El mejor Analizador de Vibraciones

El mejor Analizador de Vibraciones, cómo elegirlo

 

¿Qué es un analizador de vibraciones / Colector de datos?

El analizador de vibraciones es un instrumento utilizado para medir y estudiar la vibración producida tanto por maquinaria como por estructuras. A diferencia de los medidores de vibración comunes que únicamente dan un valor numérico, los analizadores utilizan herramientas más avanzadas usualmente basadas en el algoritmo FFT para separar las frecuencias y por lo tanto diferenciar las causas que la originan.

La mayoría de los analizadores de vibraciones son capaces de guardar las mediciones y organizarlas para futuro análisis, así como generar tendencias de cada máquina. Esta función se le conoce también como colector de datos.

¿Tiene tiempo? Saber lo que deberá buscar en un analizador es muy interesante, así que vaya por una taza de café y ¡Ahí va!

En qué me puede ayudar un Analizador de Vibraciones

El principal objetivo de los equipos de análisis de vibraciones es detectar defectos en la maquinaria anticipando un paro no programado y evitar así el costo económico que representa un paro inesperado durante la producción. Por otro lado, estos equipos ayudan a identificar la causa de la vibración con sólo su medición evitando medios invasivos de diagnóstico. Es decir que, si por ejemplo la falla es la pista interna de un rodamiento, nos evitará tener que desarmar la máquina para darnos cuenta de ello.

Tipos de analizadores de vibración

No existe en realidad tal cosa como “tipos de analizadores de vibración”, sin embargo, podemos clasificarlos por:

  1. Número de canales de entrada
  2. Líneas de resolución
  3. Resolución
  4. Rango de frecuencia
  5. Funciones adicionales como Balanceo y ODS (simulaciones en 3D)
  6. Tipos de sensor de vibración que acepta
  7. Su portabilidad
  8. Soporte técnico y refacciones
  9. Precio y costo anual (en algunos casos)

1- Número de canales de entrada:

Podemos encontrar en el mercado analizadores de vibraciones con diferente número de canales de entrada, siendo los más comunes 2 y 4 canales, lo que significa que el dispositivo será capaz de medir simultáneamente dicha cantidad de sensores. 2 canales son usualmente suficientes para funciones como el balanceo, análisis de fase, gráfico de Bode, ODS (estas funciones las explicaré en otro artículo), sin embargo, para utilizar acelerómetros triaxiales o bien para poder hacer balanceos en 2 planos simultáneamente serán necesarios los 4 canales.

2-3- Líneas de resolución (LR) y Resolución:

El número líneas de resolución define la cantidad de puntos que conforman un espectro. Aunque el término correcto sería “Puntos”, el término “Líneas” se sigue utilizando probablemente debido a que se usaba en un principio mayormente en audio y ecualización ya que sus FFT se graficaban en forma de barras (o líneas).

Las líneas de resolución en ocasiones están mal asociadas a la resolución de un espectro, sin embargo, esto no es del todo correcto. Las LR no hacen diferencia si el rango de frecuencia que abarcan es grande o pequeño, de manera que cuando se tiene un rango de frecuencia menor se observará una mejor resolución que al tener un rango mayor. Observe el siguiente ejemplo:

Suponiendo que seleccionamos 6,400 LR veamos los siguientes 2 casos

Frecuencia Máxima de 10,000 Hz: 10,000 / 6,400 = 1.56 Hz (93 CPM) sad

Frecuencia Máxima de 1,000 Hz: 1,000 / 6,400 = 0.156 Hz (9.3 CPM) smile

En el segundo caso tenemos una Resolución 10 veces mayor a la del primero.

En otras palabras, cuando buscamos precisión en un espectro es usualmente cuando requerimos diferenciar entre dos frecuencias que se encuentran cercanas una de otra. Imagine un ventilador con transmisión por poleas en la que las poleas fueran de diámetros muy similares y que trabajen a solo unas RPMs de diferencia entre ellas.

Para separar el desbalanceo del motor y del ventilador necesitará suficiente resolución para lograr que las dos frecuencias se muestren en picos independientes en el FFT y medir la amplitud de cada una. En caso de que nuestras líneas de resolución máximas fueran de 6,400 tendríamos que sacrificar nuestra frecuencia máxima obteniendo un rango de entre 200 a 400 Hz y no el rango completo del acelerómetro.

En conclusión, las líneas de resolución son un factor muy importante en la elección de un Analizador de Vibraciones ya que de ello dependerá la resolución que podamos alcanzar y cuando tendremos que sacrificar en ancho de frecuencia para alcanzarla. Por supuesto, los equipos que cuentan con millones de líneas de resolución rara vez tendrán que sacrificar ancho de frecuencia para alcanzar una excelente resolución.

4- Rango de frecuencia:

El rango de frecuencia de un analizador de vibraciones está determinado por dos factores: el muestreo máximo que pueda tomar y la frecuencia máxima que el acelerómetro puede medir. Se le conoce como muestreo (Sample Rate) a la cantidad de mediciones que un equipo puede efectuar durante 1 segundo. La frecuencia máxima que este equipo podrá alcanzar será de la mitad de su frecuencia de muestreo, por lo que, si un equipo puede muestrear a 20 kHz, entonces la frecuencia máxima que podrá ver será de 10 kHz[1]. Piénselo de esta manera, si tuviéramos una señal de 1 Hz (1 ciclo por segundo) para poder ver su forma de onda, es decir tanto en su parte negativa como en la positiva tendríamos que hacer una medición al menos 2 veces por ciclo.

Los acelerómetros por su parte tienen una frecuencia máxima y mínima (usualmente 1 Hz a 10 kHz) a la que pueden medir con exactitud, por fuera de estos límites la sensibilidad puede variar drásticamente por lo que no es recomendable hacer mediciones fuera de su rango.

En general el rango de frecuencia de un analizador de vibraciones casi siempre es mayor al rango de frecuencia de los acelerómetros convencionales, sin embargo tener un rango amplio nos dará la libertad para conectar sensores con rangos mayores.

[1]En realidad, aquí interviene también la frecuencia de Nyquist que veremos mas adelante, así que en realidad el divisor no es 2 sino 2.56

5- Funciones específicas o avanzadas:

¿Ha llegado hasta aquí? Excelente 😊 ahora consiéntase un poquito y vaya por unas galletitas o un dulce, que esto se pone aún mejor.

Por fin pasamos a la parte que más me gusta. Las funciones de los analizadores son probablemente la parte que más cambia entre un analizador y otro. Empezaré por enumerar las funciones más importantes que todo analizador tiene, o al menos debería de tener y éstas son:

FFT: Espectro, es la parte medular de un analizador de vibraciones, prácticamente todas las funciones de análisis vibracional pasan por este proceso. No olvidar sus herramientas de medición y Funciones de ventaneo: Rectangular, Hanning, Hamming, FlatTop

FFT

FFT

Mire una definición del FFT aquí:

https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_Fourier_transform

Análisis de Señal en el tiempo: Es la señal graficada tal y como viene del sensor. Aunque este es un paso previo al FFT, no se utiliza tanto debido a que su entendimiento es menos evidente.

Time Waveform

Señal en el Dominio del Tiempo

Parámetros de medición: Aceleración, Velocidad, Desplazamiento y Envolvente de Aceleración (Demodulación o equivalente) (Esta última es importante para detectar daños en rodamientos y engranes)

Colector de datos: Al menos debería de tener un mecanismo para guardar y organizar las mediciones de las máquinas para poder llevar un historial y tendencia de la maquinaria. Este es uno de los principales factores a tomar en cuenta porque considere que estará lidiando con esta parte del sistema TODOS los días. Así que tener una interfaz de base de datos intuitiva y sencilla de utilizar es vital para evitar pérdidas de tiempo más adelante.

Base de datos de maquinaria. Almacenará toda la información relativa a sus máquinas y todos sus análisis a través del tiempo.

Alarmas de envolvente: Existen muchas herramientas para el análisis de tendencia e historial de vibración, sin embargo, me gusta mencionar ésta porque es particularmente útil. La teoría dice cuales son los niveles de vibración ideales para parte de la maquinaria de la industria, pero

¿Qué hacemos cuando no sabemos cual es el valor ideal?

Aunque esta herramienta no nos indicará cuál es el valor ideal de una máquina, sí nos ayudará a establecer una base para evaluar la cambios precisos en la vibración. Esta herramienta envuelve el espectro completo y en caso de que cualquier frecuencia crezca más del porcentaje que hayamos establecido un indicador nos lo hará saber.

Envelope alarms for vibration analysis

Alarmas de envolvente

Herramientas para crear reportes: Los reportes pueden llegar a ser muy tediosos si se hacen a mano señal por señal, valor por valor.

Balanceo Dinámico: Esta funcionalidad está presente en la gran mayoría de los equipos usualmente como opcional, sin embargo, considere que el desbalanceo es una de las causas más comunes de vibración en la maquinaria, ¿no le gustaría disponer de la herramienta y poder corregir el problema al instante?

Polar graph for balancing

Aplicación de balanceo dinámico en sitio

Análisis de fase: El análisis de fase requiere de la medición de al menos 2 canales simultáneamente y su procesamiento para comparar el momento del movimiento de un sensor con respecto a otro. Esta función es prácticamente indispensable para diagnosticar desalineamiento, entre otras fallas.

Base de datos de rodamientos: Si bien no todos los equipos de vibración cuentan con esta función, es importante debido a que parte del análisis de los rodamientos se hace identificando las frecuencias de fallo dependientes de su geometría. La base de datos de rodamientos es indispensable para la responsable de proporcionar la información de dichas frecuencias.

Funciones Avanzadas

Las funciones avanzadas pueden estar presentes o no en diferentes equipos, e incluso tener nombres distintos a los que voy a mencionar.

ODS: (Operating deflection shapes) Simula el movimiento de toda la máquina en 3D. Es una herramienta que no es tan común pero es excelente para el diagnóstico y sobre todo, es muy fácil de interpretar para cualquier persona, incluso con pocos o nulos conocimientos de análisis de vibración. Es también sin duda una herramienta muy vistosa que vende por ser tan descriptiva.

ODS en el Análisis de Vibraciones

Gráfico de Bode: Más que un gráfico es un estudio para verificar resonancias y modos de vibración durante el paro o arranque de la máquina.

Bode Diagram

Bode Diagram

Órbitas: Es un análisis de vibraciones a dos canales en el que se colocan 2 sensores a 90º, ayudan a analizar el comportamiento del eje dentro del rodamiento, así como también los modos de vibración y resonancias en caso de realizarse por medio de una prueba de paro.

Circular TWF: (Circular Time Wave Form) o forma de onda circular. Esta función es poco frecuente y tiene mucha utilidad para detectar patrones de golpe en el tiempo, como por ejemplo en las cajas de engranes. Básicamente es la misma gráfica en el tiempo graficada de forma circular en la que se puede seleccionar el tiempo en el que queremos que complete los 360º y así superponer varios ciclos. Encontraremos patrones al ver cambios que se superponen en la misma posición.

Circular Time Waveform

Circular Time Waveform

Cascada: Es una representación en 3D del espectro a través del tiempo, muy útil para detectar resonancia y frecuencias naturales.

Cascade plot

Cascade plot

FRF: (Frequency Response Function) o función de transferencia. Es una función muy útil para medir el grado de transferencia de vibración de un material en todas sus frecuencias. Así por ejemplo sabemos que un resorte absorbe mejor las bajas frecuencias, y el hule absorbe mejor las altas frecuencias.

Coherence Function: o función de coherencia es muy útil para comprobar el origen de una vibración. Imagine un cuarto con muchas máquinas, de encontrar una vibración en algún punto del edificio usted podrá determinar cuál de todas las máquinas es la responsable con mucha mayor seguridad.

6- Tipos de sensores:

Acelerómetro: La salida de voltaje es proporcional a la aceleración de la vibración. La mayoría de estos sensores requieren de alimentación ya que contienen pequeños amplificadores y filtros para eliminar el ruido.

Velocímetro: Su señal es proporcional a la velocidad de la vibración. Son de tipo electromagnético por lo que no requieren de alimentación.

Proxímetro: La señal es proporcional al desplazamiento de la vibración. Son sensores de no contacto por lo que son ideales para medir vibraciones y excentricidad de ejes en movimiento.

Los acelerómetros son los más utilizados por los analizadores de vibraciones debido a su excelente rango tanto en frecuencia como en amplitud así como por el bajo ruido que generan. A su vez, la señal de aceleración se puede integrar fácilmente a velocidad y desplazamientos que son parámetros que se usan con más frecuencia en el análisis de la vibración. Es conveniente, sin embargo, que los analizadores tengan la posibilidad de conectarse a otros tipos de sensores debido que existe maquinaria para la cual simplemente el acelerómetro no es la herramienta adecuada. La maquinaria que utiliza rodamientos de aceite es un ejemplo de lo anterior debido a que el aceite amortigua las vibraciones, haciendo que su medición con acelerómetros sea menos fidedigna.

7- Portabilidad:

La portabilidad de un analizador de vibraciones es un aspecto muy importante debido a que estaremos lidiando con esto todos los días, pero por otro lado hay que tomar en cuenta que un equipo muy pequeño pero con poca funcionalidad será una limitante grande.

En cuanto a portabilidad, los tipos generales de analizadores son los siguientes:

Tipo pluma: Más que un analizador de vibraciones es un dispositivo para medir la vibración, la funcionalidad suele ser muy reducida, aunque tienen la gran ventaja de caber hasta en el bolsillo.

De mano: Son dispositivos del tamaño de un teléfono celular. Estos equipos cuentan con pantalla de mayor tamaño y muestran los espectros. Están bien preparados para la toma de rutas. Son muy portátiles y cómodos para su uso. Este tipo de analizadores de vibraciones suelen tener procesadores lentos por lo que el número de líneas de resolución, memoria y funciones son reducidas.

Handheld: Se les conoce como Handheld a los dispositivos que van desde el tamaño de un teléfono celular hasta casi el tamaño de una tablet. A diferencia de una tablet, estos equipos tienen un espesor mayor. Son los más comunes, y sin duda son una buena elección para el uso rudo. Existen muchas marcas y con funcionalidad muy variable. La desventaja es que no son de uso universal por lo que la fabricación es costosa y difícilmente actualizable. Así que algunos de estos equipos siguen teniendo procesadores lentos y con poca memoria, lo que los hace poco funcionales. Adicionalmente, es muy complicado saber que potencia tienen sus procesadores debido a que rara vez aparece en la ficha técnica. Nuestra mejor aproximación para conocer la potencia es evaluar la cantidad de memoria que tienen y la funcionalidad de acuerdo con las funciones de las que presumen. La buena noticia es que la mayoría de estos equipos cuentan con un software para PC para facilitar el análisis de los datos recolectados.

Tablets y PC: Son cada vez más comunes debido a la excelente potencia y memoria que estos dispositivos tienen. Adicionalmente, su portabilidad mejora con cada nueva versión. El software de análisis puede ser trasladado de una tablet a otra sin necesidad de hacer pagos adicionales. Tienen por otro lado la desventaja de que la mayoría no son de uso rudo, aunque eso se compensa con su precio tan económico. Existen tablets tanto Windows como Android en versiones industriales para los clientes más exigentes.

8- Soporte Técnico:

El soporte es un punto importante. A menos que todo funcione a la perfección y los manuales no dejen ningún espacio a la duda, estaremos en contacto con el distribuidor o el fabricante del producto con cierta frecuencia. Los puntos importantes más importantes que considero a tomar en cuenta del soporte técnico son:

  • Costo: Algunos proveedores cobran el soporte técnico, ya sea por sesión o por año.
  • Velocidad para responder a nuestras dudas.
  • Tiempo de envío para repuestos. Si usted no tiene equipos de respaldo, sin duda el tener el equipo descompuesto durante un mes le provocará retraso y pérdidas en su producción o servicios.
  • Posibilidad de hablar telefónicamente con un asesor.

9- Precio:

Por último, el precio es sin duda un motivo para elegir uno u otro equipo. El elegir uno u otro equipo dependerá en gran medida de nuestra capacidad económica, y para valorar el costo real de un equipo será vital analizar:

  • Precio: Es el valor por adquisición del producto.
  • Anualidad: En algunos casos habrá que considerar un monto anual para el mantenimiento de la licencia.
  • Costo de refacciones: No olvide que en algún momento tendrá que cambiar un cable, un sensor, o bien el módulo completo, por lo que le recomiendo cerciorarse que esté dentro de sus posibilidades.
  • Costo de actualización: La mayoría de marcas actualiza sus equipos cada determinado tiempo, y casi siempre esta actualización involucra un costo.

 

 

Análisis de Vibraciones

S O B R E  E L  A U T O R

Thierry Erbessd,  empresario mexicano que ha revolucionado el ámbito del Análisis de Vibraciones y Balanceo Dinámico a nivel mundial.

Thierry es egresado del Instituto Politécnico Nacional de México y es también Programador por pasión, es el creador del software DigivibeMX  que compite entre los mejores softwares para análisis de vibraciones. Actualmente es el Presidente del grupo Erbessd Instruments®, empresa líder en soluciones para el mantenimiento industrial.

ERBESSD INSTRUMENTS® empresa fabricante de Equipos de Análisis de Vibraciones y Máquinas de Balanceo Dinámico con oficinas en México y Estados Unidos.

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