Si esto puede ser detectado, entonces el operario lo advierte o el cierre inmediato puede salvaguardar la maquinaria del fracaso catastrófico. Una técnica sencilla del descubrimiento puede ser basada en la vibración — donde un aumento en la vibración de la maquinaria es utilizado para provocar una alarma o un cierre. Es un hecho conocido que la vibración de la maquinaria aumenta cuándo hay problemas de cojinetes, engranajes agrietados, falta o contaminación de lubricantes, desbalance, holgura, y desalineación llegan a ser peores.
Para tales aplicaciones, el mecanismo utilizado para detectar el aumento de la vibración y provocar una alarma o el cierre es llamado un interruptor de vibración. Un interruptor de vibración puede ser utilizado también para poner sobre aviso a un operario de una disminución en los niveles de vibración — como cuando un motor deja de funcionar.
El monitoreo continuo de los aumentos y disminuciones en la vibración ayuda a evitar los costosos cierres imprevistos al detectar los defectos de la maquinaria antes de que llegan a ser acontecimientos catastróficos. El descubrimiento temprano es esencial para el mantenimiento eficiente de la máquina, así como para proteger el equipo de un daño adicional durante una condición de problemas. El adelanto en la tecnología de interruptores de vibración de mecánicos a electrónicos ha ofrecido un instrumento muy útil para los ingenieros de mantenimiento, ofreciendo una mejor planeación y menos dolores de cabeza al sostener el desempeño del equipo y su longevidad.
El estilo clásico de un interruptor electrónico de vibración utiliza un sensor de vibración ya sea integrado o remotamente localizado, cuya señal eléctrica es condicionada y monitoreada. El mecanismo del interruptor en si es un tablero de circuitos con un relevo mecánico que es albergado típicamente en un cerco electrónico. La red de circuitos monitorea la señal generada de la vibración del sensor contra un valor de umbrales preestablecidos y activa el relevo cuando un excedente es encontrado. Tales dispositivos son voluminosos para montar en una máquina, tienen una gama limitada, requieren una fuente separada de energía, y requieren cableado individual a su respectivo controlador lógico programable (PLC) o dispositivo de alarma. Para vencer algunas de las complejidades y defectos del estilo clásico del interruptor electrónico de vibración, un nuevo, inteligente, de dos-cables, interruptor de estado sólido de vibración ha sido desarrollado. El principio operacional para este nuevo interruptor es mostrado en la figura 1.
Este interruptor inteligente de dos-cables es un nuevo tipo de dispositivo para la protección de la maquinaria. Ha sido diseñado para ser un instrumento rentable y efectivo para generar una alarma o iniciar el cierre de maquinaria de tamaño pequeño a mediano, de motores eléctricos, bombas, ventiladores y compresores. El dispositivo es enteramente independiente dentro de una caja herméticamente sellada e inoxidable de acero. Con su conector eléctrico, de tipo MIL y de 2 pins, la apariencia de la unidad es muy semejante a un acelerómetro industrial. La unidad es sencilla de instalar y virtualmente universalmente compatible con cualquier tipo de carga, relevo, sistema de monitoreo, o dispositivo de control. En muchos casos el interruptor inteligente de la vibración de dos-cables será el único dispositivo necesario para la protección permanente de la maquinaria.
El hecho de que los interruptores ahora tienen la habilidad de ser montados e instalados como un sensor (ver la Figura 2) permite una fácil introducción en la maquinaria existente de la planta. Los ingenieros de sistemas no están lanzando una tecnología completamente nueva que es extraña a los supervisores del mantenimiento, quienes serán responsables de su mantenimiento. Su diseño extraordinario de dos cables permite configuraciones estándares de cables que reflejan acelerómetros existentes. En muchos casos, los repuestos y los cables son ya partes del inventario de la planta. Funcionalmente, la unidad incorpora un acelerómetro piezoeléctrico, la señal que condiciona la electrónica, un microprocesador, y un interruptor de estado sólido con una capacidad de carga de 500 mA. Esta unidad es relativamente pequeña con una altura de 2,75” y un diámetro de 1-1/4”. Su peso es de 7 onzas. Su tamaño pequeño y su ligero peso ofrecen una respuesta excelente de la frecuencia y una baja sensibilidad del eje comparado con dispositivos alternativos.
El interruptor inteligente de la vibración opera con dos cables. Se instala en series con una carga y su fuente de poder de formar un lazo. En este caso, la carga es el dispositivo de alarma o el cierre, tal como un PLC, anunciador, o rollo de relevo. Para vigorizarse, el interruptor de la vibración toma la energía de la fuente de poder de la carga. Cuándo se encuentra un excedente, el interruptor es activado y el circuito de poder de la carga es completado para facilitar la alarma o el cierre deseado.
El interruptor inteligente de vibración es instalado al atornillarlo en un orificio roscado de una montura en la superficie de la maquinaria. Durante la operación, el sensor de la vibración genera una señal analógica que es proporcional a la aceleración de la vibración presente en la ubicación instalada. Esta señal es amplificada, es filtrada, es integrada (a la velocidad), digitalizada, e interrogada por el microprocesador. El microprocesador compara la señal de la velocidad de rms contra el valor programado del umbral y activa el interruptor cuando un excedente es encontrado.
El valor programado del umbral es el límite superior de la vibración aceptable para la máquina específica que opera dentro de su aplicación particular. Este valor puede ser diferente para máquinas diferentes, o aún para máquinas idénticas que operan bajo condiciones diferentes. Si el límite de la vibración puede ser determinado, entonces un interruptor de vibración con un valor fijo de umbral puede ser desplegado. A menudo, sin embargo, este límite no es conocido, haciendo la habilidad de ajustar el valor de umbral, en el campo, un requisito. Para sostener la adaptabilidad de campo del valor del umbral, el interruptor inteligente de vibración ofrece una opción llamada Umbral Magnéticamente Ajustable de la Vibración (MAVT™). Esta opción proporciona una manera efectiva y fácil de cambiar y poner el valor del umbral en cualquier ubicación.
La opción de MAVT agrega un sensor magnéticamente accionado dentro de la caja del interruptor inteligente. Este sensor es activado tocando la caja del interruptor, en la ubicación apropiada, con un imán fuerte y permanente. Esta acción entonces inicia un proceso dentro del microprocesador para cambiar el valor del umbral. Durante este proceso, la vibración experimentada por el interruptor inteligente es promediada sobre un período fijo de la muestra de aproximadamente 30 segundos. Este valor medio de la vibración entonces es duplicado y este nuevo valor (2 X medida promedio) llega a ser configurado como el nuevo valor del umbral. Este proceso es enteramente automático y no requiere dispositivos adicionales de calibración ni de instrumentación. Con la capacidad del MAVT, el interruptor inteligente puede ser instalado sencillamente en maquinaria que opera normalmente, tocada con un imán fuerte y permanente, y entonces, en acerca de 30 segundos, todo esta liso para empezar a proteger la maquinaria contra el fracaso catastrófico potencial. Adicionalmente, para lograr una configuración mas precisa del valor del umbral, el interruptor de la vibración puede ser montado a un controlador de vibración para experimentar la amplitud mensurable de la vibración. En este escenario el valor del umbral será puesto a 2 X la amplitud de la vibración del controlador.
La capacidad de MAVT permite una fácil instalación en un pieza de maquinaria; incluso sin saber nada acerca de sus frecuencias naturales. Nunca antes la protección de interruptores había sido algo fácil de instalar. La integración de este tipo de tecnología ya no requiere el análisis extenso de la vibración o el tanteo para llegar a ser seguro.
Como se menciono previamente, el interruptor inteligente deriva su poder de excitación de la fuente de poder utilizada para vigorizar la carga con que el interruptor es conectado en serie. Este arreglo, que es mostrado en la Figura 3, sirve para restringir la cantidad del paso de la corriente por el interruptor, que es limitado a 500 mA.
Los requisitos de energía para el interruptor son muy amplios, lo que permite su uso con virtualmente cualquier tipo de carga tal como un PLC, lámpara de anunciador, dispositivo de alarma, el relevo electromecánico, o el relevo de estado sólido. Una variedad de ejemplos de aplicación es mostrada en la figura 4. Específicamente, el interruptor puede ser accionado por cualquier cosa de 24V a 265V, AC o DC. Con el interruptor en su condición abierta hay una corriente de escape de aproximadamente 1 mA, por lo cual en la condición cerrada, el interruptor puede pasar y sostener una corriente de hasta 500 mA con una caída de voltaje de aproximadamente 8V. En circunstancias donde una caída más baja de voltaje es requerida, un interruptor especial puede ser ofrecido, que opera de 10V a 30V DC, y posee una caída de voltaje, en condición cerrada, de DC 1.5V.
Otra característica inteligente del diseño del interruptor de la vibración es que salvaguarda su compatibilidad con los relevos electromecánicos, que es una elección popular para el uso en el cierre de maquinaria y requisitos de alarma. Tales relevos operan con una caída de corriente menor que su toma de corriente. Para ciertos relevos, la corriente de caída podría estar potencialmente cerca a, o menos que, a 1mA de fuga de corriente del interruptor de vibración, por lo tanto comprometiendo exitosamente la caída cuando el interruptor de vibración llega a estar abierto (apagado). Para asegurar la caída exitosa del relevo cuando el interruptor de la vibración vuelve a una posición de abierto, el interruptor de la vibración se girará solo a la posición de apagado por aproximadamente 100 milisegundos. Esta característica es ilustrada en la figura 5. Durante este espacio de tiempo, hay cero corriente de en las salidas del interruptor. Esta acción garantiza la caída apropiado del relevo electromecánico. Para casi todos los relevos electromecánicos, su corriente es apreciablemente más alta que la corriente de escape de mA del interruptor de la vibración, así que hay muy poca oportunidad para la incompatibilidad desde esta perspectiva.
Porque esta unidad es accionada universalmente, puede ser instalada virtualmente dondequiera. Cualquier instalación mecánica de interruptores existente puede ser reemplazada de inmediato con interruptores electrónicos inteligentes de vibración, sin la necesidad de una línea de energía separada de la unidad. Por menos de USD $500 por interruptor, se proporciona una solución muy económica al monitoreo en línea de vibración. El costo de este sistema puede ser justificado por la confiabilidad constante de protección 24/7 de la vibración. No sólo permite que la maquinaria este protegida las veinticuatro horas, también puede ayudar a aminorar y mejorar la ruta de control del análisis basado en la vibración que sólo puede ser seguro si se utiliza efectivamente y es capaz de ser repetido. Esta tecnología no esta pensada para reemplazar el análisis planificado de vibración, sino para actuar como un primer escudo protector contra el fracaso potencial de la maquinaria. Esta tecnología sirve como un papel importante en cualquier industria donde la confiabilidad mecánica es esencial en las operaciones diarias.
El Dr. Zusman tiene un titulo en Electrónica, otro en Monitoreo de Vibración y tiene mas de 30 años de experiencia en instrumentación industrial de monitoreo de vibración. El Dr. Zusman se unió a PCB Piezotronics como Director de Desarrollo de Productos en el 2005. Antes fue Director de Ingenieria y después presidente de Metrix Instruments, Co. / PMC-Beta. El Dr. Zusman comenzó su carrera en ingenieria en una de las principales universidades de Moscu, Rusia. Tiene cerca de 20 patentes y es autor de más de 100 publicaciones técnicas.
Ray Limburg es un Especialista Técnico de Marketing de PCB Piezotronics,Inc., y tiene un titulo de Ingeniería Interdisciplinaria y Administración de la Universidad de Clarkson. Desde 1982 ha tenido varios cargos de ventas, administración de producto, y marketing relacionados a sensores e instrumentación para prueba y medida y los requisitos del control del proceso.
Joseph P. Jank de Búfalo, NY es el Gerente de Producto para la división de Sensores de IMI de PCB Piezotronics; especializando en la nueva línea de interruptores electrónicos de vibración y equipo de monitoreo industrial de vibración.
