Aceleración/Vibración - Maximizando el funcionamiento de las máquinas con Sensores de Vibración

Para mejorar la producción e incrementar la fabricación, la línea de producción debe funcionar de forma suave. Chris Hansford, Director General de Hansford Sensors, explica por qué tiene sentido tener en cuenta la monitorización de la vibración y la sustitución del mantenimiento reactivo por una eficiencia y beneficios a largo plazo.

La vibración es un problema común en máquinas de muchas aplicaciones, a veces debido a desalineaciones por una mala instalación, por desgaste, etc. Sin embargo, es cada vez más posible detectar fuentes de desgaste usando equipos de monitorizado de vibración.

A medida que las máquinas han aumentado en complejidad, ha habido un crecimiento correspondiente en la necesidad de sensores de vibración sofisticados que puedan maximizar el correcto funcionamiento de muchos procesos. Los diseñadores e ingenieros actuales no solo ofrecen elementos de gran precisión, sino que los ofrecen en gran variedad de formatos para un amplio rango de aplicaciones.

La eficiencia de los sensores de vibración ha tenido demanda en varios sentidos; así como han sido importantes de cara a incrementar la eficiencia, estos elementos también han permitido a los operarios satisfacer las cada vez más estrictas regulaciones de seguridad y salud, que han convertido en requisito el empleo de sensores en zonas peligrosas. Por tanto, los sensores de vibración se han convertido en algo esencial en la industria e ingeniería modernas.

Un reciente estudio de mercado de BCC Research pronostica que el mercado de sensores va a crecer a 60.000 millones de euros en 2014, llegando a los 92.000 millones en 2019, con crecimientos anuales cercanos al 7.9%.

BCC atribuye este incremento en la demanda al incremento en vehículos a motor, maquinaria de producción y regulaciones. Mientras, otras fuentes lo han atribuido a la madurez de muchos mercados y la mejora en las técnicas de fabricación. Esto ha facilitado reducir costes y ayudar al incremento de este mercado.

Un factor clave en este incremento es la eficiencia como elemento de decisión de todo negocio. Esto explica cómo mercados emergentes como Asia se están desarrollando de forma rápida y, aunque las ventas son aquí relativamente bajas, existe un gran crecimiento potencial para las siguientes décadas. También es cierto, como apunta la revista Process, que la comprobada efectividad de las técnicas de monitorizado de vibraciones y la consiguiente subida de ventas, han causado una bajada de costos de los sensores. Por tanto, ¿qué deben hacer las empresas para beneficiarse de los sensores de vibración? 

Para descubrir cuánto se puede ahorrar mediante el monitorizado de vibración, se necesita evaluar el funcionamiento de la planta. Si está funcionando, digamos que al 60% de su máxima capacidad de producción, hay que preguntarse, "¿Cuáles son las causas?". Si tras estudiar el caso se descubre que es por averías, está más que justificado el monitorizado de vibraciones. Esto posibilitará tener un sistema de alerta a los ingenieros para planificar el mantenimiento y hacer que las máquinas funcionen de forma correcta. Las averías pueden afectar de forma muy negativa en plantas como las de automoción, donde existe una línea única que provoca un cuello de botella. El monitorizado de vibraciones previene estas paradas.

Una razón por la cuál el monitorizado de vibraciones es tan importante es que en el entorno económico actual se tiende a veces más a mantener plantas existentes que a construir nuevas instalaciones. También hay casos en los que la maquinaria está "fuera de rango" porque la planta no está funcionando a plena capacidad. Cualquiera de estos síntomas de la actual crisis económica hacen quizá más prioritaria la monitorización por vibraciones.

La monitorización ha demostrado ser rentable en la industria porque las máquinas que han empezado a mostrar defectos tienen mayor riesgo de fallar que aquellos que no lo tienen, y por tanto pueden generar mayores pérdidas económicas. Esto puede parecer obvio pero hay que decir que históricamente se ha creído que es más barato funcionar con equipos deteriorados que sustituirlos. Sin embargo, la experiencia en el entorno industrial demuestra que esto es falso.

Para instalar y usar sensores con todo su potencial, los ingenieros deben primero entender cómo funcionan. Los sensores de vibración, que miden una cantidad de aceleración y son por tanto un tipo de acelerómetro, normalmente disponen de un material de cristal piezoeléctrico fijado a una masa. Cuando el acelerómetro se ve sometido a una aceleración, la masa comprime el cristal, lo que genera una señal eléctrica que es proporcional a la fuerza aplicada. La señal se amplifica y acondiciona con una electrónica incorporada que crea una señal de salida, que se puede emplear en sistemas de adquisición y control de datos. Esta señal se puede usar de múltiples formas, con colectores, para analizar de forma inmediata, para su almacenamiento o descarga en PC o para monitorizado continuo.

Hay dos categorías principales de sensores de vibración o acelerómetros: acelerómetros AC o 4-20 mA. Los acelerómetros AC se usan en colectores de vibración o para monitorizar instalaciones de gran valor, mientras que los 4-20 mA se usan con PLC controlar equipos más convencionales como motores, ventiladores o bombas.

La monitorización depende de las estabilidad; un acelerómetro mal montado puede dar lecturas erróneas debido a la propia inestabilidad del sensor. Deben montarse lo más cerca posible de las fuentes de vibración y la superficie debe estar limpia de aceite y grasa. La superficie debe ser lisa, sin pintar y mayor que la base del acelerómetro. Para preparar estas superficies se puede emplear el kit de preparación que incluye un cabezal de fresado, brocas y el material necesario para su preparación. Los kits disponibles permiten hacer superficies con agujeros de roscado 1/4, M6 y M8. El correcto montaje del  sensor es vital para que las lecturas sean fiables, y la fijación directa del sensor a la máquina dará los mejores resultados. El kit también permite construir las superficies planas requeridas para el sensor.

El desarrollo de los equipos de monitorización de vibraciones ha sido dirigido principalmente por las necesidades cambiantes de los clientes por todo el mundo. Entre las economías industrializadas en los últimos años ha habido un traslado del mantenimiento reactivo al predictivo. Ahora se está convirtiendo en un factor estratégico para mejorar la productividad y reducir costes de producción, y los sensores son una parte fundamental en ello.

Date: 24/07/2014