Встановлення та перевірка датчиків вібрації: практичний посібник для промислового застосування.

1. Alcance y propósito

Esta guía de mantenimiento proporciona un procedimiento completo y paso a paso para la correcta instalación y verificación de sensores de vibración industriales, incluyendo acelerómetros y sondas de proximidad. Los principios y métodos que se detallan aquí son fundamentales para establecer programas fiables de monitorización del estado de la maquinaria en diversos sectores industriales, garantizando el cumplimiento de las normas ISO 10816 y las especificaciones del fabricante. Esta guía es aplicable durante la puesta en marcha de equipos, el mantenimiento preventivo rutinario y la integración de sistemas de monitorización de vibraciones nuevos o de reemplazo en maquinaria rotativa.

El objetivo principal de la correcta instalación de sensores de vibración es permitir la detección temprana de fallas mecánicas como desequilibrio, desalineación, defectos en los cojinetes y desgaste de los engranajes. Una instalación adecuada garantiza la integridad de los datos, lo cual es fundamental para estrategias de mantenimiento predictivo eficaces y para maximizar el tiempo de actividad de los activos, lo que en última instancia contribuye a un retorno de la inversión (ROI) positivo gracias a la reducción del tiempo de inactividad no planificado y de los costos de mantenimiento.

2. Precauciones de seguridad

ADVERTENCIA: Todos los procedimientos de mantenimiento deben realizarse cumpliendo estrictamente los protocolos de bloqueo/etiquetado (LOTO) específicos de la instalación, según las normas NFPA 70E y OSHA 29 CFR 1910.147 . No desconectar y asegurar correctamente la maquinaria puede provocar lesiones graves o la muerte.

ADVERTENCIA: Utilice siempre el equipo de protección personal (EPP) adecuado, incluidos gafas de seguridad (ANSI Z87.1), protección auditiva (ANSI S12.6) y guantes resistentes a los cortes (ANSI/ISEA 105), cuando trabaje sobre o cerca de maquinaria.

ADVERTENCIA: Extreme las precauciones al trabajar con sistemas eléctricos. Verifique que los circuitos estén desenergizados con un multímetro calibrado y con la capacidad adecuada antes de realizar cualquier conexión o desconexión. Cumpla con todos los requisitos de protección contra arco eléctrico.

ADVERTENCIA: Tenga cuidado con las superficies calientes, los puntos de atrapamiento y los componentes giratorios durante todas las fases de la instalación.

3. Herramientas y materiales necesarios

4. Lista de verificación de inspección previa al mantenimiento

5. Procedimiento paso a paso

5.1. Preparación previa a la instalación

1. ACCIÓN: Implementar los procedimientos de bloqueo/etiquetado (LOTO) en la máquina objetivo.
2. ACCIÓN: Verifique el estado de energía cero utilizando el multímetro (comprobación de voltaje y corriente).
3. ACCIÓN: Limpie la superficie de montaje designada.

VALORES ESPECÍFICOS: Utilice un disolvente de limpieza industrial (p. ej., isopropanol) para eliminar toda la grasa, el aceite y los contaminantes. Asegúrese de que la superficie esté seca antes de continuar.

INDICADORES VISUALES: La superficie está visiblemente limpia y libre de residuos. El disolvente se evapora por completo.

ERRORES COMUNES: No limpiar a fondo la superficie, dejando residuos que comprometen el acoplamiento del sensor.

4. ACCIÓN: Prepare la superficie de montaje para que quede plana y lisa.

VALORES ESPECÍFICOS: Rectifique o lime la superficie para lograr una tolerancia de planitud de <0,025 mm (0,001 pulg.) en el diámetro de la base del sensor y un acabado superficial (Ra) de <3,2 µm (125 micropulgadas).

INDICADORES VISUALES: La superficie tiene un aspecto mate, no brillante, y es suave al tacto. Al colocar una regla recta sobre la superficie, no se aprecian huecos.

ERRORES COMUNES: Dejar superficies rugosas o irregulares, lo que atenúa la transmisión de vibraciones de alta frecuencia.

5.2. Métodos de montaje del sensor

5.2.1. Montaje con espárrago (acelerómetros)

1. ACCIÓN: Marcar y taladrar el orificio de montaje.

VALORES ESPECÍFICOS: Utilice una broca del tamaño adecuado para el perno del sensor (por ejemplo, 5,5 mm para M6x1.0, 5,2 mm para 1/4-28 UNF). La profundidad de perforación debe ser igual a la longitud del perno más 2-3 roscas adicionales. Para un perno típico de 1/4-28 UNF con una rosca de 5 mm, perfore a una profundidad aproximada de 8 mm.

INDICADORES VISUALES: El orificio es perpendicular a la superficie. No hay rebabas alrededor del orificio. Las virutas de perforación se han eliminado por completo.

ERRORES COMUNES: Perforar demasiado superficialmente (enganche insuficiente de la rosca) o demasiado profundamente (debilita la carcasa). No desbarbar.

2. ACCIÓN: Rosque el orificio perforado.

VALORES ESPECÍFICOS: Utilice el macho de roscar adecuado para la rosca del perno del sensor (por ejemplo, M6x1.0, 1/4-28 UNF). Utilice lubricante de corte para asegurar roscas limpias.

INDICADORES VISUALES: Las roscas están limpias, definidas y uniformes. Los pernos se enroscan suavemente a mano.

ERRORES COMUNES: Roscado incorrecto o uso de la terraja equivocada, lo que provoca un montaje flojo.

3. ACCIÓN: Instale el perno de montaje.

VALORES ESPECÍFICOS: Aplique 1 o 2 gotas de fijador de roscas de resistencia media (p. ej., Loctite 243) a las roscas del perno que se acoplan a la carcasa de la máquina. Instale el perno hasta que quede bien ajustado. Si utiliza un perno de doble extremo, asegúrese de que el extremo correcto para el sensor quede expuesto.

INDICADORES VISUALES: El perno está firmemente colocado y perpendicular. Se observa el fijador de roscas alrededor de la base del perno. Deje transcurrir el tiempo de curado suficiente si así lo especifica el fabricante del fijador de roscas (por ejemplo, 20 minutos para el curado inicial, 24 horas para alcanzar la máxima resistencia).

ERRORES COMUNES: Apretar demasiado el espárrago (puede dañar las roscas) o no usar fijador de roscas (el espárrago puede aflojarse).

4. ACCIÓN: Monte el acelerómetro en el perno.

VALORES ESPECÍFICOS: Apriete el sensor a mano sobre el perno. Con una llave dinamométrica, apriete el sensor al par especificado por el fabricante. Valores típicos: 2,8-5,6 Nm (25-50 in-lb) para 1/4-28 UNF; 3,0-6,0 Nm (27-53 in-lb) para M6x1.0. Utilice un dado de impacto con la llave dinamométrica para evitar dañar el sensor. Asegúrese de que la orientación del cableado interno coincida con el eje de la máquina para sensores triaxiales.

INDICADORES VISUALES: El sensor está firmemente apoyado contra la superficie de la máquina. No se observan huecos. La llave dinamométrica emite un clic e indica el par de apriete especificado.

ERRORES COMUNES: Apriete insuficiente (acoplamiento flojo, mala respuesta en frecuencia), apriete excesivo (daños al sensor o al perno), no usar una llave dinamométrica.

5.2.2. Montaje adhesivo (acelerómetros)

1. ACCIÓN: Prepare la superficie de montaje según lo indicado en la Sección 5.1.
2. ACCIÓN: Aplicar adhesivo industrial.

VALORES ESPECÍFICOS: Mezcle el adhesivo epoxi de dos componentes según las instrucciones del fabricante. Aplique una capa fina y uniforme (por ejemplo, de 0,5 a 1,0 mm de espesor) sobre la base del sensor o directamente sobre la superficie preparada de la máquina.

INDICADORES VISUALES: El adhesivo está distribuido uniformemente. No hay burbujas de aire. Asegúrese de que el adhesivo no obstruya las roscas del conector.

ERRORES COMUNES: Aplicar demasiado adhesivo (amortigua la vibración), aplicar muy poco (mala adherencia), no mezclar bien.

3. ACCIÓN: Coloque y fije el sensor.

VALORES ESPECÍFICOS: Presione firmemente el sensor sobre la capa adhesiva, girándolo ligeramente para eliminar las burbujas de aire. Aplique una presión constante durante 30-60 segundos. Asegúrese de que la orientación del sensor sea correcta (por ejemplo, que el eje sensible esté alineado). Mantenga una temperatura ambiente de 20-25 °C (68-77 °F) para un curado óptimo.

INDICADORES VISUALES: El sensor está al ras de la superficie. El exceso de adhesivo se ha distribuido uniformemente alrededor de la base. El sensor permanece inmóvil.

ERRORES COMUNES: No sujetar el sensor el tiempo suficiente, lo que permite que se desplace durante el curado inicial. Orientación incorrecta.

4. ACCIÓN: Deje que el adhesivo se seque.

VALORES ESPECÍFICOS: Consulte la ficha técnica del fabricante del adhesivo para conocer el tiempo de curado completo. El curado inicial típico para manipulación es de 4 a 6 horas, y el curado completo para funcionamiento es de 24 horas a 22 °C (72 °F) . Los tiempos de curado varían con la temperatura; las temperaturas más bajas prolongan significativamente el tiempo de curado.

INDICADORES VISUALES: El adhesivo es duro y no pegajoso. El sensor está fijado de forma rígida.

ERRORES COMUNES: Aplicar vibración al sensor antes del curado completo, lo que compromete la unión.

5.2.3. Soporte magnético (acelerómetros)

1. ACCIÓN: Prepare la superficie de montaje según lo indicado en la Sección 5.1.
2. ACCIÓN: Fije la base magnética.

VALORES ESPECÍFICOS: Asegúrese de que la base magnética esté limpia y libre de partículas ferrosas. Para una calidad de datos óptima, utilice una base magnética plana (se recomiendan imanes de tierras raras) sobre una superficie ferromagnética perfectamente plana. Evite superficies pintadas. Asegúrese de que la fuerza de atracción magnética mínima sea de 150 N (33,7 lbf) para una fijación segura.

INDICADORES VISUALES: La base magnética se adhiere firmemente a la superficie. No se balancea ni se mueve. El sensor está rígidamente sujeto al imán.

ERRORES COMUNES: Utilizarlo sobre materiales no ferrosos, superficies pintadas o láminas metálicas delgadas que puedan resonar. Este método está diseñado principalmente para mediciones temporales o monitoreo basado en rutas, no para monitoreo continuo en línea.

5.2.4. Instalación de la sonda de proximidad (para cojinetes de película fluida)

1. ACCIÓN: Instale el soporte de montaje.

VALORES ESPECÍFICOS: Fije el soporte a la carcasa de la máquina con los herrajes adecuados. Asegúrese de que el soporte sea rígido y permita un ajuste preciso de la punta de la sonda. Apriete los pernos de montaje según las especificaciones del fabricante (por ejemplo, 20-25 Nm / 15-18 ft-lb para pernos M10 ).

INDICADORES VISUALES: El soporte está firmemente sujeto, sin movimiento ni flexión. Los pernos de montaje están apretados con el par de torsión adecuado.

ERRORES COMUNES: Utilizar un soporte endeble que introduzca vibraciones o movimientos innecesarios.

2. ACCIÓN: Instale la sonda de proximidad en el soporte.

VALORES ESPECÍFICOS: Enrosque la sonda en el soporte hasta que su punta quede aproximadamente a 2,5 mm (100 milésimas de pulgada) de la superficie del eje. Asegúrese de que la sonda esté perpendicular a la superficie del eje, con una desalineación máxima de ±0,5 grados .

INDICADORES VISUALES: La punta de la sonda no interfiere con la rotación del eje. El cuerpo de la sonda está bien sujeto al soporte. Utilice una escuadra de precisión para comprobar la perpendicularidad.

ERRORES COMUNES: Dañar la punta de la sonda al golpear el eje durante la instalación. Perpendicularidad incorrecta.

3. ACCIÓN: Ajuste la separación de la sonda.

VALORES ESPECÍFICOS: Con un comparador de cuadrante o galgas de espesores, ajuste con precisión la distancia entre la punta de la sonda y el eje (separación). La separación de funcionamiento típica para una sonda de 5 mm es de 1,25 a 1,90 mm (50 a 75 milésimas de pulgada) . Consulte la documentación del fabricante para obtener valores específicos. Una vez ajustada la separación, fije la sonda en su posición. Verifique la lectura de la separación con la salida de voltaje de CC del controlador/oscilador-demodulador de la sonda (por ejemplo, de -8 VCC a -12 VCC para una sonda de 200 mV/milésima de pulgada, donde -10 VCC suele corresponder al rango medio de sensibilidad).

INDICADORES VISUALES: La separación física medida coincide con el valor objetivo. La salida de voltaje CC de la unidad controladora confirma el ajuste de la separación según la sensibilidad de la sonda (por ejemplo, -10 V CC para una sonda de rango completo de 10 V/mm y 5 mm, ajustada a una separación de 2,5 mm).

ERRORES COMUNES: Ajuste incorrecto de la separación (lo que provoca una respuesta no lineal o daños en la sonda), no comprobar la salida de CC.

4. ACCIÓN: Medir la desviación eléctrica.

VALORES ESPECÍFICOS: Gire lentamente el eje manualmente (si es seguro y factible) o utilice un mecanismo de giro. Registre la variación pico a pico de la tensión de CC de salida del controlador de la sonda. Esta variación es la excentricidad eléctrica, que idealmente debería ser inferior al 25 % de la amplitud de vibración total admisible para la máquina. Si la excentricidad es excesiva (p. ej., >0,025 mm / 1 mil), investigue las imperfecciones de la superficie del eje (arañazos, magnetización) o reevalúe la posición de la sonda.

INDICADORES VISUALES: Salida de voltaje CC estable durante la rotación del eje o fluctuación mínima dentro de los límites aceptables.

ERRORES COMUNES: Ignorar la excesiva fluctuación eléctrica, que puede enmascarar la vibración mecánica real.

5.3. Instalación y gestión de cables

1. ACCIÓN: Enrutar los cables de los sensores.

VALORES ESPECÍFICOS: Aleje los cables de fuentes de calor (>60 °C / 140 °F), bordes afilados y líneas eléctricas de alta tensión (>1000 V). Mantenga una separación mínima de 300 mm (12 pulg.) de los cables de alimentación sin blindaje y de 150 mm (6 pulg.) de los cables de alimentación blindados.

INDICADORES VISUALES: Los cables siguen una trayectoria clara, evitando posibles zonas de daño. No presentan dobleces ni torceduras excesivas (el radio de curvatura mínimo suele ser de 5 a 10 veces el diámetro del cable).

ERRORES COMUNES: El tendido desordenado de cables, que puede provocar daños o interferencias en la señal.

2. ACCIÓN: Asegure los cables.

VALORES ESPECÍFICOS: Utilice bridas o abrazaderas de grado industrial cada 300-500 mm (12-20 pulg.) a lo largo del recorrido del cable. Asegúrese de que los prensaestopas en las cajas estén correctamente apretados a 1,5-2,0 Nm (13-18 pulg-lb) para un sellado hermético (IP67/NEMA 4X).

INDICADORES VISUALES: Los cables están firmemente sujetos, sin secciones sueltas ni caídas. Los prensaestopas están bien ajustados.

ERRORES COMUNES: Apretar demasiado las bridas de los cables (pueden pellizcar los conductores), soporte insuficiente que provoca fallos por fatiga.

3. ACCIÓN: Conecte los cables a los sensores y al sistema de adquisición de datos.

VALORES ESPECÍFICOS: Asegúrese de que los conectores estén limpios y secos. Para conectores roscados (p. ej., MIL-C-5015), apriete a mano hasta que queden firmes y luego use una llave para girar de 1/8 a 1/4 de vuelta más. Para conectores BNC, gire hasta que quede bien ajustado. Verifique las conexiones de puesta a tierra/apantallamiento adecuadas en el DAS para evitar bucles de tierra. El apantallamiento debe estar conectado a tierra solo en un extremo, normalmente en el DAS. Mida la continuidad desde la carcasa del sensor hasta el punto de tierra del DAS para confirmar la continuidad adecuada del apantallamiento (objetivo <1 Ohm).

INDICADORES VISUALES: Los conectores están completamente acoplados y seguros. No hay conductores expuestos. El multímetro confirma la integridad de la conexión a tierra.

ERRORES COMUNES: Conexiones sueltas (señal intermitente), blindaje inadecuado (ruido), cableado incorrecto (daños en el sensor).

5.4. Verificación de la respuesta en frecuencia (acelerómetros)

1. ACCIÓN: Conecte el sensor a un generador/agitador de señales y a un sistema de adquisición de datos.

VALORES ESPECÍFICOS: Asegúrese de que el vibrador esté estable y aislado. Configure el generador de señales para que emita una señal sinusoidal de baja amplitud (por ejemplo, aceleración RMS de 1 g ). Configure el DAS para que registre la forma de onda temporal y el espectro FFT.

INDICADORES VISUALES: El agitador funciona correctamente. El DAS muestra una forma de onda sinusoidal clara.

ERRORES COMUNES: Sobrecargar el vibrador o el sensor. Configuración incorrecta del DAS.

2. ACCIÓN: Realizar un barrido de frecuencia.

VALORES ESPECÍFICOS: Varíe lentamente la frecuencia del generador de señales desde 5 Hz hasta 5 kHz (o el límite superior de frecuencia del sensor). Registre la amplitud de salida del sensor a intervalos de 1/3 de octava (por ejemplo, 5, 6,3, 8, 10, 12,5, …, 5000 Hz).

INDICADORES VISUALES: El DAS muestra picos de frecuencia crecientes en la FFT. La amplitud registrada debe permanecer relativamente constante en todo el rango de frecuencia dentro de la tolerancia especificada del sensor (por ejemplo, ±3 dB ).

ERRORES COMUNES: Barrido demasiado rápido, pérdida de puntos de frecuencia críticos. No permitir que la señal se estabilice en cada punto.

3. ACCIÓN: Verificar la respuesta en frecuencia.

VALORES ESPECÍFICOS: Compare la curva de amplitud frente a frecuencia registrada con el certificado de calibración del sensor y las especificaciones típicas. La salida del sensor debe estar dentro de la banda de tolerancia especificada por el fabricante (p. ej., ±5 % o ±3 dB ) en todo su rango de frecuencia nominal. Una caída significativa o un pico de resonancia fuera de las especificaciones indica un sensor defectuoso o un problema de montaje.

INDICADORES VISUALES: El gráfico muestra una respuesta de frecuencia plana dentro de los límites especificados.

ERRORES COMUNES: Aceptar un sensor con una respuesta de frecuencia degradada, lo que conlleva datos inexactos en ciertas frecuencias.

5.5. Configuración de alarmas (sistemas de monitorización en línea)

1. ACCIÓN: Acceda al software del sistema de monitorización en línea.

VALORES ESPECÍFICOS: Inicie sesión con las credenciales adecuadas. Asegúrese de que el software se comunica con todos los sensores instalados.

INDICADORES VISUALES: El software muestra datos en tiempo real de todos los canales. Sin errores de comunicación.

ERRORES COMUNES: Usar credenciales de inicio de sesión incorrectas, problemas de red.

2. ACCIÓN: Establecer umbrales de alarma.

   VALORES ESPECÍFICOS: Defina los umbrales de alarma (alerta) y peligro (crítico) según las normas pertinentes (p. ej., ISO 10816-1, ISO 10816-3 para las clases de máquinas I-IV), las especificaciones del fabricante de equipos originales y los datos históricos de referencia. Para maquinaria de uso general, los niveles de alarma típicos podrían ser de 4,5 mm/s RMS (0,18 pulg/s RMS) y los niveles de peligro de 7,1 mm/s RMS (0,28 pulg/s RMS) de velocidad, pero las aplicaciones específicas variarán. Para el desplazamiento en cojinetes de deslizamiento, la alarma podría ser de 50 µm (2 mil) de pico a pico , y el peligro de 100 µm (4 mil) de pico a pico .

   INDICADORES VISUALES: El software muestra la configuración de alarma activa. Las alarmas de prueba se activan correctamente con entradas simuladas.

   ERRORES COMUNES: Configurar las alarmas con una sensibilidad demasiado alta (falsas alarmas, fatiga por alarmas) o demasiado baja (no detectar fallos críticos). No tener en cuenta la carga de la máquina ni los cambios de velocidad.

3. ACCIÓN: Configure los retardos de alarma y la histéresis.

VALORES ESPECÍFICOS: Implemente retardos de alarma (p. ej., de 5 a 10 segundos ) para evitar que los picos transitorios activen falsas alarmas. Configure la histéresis (p. ej., entre un 5 % y un 10 % por debajo del umbral de alarma ) para evitar que las alarmas oscilen rápidamente alrededor del punto de ajuste. Configure los métodos de notificación (p. ej., correo electrónico al equipo de mantenimiento, SMS al técnico de guardia).

INDICADORES VISUALES: Las alarmas responden de forma predecible ante desviaciones prolongadas por encima de los umbrales. Las notificaciones son recibidas por el personal designado.

ERRORES COMUNES: No usar retardos/histéresis, lo que provoca falsas alarmas. Configuración incorrecta de las notificaciones.

6. Lista de verificación posterior al mantenimiento

7. Guía de solución de problemas

8. Programa de mantenimiento recomendado

9. Referencia de piezas de repuesto

Para consultar la selección completa de componentes y accesorios certificados para la monitorización de vibraciones, visite el catálogo electrónico de UNITEC-D .

10. Referencias

• ISO 10816-1:1995: Vibración mecánica — Evaluación de la vibración de máquinas mediante mediciones en piezas no giratorias — Parte 1: Directrices generales.
• ISO 10816-3:2009: Vibración mecánica — Evaluación de la vibración de máquinas mediante mediciones en partes no giratorias — Parte 3: Máquinas industriales con potencia nominal superior a 15 kW y velocidades nominales entre 120 r/min y 15 000 r/min medidas in situ.
• API 670:2014: Sistemas de protección de maquinaria. Instituto Americano del Petróleo.
• ANSI/ASA S2.46-1989 (R2019): Métodos para la calibración de sensores de vibración e impacto.
• NFPA 70E: Norma para la seguridad eléctrica en el lugar de trabajo. Asociación Nacional de Protección contra Incendios.
• OSHA 29 CFR 1910.147: Control de energía peligrosa (Bloqueo/Etiquetado).
• Documentación del fabricante original para maquinaria específica y equipos de monitorización de vibraciones.