Vac
monofásica y de 50 a 60 Hz para simulación radial y r.p.m.. Como
se indica en la figura 44, el TK-3 está constituido por:
FIGURA 43.MODULO INTERFACE. (MONTILLA P. 2000)
91
Un tornillo micrométrico, cuya función es permitir que se puede
mover hacia a delante y hacia detrás, bajo una escala numérica
calibrada en milésimas de pulgadas o milímetros, lo cual permite
realizar la curva de respuesta del sensor y proximitor de los
detectores de proximidad para las probetas Eddy.
Un soporte de la sonda, cuya misión es la de sostener y
fijarla de tal manera, que por ningún momento se puede deslizar o
mover la probeta en prueba.
El soporte de la sonda y la abrazadera, sirve para fijar la
probeta Eddy al instrumento y junto con el plato oscilante sirve
para simular la señal de RPM, puesto que el plato tiene en su
superficie lateral una perforación.
Para controlar la velocidad de giro se manipula manilla de
control de velocidad (es necesario que este conectado a 110Vac).
Brazo giratorio, en conjunto con el plato giratorio sirve
para simular la vibración radial de las probetas Eddy, se debe
mantener una velocidad de giro constante y moviendo el brazo
giratorio se establecen las diferentes niveles de aproximación.
La permeabilidad magnética y conductividad del material
observado por la sonda, afecta la salida del sistema de la sonda de
proximidad.
92
El material empleado en la fabricación del disco de calibración
deberá ser, del mismo material que está hecho el eje para que la
calibración sea confiable.
B. MESA VIBRATORIA.
Es un instrumento simulador de vibraciones utilizado para la
calibración y verificación de los monitores de detección de vibración
en función de velocidad y aceleración solamente. (Ver figura 45).
Esta constituido por:
Mesa: donde se atornillan los detectores sísmicos tipo
acelerómetros y de velocidad, se coloca como punto de referencia o
patrón, un detector tipo EDDY, la mesa vibratoria recibe las
señales del generador de funciones y produce un movimiento
oscilante.
Con el multímetro digital se toma la señal proveniente de la
probeta EDDY y se realizan los cálculos pertinentes para obtener la
velocidad o aceleración correspondiente.
Amplificador de ganancia: su función es la de variar la
amplitud pico a pico o movimiento oscilante de la mesa vibratoria.
93
Generador de señal: se utiliza para variar la velocidad pico
a pico de la mesa vibratoria (se puede usar cualquier generador de
señales del mercado).
C. GENERADOR DE FUNCIONES CON BIAS (OFFSET).
Un generador de funciones, es todo equipo capaz de
proporcionar una tensión dinámica, donde se pueda obtener ondas
senoidales, triangulares y cuadradas, con una tensión directa
(offset ó bias) sumada a la señal de tensión alterna generada.
Con el generador de funciones se pueden hacer calibraciones,
en los monitores donde la entrada de señal varíe en el tiempo,
sustituyendo la probeta Eddy y su respectivo proximitor en la
vibración radial, e indicador de velocidad de giro o tacómetro.
Los sensores sísmicos de aceleración y velocidad pueden
simularse con una señal alterna superpuesta en una tensión
directa, que debe conectarse directamente a los monitores de
vibración.
94
FIGURA 46.GENERADOR DE SEÑALES.(ALTA FIDELIDAD #46,1980,p.129).
Es necesario tener todos los diferentes parámetros que se
utilizaran para realizar la calibración, como el factor de escala de la
probeta EDDY, la frecuencia equivalente a las RPM de la máquina
rotativa, la tensión de entrehierro o GAP, la equivalente tensión
eficaz ó r.m.s., necesaria para simular los niveles de vibración
mecánica.
D. FUENTE DE ALIMENTACION DE TENSIÓN DC.
La fuente de tensión DC es un tipo de tensión estática, donde
la corriente alterna es rectificada y filtrada para eliminar todas
aquellas variaciones de tensión en función del tiempo, que puedan
haber quedado, sirve para simular la vibración axial, puesto que es
un tipo de vibración que no posee componente alterna sino una
tensión constante en el tiempo (tensión directa). Esta se conecta
directamente en el monitor de vibración axial, y con polaridad
inversa para el correcto comportamiento de las lecturas del monitor
de vibración axial.
95
Para realizar las diferentes calibración es necesario tener el
valor del factor de escala de la probeta para realizar los cálculos de
señal eléctrica a señal mecánica.
E. MULTIMETRO DIGITAL.
Es un instrumento electrónico cuya misión es de cuantificar la
tensión alterna, la tensión directa, indicación de resistencia eléctrica
y funciones especiales como medidor de frecuencia.
Es un instrumento indispensable para realizar las mediciones
eléctricas, por tal motivo es necesario contar con uno de gran
precisión y repetibilidad para no cometer errores en las generación
de las señales electrónicas.
Una de las especificaciones que debe tener el instrumento es
que su entrada sea de alta impedancia para no perturbar la señal
de los diferentes sensores de vibración de los monitores de
vibración.
3.9. TRANSFORMACIONES DE UNIDADES DEVIBRACION
MECANICAÖÖELECTRICA.
96
Es necesario que el personal que labora con los monitores de
vibración, para realizar la calibración y verificación de la misma,
tenga conocimiento preciso de las diferentes conversiones que debe
realizar, para comprobar a través de una medición directa por las
salidas protegidas (buffer), con el multímetro digital y una
calculadora digital, que las indicaciones del monitor corresponden
con las enviadas por los sensores.
A. VIBRACION POR DESPLAZAMIENTO AXIAL Y RADIAL.
Para realizar las conversiones de tensiónÖmedida de longitud
y viceversa es necesario conocer la tensión de entrehierro (GAP) a
la cual fue calibrada la probeta Eddy, la curva característica de la
probeta Eddy con el cable extensión y el proximitor utilizado, para
establecer las siguientes relaciones.
** En la vibración axial se toma la tensión directa medida
por el multímetro en la escala de corriente directa y se le sustrae el
valor de la tensión de entrehierro (GAP), se divide entre el factor
de escala, para proporcionar cuantas milésimas de pulgas se deben
leer en el monitor.
97
Resolviendo, se obtiene el valor de las milésimas de pulgadas
a partir de la tensión medida, ver ecuación 9.
** En la vibración axial conociendo las milésimas, cual
es la tensión que debe ser generada para obtener su equivalente
en señal eléctrica, donde se multiplica las milésimas por el factor de
escala y se le suma la tensión de entrehierro (GAP), para
proporcionar una tensión de corriente directa.
Es necesario conocer el factor de escala a la cual se realizan
los cálculos. Ver ecuación 10.
milésimas=voltaje medido - voltaje entrehierro
factor de escala
2
2
21.5 F
F
ECUACIÓN 9.VOLTIOS-MILESIMAS (MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
98
** En la vibración radial se debe colocar el multímetro en
corriente alterna para medir la señal de vibración, y en
corriente directa para medir el voltaje de entrehierro. Donde
una milésima de pulgada en vibración radial, equivale a una
tensión de voltaje alterno en rms medido por el multímetro para
tener con exactitud cual es la mínima medida obtenida por el
multímetro, ver ecuación 11.
El proceso inverso es posible, conociendo el equivalente en
voltios ó milivoltios rms de una milésima, se puede obtener el
voltaje= (milésimas de pulgadas + tensión de entrehierro.
2
2
21.5 F
F
* factor de escala)
ECUACION 10.MILESIMAS - VOLTIOS. (MUÑOS H. & VILCHEZ A., 2000)
milésima = factor de escala (mVac)
21.5 F
F2,82842712474
ECUACION 11. FACTOR DE ESCALA –MILESIMAS. (MUÑOZ H. & VILCHEZ
A., 2000)
99
equivalente de milésimas que deberá presentar el monitor de
vibración radial en su panel indicador.
De tensión corriente alterna medida con el multímetro a
milésimas de pulgada, es necesaria ver la ecuación 12.
De milésimas de pulgadas a tensión de corriente alterna
r.m.s., ver ecuación 13.
B. VIBRACION EN FUNCION DE LA VELOCIDAD.
El factor de sensibilidad es muy importante, pero los
modelos de sensores sísmicos en función de la velocidad vienen en
milésima = voltaje AC medido
21.5 FF
2,82842712474*factor de escala
ECUACION 12. VOLTIOS RMS- MILESIMAS. (MUÑOS H.&VILCHEZ A., 2000)
tensión AC generada = milésimas
21.5 FF
2,82842712474*factor de escala
ECUACION 13. MILESIMAS-VOLTIOS RMS. (MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
100
500 mV por pulgada/segundo, la señal eléctrica se mide con un
voltímetro en corriente alterna y puede usarse para medir un
voltaje en corriente directa de 5,5 Vcc a 8,5 Vcc, correspondiente a
la tensión de OK de los monitores, para indicar que se encuentran
en servicio. Las siglas in/sec en ingles, corresponden a plg/seg,
indicando pulgadas/segundos.
Con la ecuación 14 se puede obtener un equivalente de
tensión en función de la velocidad, con lo cual se tiene voltios
alternos igual a pulgadas por segundo.
Cuando es necesario generar la tensión adecuada para
verificar las calibraciones teniendo la velocidad, es necesario
conocer la tensión a generar por lo tanto la ecuación 15 nos
proporciona esta información.
Velocidad (plg/seg) = voltios alternos * 2,82842712474
assdd
aaaaaECUACION 14. VOLTIOS RMS-PLG/SEG. (MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
Voltios alternos = velocidad (plg/seg) * 0,353553390594
assdd
aaaaaECUACION 15. PLG/SEG-VOLTIOS ALTERNOS. (MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
101
Teniendo en cuenta, el desplazamiento y la frecuencia de
trabajo de la máquina, se puede calcular la velocidad y viceversa,
según la ecuación 16.
Con la velocidad y la frecuencia se obtiene el desplazamiento,
según la ecuación 17.
C. VIBRACION EN FUNCION DE LA ACELERACION.
Debido a las altas frecuencias de ciertas máquinas rotativas,
no se puede medir los desplazamientos radiales en función de la
velocidad, por tal motivo existen los acelerómetros que cumplen
esta función a través de ciertos cálculos. Los acelerómetros tienen
Velocidad (plg/seg) =desplazamiento(plg)* frecuencia (Hz)
assdd
aaaaa3,14159265359*
ECUACION 16. DESPLAZAMIENTO-VELOCIDAD. (MUÑOZ H. & VILCHEZ A. 2000)
Desplazamiento (plg) = velocidad (plg/seg) * 0,318309886184
assdd
aaaaaFrecuencia (Hz)
ECUACION 17. VELOCIDAD – DESPLAZAMIENTO. (MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
102
un módulo interface con una sensibilidad de 100 mV/g pico. Gracias
a los parámetros de aceleración se puede calcular la vibración, en
función de la velocidad y el desplazamiento con un mínimo de
variables. Para calcular la velocidad sólo se necesita la aceleración y
la frecuencia de trabajo, ver ecuación 18.
Para calcular el desplazamiento en función de la aceleración y
la frecuencia de trabajo se tiene, la ecuación 19.
Y es necesario conocer cuantos voltios r.m.s., son medidos
para establecer la relación voltios - aceleración, expresada por la
ecuación 20.
Velocidad (plg/seg) = 61,440 * Aceleración (G's)
assdd
aaaaaFrecuencia (Hz)
ECUACION 18. ACELERACION – VELOCIDAD. ( MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
Desplazamiento (plg) = 19,607 * Aceleración (G's)
assdd
aaaaaFrecuencia(Hz)2
ECUACION 19. ACELERACIÓN – DESPLAZAMIENTO. (MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
103
4. MICROCONTROLADORES.
Los microcontroladores son dispositivos digitales integrados
programables y de actuación secuencial, funcionalmente son
dispositivos lógicos que permiten el tratamiento de la información
almacenada en forma de programas de instrucciones.
Capaz de interpretar estas instrucciones y ejecutarlas
controlando las unidades implicadas en su composición. (ANGULO
J., 1997, p. 27).
Básicamente esta conformado por la unidad de procesamiento
central (CPU), unidad de control, la unidad aritmética-lógica (ALU),
puertos y dispositivos de memoria (RAM y ROM ).
La arquitectura del microcontrolador se basa en el concepto
de fichero de registros con bus y memorias independientes para
datos e instrucciones. Este tipo de arquitectura o estructura
interna, también denominada arquitectura Hardvard.
Voltios (r.m.s.) = 0,0707106781188 * Aceleración (G's)
assdd
aaaaaECUACION 20. ACELERACION – VOLTIOS.(MUÑOZ H. & VILCHEZ A., 2000)
104
Permite al procesador poder ejecutar una instrucción y al
mismo tiempo “capturar” de la memoria de programa la siguiente
instrucción a ejecutar.
Un microcontrolador, es un circuito integrado programable,
capaz de ejecutar las órdenes o secuencias que están grabadas en
su memoria.
Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales
cumplen una tarea o trabajo específico dentro del ordenamiento del
mismo.
FIGURA 47. IDEA DE UN MICROCONTROLADOR.(CURSO BÁSICO CEKIT S.A., 1997, p.8).
CPU
I/O I/O
ROM
RAM
CRISTAL
+5V
ENTRADAS SALIDAS
CRISTAL
105
La figura 47, muestra la idea general de todos los
componentes que se hallan dentro del microcontrolador, donde se
puede apreciar la integración de la memoria de programas (ROM),
la memoria de trabajo (RAM), la unidad de procesamiento central
(CPU) y los dispositivos de entrada y salida integrados en un solo
chip.
Los microcontroladores son de tecnología RISC (set de
instrucciones reducido), lo hace muy fácil de manejar ya que tiene
muy pocas instrucciones que son poderosas, a diferencia de los
microprocesadores, que tienen instrucciones difíciles de recordar o
que se utilizan muy poco. (CEKIT, 1997, p.7).
Solamente se requiere grabar el programa en la memoria
ROM porque, ya los puertos de entrada y salida están listos para
conectarse al mundo exterior, ahorrando con esto muchos
componentes, que con los microprocesadores deberán ser incluidos.
Como se puede ver, existen algunas ventajas importantes
cuando se realiza el diseño de un circuito electrónico utilizando
microcontroladores, porque el circuito impreso es mucho más
pequeño ya que sus componentes se encuentran dentro del circuito
integrado, el costo del sistema es mucho menor y el tiempo de
desarrollo de un sistema se reduce notablemente.
106
D. VARIABLES DE ESTUDIO.
Definición conceptual y operacional.
** GENERADOR DE SEÑALES ELECTRONICAS: Un generador de
señales electrónicas, es todo circuito o dispositivo que es capaz de
entregar a su salida una señal eléctrica que varía en el tiempo
producida por él mismo, con el solo aporte de una cierta cantidad
de tensión directa o continua, cuyas características pueden
regularse y controlarse de tal manera que pueda suministrar
tensiones de amplitud, frecuencia y forma de onda
conocidas(Maluquer, 1982, p.275). Operacionalmente, es un
instrumento de laboratorio de electrónica cuya función es
proporcionar diversas formas de ondas, donde puede ajustarse en
forma manual, la amplitud y frecuencia, para las diversas
aplicaciones en el área de ingeniería electrónica. Esta variable es
medida mediante las dimensiones e indicadores que se exponen a
continuación.
CUADRO 01. VARIABLE GENERADOR DE SEÑALES
107
VARIABLE
Generador de señales
Electrónicas
Onda Senoidal
DIMENSIONES INDICADORES
- F o r m a d a p o r l o sarmon icos impares ypares de la onda senoidal.
Onda triangular
Onda cuadrada
- E s t á R e p r e n t a d amatemáticamente por lala serie de Fourier delcoseno.
- F o r m a d o p o r l o samortiguamientos imparesde la onda senoidal.
- Resonancia natural R-L-C.
- Simétrica en el dominiodel tiempo.
- Efecto fundamental delos elementos pasivos, sinningún armónico.
- Representada por lafunción Seno de las leyest r i g o n o m é t r i c a s d ePitágoras.
- Presenta dos estados detrabajo, uno alto ( dondeexiste máxima tensión) yuno bajo (sin tensión).
- R e s p o n d e a l a scaracterísticas de trabajode los t rans i s tores odispositivos activos.
- Su comportamientomatemático es parecido ala recta con pendientepos i t iva un t iempo yluego cambia a unapendiente negaiva, enbrusca.
- Producto de las cargas ydescargas continuas deun condensador.
108
** MONITORES DE VIBRACION BENTLY NEVADA: Son equipos
electrónicos cuya función es la de ser captadores de los diferentes
sistema de detección de vibración, en los compresores, bombas o
turbinas (Bently Nevada, 1983,p.2).
Operacionalmente, es el sistema que analiza la señal
proveniente de los sensores de vibración, para controlar el
comportamiento de la máquina cuando se encuentra activa en el
proceso productivo. Esta variable es medida mediante las
dimensiones e indicadores que se exponen a continuación.
FUENTE: MUÑOZ H. & VILCHEZ A. 2000
CUADRO 02: VARIABLE MONITORES DE VIBRACION BENTLY NEVADA. VARIABLE
Monitores de vibración.
Vibración axial
DIMENSIONES INDICADORES
- Señal que varía en eltiempo.
Vibración en función dela velocidad.
Vibración radial
- Señal que varía en elt i e m p o , s e n s i b l e aperturbaciones externas.
- Señal que varía en eltiempo.
- Desplazamiento en elsentido horizontal del eje.
- Medida directa deldesplazamiento.
- Señal continua en eltiempo.
- Desplazamiento en dosplanos.
- P u n t o d e t r a b a j odepende de la masaestructural donde secolocará y la frecuenciade trabajo.
- Para máquinas rotativasdonde la medición directaes imposible.
- Medición de la velocidadde giro o angular del eje.
Vibración en función de laaceleración.
Tacómetros
- Medida directa deldesplazamiento giratorio.
- Medida indirecta deldesplazamiento del eje.
- Dependiente de la masadel eje y la velocidad degiro.
- S e ñ a l d e p u l s o yvariante en el tiempo.
- Medición directa de lavelocidad por métodos deproximidad.
109
** MICROCONTROLADORES: Dispositivo digital integrado,
programable y de actuación secuencial, conformado por dispositivos
de entrada y salidas, memoria EPROM y ROM, capaz de interpretar
instrucciones y ejecutarlas controlando las unidades implicadas en
su composición (Angulo, 1997,1).
Operacionalmente, es un dispositivo digital que permite el
tratamiento de la información almacenada en forma de programa,
de gran flexibilidad para programar. Esta variable es medida
mediante las dimensiones e indicadores que se exponen a
continuación.
FUENTE: MUÑOZ H. & VILCHEZ A. 2000.
CUADRO 03: VARIABLE MICROCONTROLADORES. VARIABLE
Microcontroladores.
DIMENSIONES INDICADORES
- Pila de 8 niveles.
Tamaño físico.
Arquitectura Harvard.
- Memoria de programa oEEPROM o tipo FLASH.
- Realiza operaciones lógicasy aritméticas
- G e n e r a l a s s e ñ a l e sd e p e n d i e n d o d e l a sinstrucciones recibidas.
- H a b i l i t a c i ó n d e l o spuertos para recibir oenviar una información.
- Contador de programa.
- Tamaño de 16 pines,para serie media y baja.
Económicas.
Memoria- Memoria de datos.
- Conjunto de registros dela memoria RAM
- Tamaño de 8 pines parala serie enana .
- Accesibles y de bajocosto.
- G e n e r a c i ó n d e l o stiempos de acceso .
- Tamaño de 40 pinespara las serie mediana yalta.
- Diversidad de tamañodependiendo del grado detrabajo del puertos decomunicación.
- Fácil programación y conpocas instrucciones detrabajo.