Aplicación de sensores MEMS en la detección de vibraciones en equipos industriales
La detección de vibraciones en equipos industriales se ha convertido en un componente fundamental del mantenimiento predictivo. Los cambios en las señales de vibración pueden indicar posibles fallos, como desgaste de rodamientos, engrane anormal de engranajes y desequilibrio del rotor. Los sensores MEMS (sistemas microelectromecánicos), con sus ventajas de miniaturización, alta sensibilidad y bajo coste, están sustituyendo gradualmente a los sensores piezoeléctricos tradicionales y convirtiéndose en la tecnología dominante para la detección de vibraciones. A continuación, se presentan las principales aplicaciones y características técnicas de los sensores MEMS en la detección de vibraciones en equipos industriales.
(1) Monitoreo de maquinaria rotativa en equipos industriales
En equipos industriales como motores, bombas, ventiladores, compresores, reductores, generadores y turbinas, los sensores de vibración MEMS pueden detectar vibraciones causadas por una distribución desigual de la masa en componentes rotativos, así como vibraciones resultantes de la desalineación de los ejes en los acoplamientos (incluyendo desalineación paralela y angular). En caso de fallos en los rodamientos, los sensores de vibración MEMS detectan daños incipientes en rodamientos o cojinetes deslizantes (como picaduras, desconchado, grietas y desgaste).
(2) Monitoreo de condiciones y mantenimiento predictivo
Los sensores de vibración MEMS son compactos y de bajo consumo, lo que los hace ideales para su instalación en equipos críticos, lo que permite la adquisición continua de datos de vibración y la monitorización en línea del estado. Mediante el análisis de los cambios de tendencia, las características espectrales (como las frecuencias características de falla), el análisis de la envolvente, etc., de las señales de vibración, se puede proporcionar una alerta temprana de fallos en los equipos.
(3) Detección de choques y eventos transitorios
Los acelerómetros MEMS tienen características de respuesta de banda ancha (respuesta de CC) y pueden detectar eventos como impacto, colisión y vibración transitoria causada por la apertura y el cierre de válvulas, que pueden causar daños al equipo o indicar problemas potenciales.
El bajo coste de los sensores MEMS es el factor más importante que impulsa su implementación a gran escala. Su precio es mucho menor que el de los sensores de vibración industriales tradicionales, lo que permite la implementación económica de una gran cantidad de sensores en un solo dispositivo o en múltiples puntos de medición. Su consumo energético extremadamente bajo los hace ideales para aplicaciones de redes de sensores inalámbricas alimentadas por batería, lo que permite un funcionamiento a largo plazo sin necesidad de mantenimiento. Los sensores MEMS son compactos y ligeros, con un efecto de carga (efecto de masa) prácticamente nulo sobre el objeto a medir. Ofrecen flexibilidad en métodos de instalación, como la unión y la atracción magnética, lo que los hace especialmente adecuados para dispositivos pequeños o espacios reducidos.
La limitación de la respuesta de alta frecuencia de los sensores MEMS es la principal limitación en el campo de la detección de vibraciones. Los sensores piezoeléctricos tradicionales cubren fácilmente el rango de frecuencia de 10 kHz o incluso superior (como 40 kHz), mientras que los sensores MEMS de grado industrial suelen alcanzar una respuesta plana en el rango de 3 kHz a 10 kHz. Esto debilita la capacidad de detectar fallas tempranas en rodamientos de ultraalta velocidad (cuya frecuencia característica de falla puede ser alta) o en componentes de alta frecuencia del engranaje, y requiere una selección cuidadosa de los modelos de sensor según el rango de frecuencia característico del equipo probado. Además, los sensores MEMS estándar, ya sean de consumo o de grado industrial, suelen operar a temperaturas que oscilan entre -40 °C y +85 °C o +105 °C. Para ciertos entornos industriales (como cerca de motores y turbinas), pueden requerirse MEMS especializados de alta temperatura (hasta +125 °C o superior) o medidas de aislamiento. Los sensores piezoeléctricos suelen tener un rango de selección de temperatura más amplio.
El sensor de vibración MEMS ACM-1000, fabricado por Micro-Magic Inc., está diseñado según estándares industriales y utiliza tecnología de filtrado digital para reducir eficazmente el ruido de medición y mejorar la precisión. Es adecuado para diversas aplicaciones, como pruebas de vibración, impacto y choque.
El ACM-1000 puede generar directamente la velocidad, el ángulo, la amplitud (desplazamiento), la frecuencia y la temperatura de la vibración en tres ejes de un objeto, y determinar si el objeto medido (puente, ventilador, medición y monitoreo en tiempo real de la vibración de los rodamientos de maquinaria rotativa) presenta daños, lo que facilita el análisis de datos. Por ejemplo, las fallas de la máquina causadas por fallas en el sistema de ejes (desgaste de las palas, desequilibrio dinámico, mala alineación), fallas en los rodamientos (daños, lubricación deficiente, colisión, holgura), fallas de la transmisión (desgaste de engranajes, correas, acoplamientos, picaduras y desprendimiento de engranajes), etc., se pueden detectar con antelación mediante sensores de vibración para emitir alarmas, lo que evita que la máquina continúe funcionando en condiciones adversas y cause daños.
Indicadores de rendimiento ACM-1000
Parámetro | Artículo | ACM-1000 |
Eje de medición |
| X、Y、Z（opcional） |
Exactitud | Velocidad de vibración | 1 mm/s |
Ángulo de vibración | 0,001°/s | |
Amplitud de vibración | 0,001 mm | |
Frecuencia de vibración | 1 Hz | |
Compensación de temperatura | -40 ~ +85℃ | |
Rango | Velocidad de vibración（0-50 mm/s），Ángulo de vibración（0 ~ 180°） | |
Amplitud de vibración（desplazamiento 30mm），Frecuencia de vibración（1~100 Hz） | ||
Ancho de banda（3DB） | 500 Hz | |
Además, Micro-Magic Inc. también ha lanzado los acelerómetros de alta precisión de las series ACM-100, ACM-200 y ACM-300, que se adaptan a diferentes escenarios de aplicación y son adecuados para diversos campos industriales, como pruebas de vibración, pruebas de impacto, monitoreo de fatiga y predicción. Esto facilita a los clientes una configuración flexible según las diferentes aplicaciones.
Los sensores MEMS están revolucionando el campo de la detección de vibraciones en equipos industriales gracias a sus ventajas de coste disruptivo, bajo consumo de energía, tamaño compacto y fácil integración digital. Reducen considerablemente el umbral para la monitorización de estado y el mantenimiento predictivo, lo que permite la monitorización continua en una gama más amplia de dispositivos y más puntos de medición, especialmente en el análisis de vibraciones en el rango de frecuencias medias y bajas (como desequilibrio, desalineación, fallo prematuro de rodamientos, holgura, etc.) y la construcción de redes de monitorización inalámbrica a gran escala.
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