Vibrómetro

Vibrómetro

El Vibrómetro es un instrumento de medición que se utiliza para medir la determinación de las magnitudes que caracterizan el suceso de las vibraciones. Este equipo sirve básicamente para el mantenimiento preventivo y predictivo de máquinas de producción.

Es ampliamente utilizado en las grandes industrias, donde se hace necesario conocer cómo se está comportando una determinada maquinaria y que componentes podrían estar sufriendo desgaste para asegurar su adecuado funcionamiento.

A través del Vibrómetro es posible diagnosticar fallas en los equipos con exactitud para aplicar las medidas correspondientes antes de que la maquinaria colapse. Su utilidad salta a la vista.

¿Qué es un Vibrómetro?

Los vibrómetros son instrumentos que miden vibraciones, oscilaciones y perturbaciones en máquinas y sistemas industriales. Los vibrómetros transforman movimientos mecánicos iguales y dan información relevante de las condiciones de funcionamiento de la máquina, ya sea en conjunto, y de cada una de sus partes y componentes.

Entre sus parámetros fundamentales de medición de la vibración se destacan:

  • Aceleración de la vibración
  • Velocidad de vibración
  • Desplazamiento
  • Espectro de vibración

El Vibrómetro tiene un láser que enfoca la superficie a medir. A través del efecto Doppler, la frecuencia de la luz láser que se muestra varía si se desplaza la superficie enfocada y esa frecuencia se mide con el Vibrómetro.

El efecto Doppler

El principio físico del funcionamiento de un Vibrómetro se basa en el efecto Doppler, nombrado así en honor a Christian Doppler quien fue el primero en aplicarlo al sonido en 1842. Este efecto establece que si un observador en reposo observa una fuente de ondas en movimiento en dirección hacia él, las ondas que llegan a dicho observador sufren un acortamiento en su longitud de onda incrementando su frecuencia.

De manera inversa, si la fuente se aleja del observador, la longitud de onda de las ondas que llegan al observador aumenta, por lo tanto la frecuencia disminuye.

¿Para qué sirve el Vibrómetro?

Las vibraciones son el resultado de la difusión de fuerzas que producen un desgaste y deterioro en las máquinas dinámicas. En ese sentido, parte de la energía producida por la fuerza es disipada fuera de la máquina, gracias a sus elementos de sujeción, unión y apoyos.

Esta disipación de la fuerza permite medir el fenómeno de vibración. El mantenimiento de estas fuerzas de vibración dentro de unos márgenes o límites es fundamental. Cuando las fuerzas de vibración no se mantienen constantes, dentro de unos límites, empiezan a aparecer efectos dinámicos en la máquina que, como consecuencia, genera una modificación del espectro de vibración.

Vibrómetro con Registro de datos para posterior análisis

En ese sentido, el vibrómetro analiza de manera dinámica, temporal y frecuencial las señales indispensables en el mantenimiento predictivo. Controla vibraciones de motores, transmisiones y rodamientos, además, es idóneo para medir las revoluciones en máquinas e instalaciones rotativas.

Si desea traspasar los valores de medición directamente del vibrómetro (o de la memoria) a un ordenador o portátil puede usar el software, que puede pedir adicionalmente. Los filtros de periodicidad internos eliminan los ruidos de fondo, permitiendo así detectar vibraciones específicas.

Historia de Vibrómetro

La tecnología del Vibrómetro es usada desde hace 30 años aproximadamente. Inicialmente se comenzó a usar en laboratorios de ciencias básicas y desarrollo técnico, como universidades e institutos, así como en laboratorios como IBM y Xerox, e industrias que necesitaban alta precisión en mediciones dinámicas, que ofrecen productos y servicios de alta tecnología.

En los años 90 comenzaron a salir los primeros Vibrómetro de rastreo el cual utilizaban espejos en dos ejes angulares, para hacer mediciones dinámicas de rastreo sobre superficies. Las primeras versiones de este sistema se usaron para hacer mediciones solo en modo sinusoidal.

Seguidamente se incorporó al mercado el primer Vibrómetro de barrido con mediciones espectrales completas hasta 200KHz. Esta versión daba respuestas de frecuencia, funciones de transferencia, coherencia dinámica y otras funciones.

En el año 2000 se comenzó a usar el Vibrómetro láser Doppler, utilizado especialmente en los productos electrodomésticos, de transportación, para mediciones de longitud y velocidad en la industria del acero y metales.

En los últimos años los avances a nivel tecnológico han requerido mediciones mecánicas más precisas y demandantes. Por ello se diseñó un vibrómetro para largas distancias que permite identificación de defección a muy bajas frecuencias. Así como avances en estaciones robóticas, donde se están realizando posibles mediciones ​ en superficies usando vibrómetros de barrido en 3D, con mejor precisión y exactitud que antes.

Partes del Vibrómetro

Resulta indispensable conocer cómo está constituido este instrumento, de gran utilidad para garantizar la operatividad de las grandes industrias.

  • El Vibrómetro está compuesto por un preamplificador, que aumenta la señal recibida.
  • Un analizador de frecuencias en bandas de octava o de un tercio de octava.
  • Un medidor calibrado en unidades vibracionales.
  • Un traductor de vibración, empleado para medir la velocidad lineal, proximidad, desplazamiento y aceleración del sistema sometido a vibración.

En general, los transductores empleados en el análisis de vibración convierten la energía mecánica en energía eléctrica, lo que significa que producen una señal eléctrica la cual está en función de la vibración.

Funcionamiento del Vibrómetro

Esta técnica se utiliza frecuentemente para medir directamente la velocidad de objetos en movimiento. El Vibrómetro contiene un láser de onda continua, que se orienta a la superficie por medir. Debido al efecto Doppler, la periodicidad de la luz láser que se refleja varía si se desplaza la superficie enfocada.

El detector recibe paralelamente la frecuencia de excitación y la frecuencia producida por el efecto Doppler y estas dos ondas producen una percusión, generando la interferencia entre sí de dos ondas con frecuencias ligeramente distintas.

Por ello esta variación de frecuencia se mide a través del vibrómetro con la ayuda de un interferómetro, el cual hace una demodulación del cambio de frecuencia y lo transforma en una señal de voltaje.

El vibrómetro está constituido de diferentes etapas:

  • Amplificación
  • Filtro
  • Potenciación cuadrática
  • Promediación
  • Indicación

Los vibrómetros pueden llegar a ofrecer muchas otras opciones, con la peculiaridad de encarecer más al instrumento.

Para medir el valor RMS se necesita la operación de radicalización, la que se efectúa simplemente utilizando escalas no lineales del instrumento indicador. De lo contrario se realiza electrónicamente, mediante el circuito correspondiente.

De igual manera, la etapa cuadrática puede desarrollarse con equipamiento de características parabólicas. La etapa de promediación se ejecuta con la integración en el tiempo de la señal analógica, lo cual se puede realizar mediante la integración de un amplificador.

Los vibrómetros actuales cuentan con un transductor, sistema de adquisición de datos, visualización local o una salida a la computadora. El transductor es el implemento que convierte la vibración en una señal eléctrica que se lee en el medidor para el nivel de vibración.

Tipos de Vibrómetro

Existen varios tipos de vibrómetros en el mercado, según las características de las ondas a medir. Aquí te mostramos los más resaltantes.

Vibrómetro de rotación

Se utiliza para medir la velocidad de rotación o angular.

Vibrómetro diferencial

Mide la diferencia de velocidad fuera del plano entre dos lugares en el objetivo.

Vibrómetros Multi-haz

Mide la velocidad del blanco en varios lugares al mismo tiempo.

Vibrómetro Automezcla

Se basan generalmente en un diodo láser con un sistema incorporado en el foto detector, que conduce a un sistema óptico muy robusto y compacto.

Conocer la oferta de vibrómetros y sus características te permitirá seleccionar el que mejor se ajuste a tus necesidades de medición.

Utilidades del Vibrómetro

Los vibrómetros se utilizan en una variedad de campos científicos, industriales y médicos, entre las que se cuentan:

  • Aeroespacial: Se usan como herramientas para pruebas no destructivas de componentes de aeronaves.
  • Acústica: Son herramientas estándar para el diseño de altavoces. Además, se han utilizado para detectar el comportamiento vibratorio de los instrumentos musicales.
  • Arquitectura: Se usan para detectar el comportamiento de vibración de edificios y mantenimiento de puentes
  • Ingeniería automotriz: Medición de los modos de vibración de componentes individuales o vehículos completos.
  • Medición de velocidad sónica: una velocidad sónica hace vibrar una lámina fina. Esta vibración de la película se mide con un vibrómetro láser Doppler y se usa para determinar la presión del sonido.
  • Minas terrestres: Los vibrómetros detectan minas terrestres enterradas. Una fuente de ruido, como un altavoz, estimula al suelo a vibrar mínimamente.
  • Seguridad: debido a su capacidad de medición de vibración sin contacto, los vibrómetros también son adecuados para detectar voces a largas distancias.
Un vibrómetro en uso
Persona usando un Vibrómetro

Importancia del uso del Vibrómetro

Los vibrómetros o medidores de vibraciones son herramientas que ayudan a prevenir, identificar y solucionar problemas en diversas aplicaciones como las eléctricas, mecánicas, de mantenimiento, de seguridad o ambientales.

Es una herramienta necesaria para mantener una industria o negocio en excelente funcionamiento. Además, es ideal para que el personal de mantenimiento evidencie de forma rápida y segura las vibraciones en piezas, máquinas e instalaciones, ya que indica directamente en pantalla los parámetros aceleración, velocidad y desplazamiento. Con este aparato se puede detectar y efectuar un seguimiento del desequilibrio averías.

Vibrómetro en máquinas

Las máquinas que tienen una operación correcta siempre presentan un cierto nivel de vibración  o ruido, debido a pequeños inestables defectos de montaje y fabricación. Ese ruido o vibración se considera como referencia de la máquina para tener un nivel satisfactorio, es decir, el nivel de vibración normal de la máquina.

Los desperfectos en una máquina tienen un aumento en el nivel de vibración o ruido perfectamente detectable a través de los instrumentos de medición de vibraciones o vibrómetros. Debido a que cada defecto de la máquina lleva consigo cambios en el espectro de vibración, lo que permite determinar e identificar el problema.

Ventajas del Vibrómetro en máquinas

Contar con este instrumento permite a las industrias la posibilidad de anticiparse y prever posibles fallas en la maquinaria, pero este es apenas la punta del iceberg, detallemos las ventajas que ofrece.

  • Se detectan rápidamente los defectos sin necesidad de detener ni desmontar la máquina.
  • Se sigue la evolución de un defecto encontrado en la máquina en el transcurso del tiempo hasta que el ingeniero o técnico decida que se puede convertir en un peligro.
  • Tomando en cuenta el seguimiento que se hace de las vibraciones, es posible programar con suficiente tiempo los repuestos necesarios, así como los recursos humanos que se van a utilizar.
  • Reducción del tiempo de reparación de la máquina, debido a que se tiene localizado con el vibrómetro los elementos averiados y que por los que se produce la vibración.
  • Aumento e Incremento de la producción, debido a que disminuye el número de paradas de la máquina.

Para toda industria es vital asegurar el buen funcionamiento de la maquinaria, pues esto asegura que la producción, sea cual sea, se mantenga y no sufra paralizaciones inesperadas.

Vibrómetro Láser- Doppler (LDA)

Es un método de medición óptica, sin contacto, para la determinación selectiva de componentes de la velocidad en los flujos de fluido. En este caso, un rayo láser se divide en dos haces con la ayuda de un divisor de haz.

En el punto de medición, estos rayos se cruzan de nuevo y existe un patrón de franjas de interferencia en la región de cruce. Una partícula que se mueve a través del patrón de rayas junto con el fluido se genera en un fotodetector una señal de luz dispersa cuya frecuencia es proporcional a la componente de velocidad perpendicular a las franjas de interferencia.

La vibrometría de escaneo láser es un método de formación de imágenes rápida para la medición sin contacto de las vibraciones. Es empleada en la industria del automóvil, aeroespacial y de ingeniería, en la tecnología de microsistemas y datos y en la calidad y la producción de control.

El Vibrómetro es un instrumento de medición clave que convierte la aceleración de una vibración en una señal eléctrica que nos determina el valor de la aceleración. Dispone de un acelerómetro para averiguar el valor de la vibración.

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