Bently Nevada Vibraciones Mecanicas

Parámetros y Conceptos de Medición

Conceptos y Parámetros de Medición

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Análisis del Monitoreo de las Máquinas

1. INTRODUCCIÓN A. El monitoreo de los equipos rotativos ha existido casi con las máquinas mismas. Cuando las primeras máquinas experimentaron fallas mecánicas y cuando dichas fallas tuvieron consecuencias significativas relacionadas con la seguridad personal y/o la economía de la operación, los ingenieros entonces reconocieron la necesidad de algún tipo de sistema para el monitoreo de las maquinarias. Figura 1

Los primeros sistemas empleados fueron los sentidos humanos; una persona tocaría, escucharía y miraría la máquina para determinar la integridad mecánica de la misma. Con el tiempo y la experiencia, una persona algunas veces podría obtener la capacidad requerida para sentir cuando estaba ocurriendo una falla. Desafortunadamente, esta experiencia frecuentemente era obtenida a través de la observación de una falla real de la maquinaria.

Figura 2

Parámetros y Conceptos de Medición

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A medida que las máquinas se hacían más sofisticadas en su diseño (más grandes y con velocidades más elevadas), las consecuencias con la seguridad personal, incremento en mantenimiento y costos de tiempo de parada indicaron la necesidad de un sistema de monitoreo de maquinarias más sofisticado. Lo que había sido originalmente los sentidos humanos, evolucionaron en indicadores eléctricos y/o mecánicos para temperatura, presión, flujo y carga; lo cual fue seguido por el uso de los acelerómetros, transductores de velocidad y sondas de proximidad para el monitoreo de los parámetros de vibración y posición. Ahora existen sistemas computarizados que ayudan en la reducción y comparación de data.

Figura 3

Esta instrumentación electrónica proporciona los siguientes beneficios que hacen posible la justificación:

1. Información para ayudar a verificar que la maquinaria esté operando dentro del diseño y especificaciones mecánicas.

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Análisis del Monitoreo de las Máquinas

2. Información que identificará y describirá la condición mecánica de la maquinaria.

3. Detección temprana de condiciones de cambio o deterioro.

Qué tanta instrumentación debe ser colocada en una máquina y que tipo de sistema de monitoreo deberá ser instalado?. Estas preguntas pueden responderse mejor mediante las siguientes explicaciones: RELACIONES MÁQUINA – PROCESO

II.

Una máquina puede ser clasificada en base a su importancia en la operación total de la planta dentro de una de las siguientes categorías:

Figura 4

A.

Máquinas CRITICAS son aquellas que son obligatorias para la operación completa de la planta.

Parámetros y Conceptos de Medición

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Figura 5

B. Máquinas ESENCIALES son aquellas que son esenciales para una parte de un proceso de la planta, máquinas críticas que operan en tándem; o unidades múltiples con capacidades de espera confiables.

Figura 6

C. Máquinas NO CRITICAS no son esenciales para ningún proceso importante de la planta.

Obviamente, la falla de una máquina crítica resulta en serias consecuencias Mientras que la falla de una máquina no crítica resulta en problemas mínimos comparativamente. Por lo tanto, la maquinaria crítica deberá justificar la disponibilidad de la mayoría de los sistemas de protección completos. Cada

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Análisis del Monitoreo de las Máquinas

parámetro disponible en una maquinaria crítica deberá medirse. Así, la maquinaria esencial dictaría un sistema de monitoreo menos sofisticado y la maquinaria no crítica un sistema aún menos sofisticado.

D. Diseño de la Máquina

Otras consideraciones para el monitoreo de una máquina son el nivel de sensibilidad del diseño de la misma, la historia de funcionamiento (confiabilidad) y el nivel (comparado con los límites del diseño) al cual la máquina es operada. Nuevamente aquí, una máquina puede clasificarse como crítica, esencial o no crítica, lo cual depende de si la máquina tiene o no un diseño único, una historia no confiable o el gasto de instalación de una máquina de respaldo tuvieran un costo prohibitivo.

E. Parámetros de Medición

Para monitorear efectivamente el desempeño y operación de una máquina, se deben medir una variedad de parámetros. Desde la perspectiva de Bently Nevada, los mismos pueden ser clasificados en dos categorías básicas: Medición Primaria – Las mediciones que pueden ayudar en la evaluación de

1.

la condición de operación mecánica de la máquina son:

a.

VIBRACIÓN y POSICIÓN

b.

VELOCIDAD DEL ROTOR

c.

TEMPERATURA

Parámetros y Conceptos de Medición

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Las mediciones de vibración y posición son indicaciones del movimiento dinámico y estático del rotor o carcaza de la máquina. La medición de estos parámetros constituye el alma de los negocios de Bently Nevada y de los sistemas de información de maquinarias. Estos dos parámetros serán cubiertos en detalle posteriormente en este curso.

La velocidad del rotor es una indicación de la velocidad rotativa del eje. Esta es una parte importante para analizar los datos de vibración y determinar el mal funcionamiento de la máquina. Las frecuencias de vibración de las máquinas pueden presentarse como múltiplos o sub-múltiplos directos de la velocidad rotativa de la máquina.

Los RTD y termocuplas son utilizados para medir la temperatura de los cojinetes empuje y radiales de la máquina. Otros parámetros medidos serían el aceite lubricante, bobinados del estator y temperaturas del vapor.

2.

Mediciones Secundarias. Mediciones que nos ayudan a determinar el efecto

que la máquina tiene sobre el proceso o el efecto que el proceso tiene sobre la máquina. En otras palabras, son mediciones que están directamente relacionadas con el desempeño de las máquinas como parte del proceso total de la planta.

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Análisis del Monitoreo de las Máquinas

a.

VARIABLES DEL PROCESO: Temperatura (aceite lubricante, vapor,

embobinados del estator), presión, flujo, carga, etc... Mientras que estos parámetros de medición son importantes para lograr un programa de protección efectivo a la máquina, el recordatorio de este entrenamiento se concentrará en el corazón de los sistemas de información de máquinas de Bently Nevada, los cuales son las mediciones de vibración y posición.

Vibración del Rotor La vibración, posición, velocidad y temperaturas deben ser considerados de importancia vital. La presión, flujo y otras mediciones auxiliares son necesarias para monitorear parámetros específicos. En este caso, nos concierne los parámetros de vibración del rotor como opuesto a estas otras mediciones periféricas del proceso.

Parámetros y Conceptos de Medición

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Mediciones de Vibración

Medidas de Vibración

1.

Página 1

INTRODUCCION

Vibración mecánica es el movimiento dinámico de los componentes de la máquina. La medida de vibración es la medida de la vibración mecánica relativa a una referencia conocida. El rotor, cojinete, sellos, carcaza del cojinete y cubierta de la máquina, son los componentes de la misma que más nos preocupan. Medir y monitorear con precisión la vibración de estos componentes, describirá la condición mecánica de la máquina.

Bently Nevada fabrica cuatro transductores para medir la vibración mecánica de las máquinas. Estos transductores convierten el movimiento mecánico en una señal eléctrica. Esta señal eléctrica puede ser entonces medida y condicionada para indicar la vibración y permitir el diagnóstico de la condición mecánica general de la máquina. Los cuatro sistemas de transductores para medir el movimiento dinámico son: Los Transductores de Proximidad, Transductores de Velocidad, Acelerómetros y Velomitors. A.

Sistema del Transductor de Velocidad

Los transductores de proximidad convierten la vibración mecánica en una señal eléctrica que es proporcional al desplazamiento de la vibración; desplazamiento que es un cambio en la distancia. El sistema del transductor de proximidad es usado para medir directamente el movimiento del rotor, tanto en el plano axial como en el plano radial. Las unidades de medición de la vibración en la salida del Proximitor se expresa en mil o micrómetros (m) pico a pico (pp.) (1 mil = 0,001”, 1 m = 0,001 metro). El factor de escala del sistema del transductor de proximidad estándar de Bently Nevada Corporación es 200 mv/mil (7,87 V/mm) para el sistema de la serie 3300 de 8 mm. Otros factores de escalas están disponibles dependiendo de los modelos de sonda / Proximitors seleccionados.

r

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Análisis del Monitoreo de las Máquinas

Factor de Escala El factor de escala y otros parámetros de operación para el sistema de proximidad y sistemas de transductores montados en la carcaza, serán discutidos con mayor detalle posteriormente en este curso.

B.

Sistema del Transductor de Velocidad

Los transductores de velocidad convierten la vibración mecánica en una señal eléctrica que es proporcional a la velocidad de vibración; esta velocidad es la rata de cambio de desplazamiento en el tiempo. El transductor es usado para medir la vibración de la cubierta o carcaza. Las unidades de medición de vibración en la salida del transductor son usualmente expresadas en pulgadas / segundos (pulg/seg) o milímetros / segundo (mm/s) cero a pico (0-pp.). Esta señal de velocidad del transductor tiene una escala hasta 500 mv/pulg/s (20 mv/mm/s). Algunas veces, dependiendo de sus requerimientos de aplicación, el valor de desplazamiento equivalente deberá medirse y moni torearse. Para lograr esto, la señal de velocidad de salida deberá estar acondicionada o integrada para indicar la vibración en unidades de desplazamiento. Esta función es cumplida con un Convertidor de Velocidad a Desplazamiento o VDC (por sus siglas en inglés) y es similar en apariencia a un Proximitor. Una vez que la integración electrónica se haya realizado, la salida de la señal de vibración del VDC es la señal de desplazamiento equivalente en la escala hasta 200 mv/mil pico a pico.

Medidas de Vibración

C.

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Sistemas de Transductores de Aceleración

Los Acelerómetros convierten la vibración mecánica en una señal eléctrica que es proporcional a la aceleración de la vibración; aceleración que es la rata de cambio de la velocidad en el tiempo. El transductor es usado para medir la vibración de la cubierta o carcaza. Las unidades de medición de vibración en la salida del transductor son usualmente expresadas en g’s o mm/s 2 cero a pico.

D.

Sistema del Transductor Velomitor

El Transductor de Piezo-Velocidad Velomitor realiza la misma medición y proporciona el mismo tipo de salida que el transductor de velocidad. La única diferencia está en la manera como éste convierte la vibración mecánica en una señal eléctrica. Diferente al transductor de velocidad que consiste de un sistema de bobina, magneto y resorte, el Velomitor consiste de un sistema de masa, resorte y cerámica Piezo-eléctrica que es el mismo que el acelerómetro.

Los datos de estos transductores están conectados a sistemas de monitoreo permanentes y/o equipos diagnósticos. El análisis de esta data proporciona un vistazo a las condiciones mecánicas de la máquina.

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II.

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

CARACTERÍSTICAS DE LA SEÑAL DE VIBRACIÓN

La vibración es el movimiento oscilante en respuesta a alguna fuerza de excitación (función forzante), bien sea una fuerza de impacto o periódica. Este movimiento básico produce una salida de voltaje del transductor que varía positiva y negativamente sobre el tiempo. Para un movimiento simple, cuando este voltaje es graficado contra el tiempo, se produce una forma de onda sinusoidal. Las características de la señal de la forma de onda sinusoidal proporcionarán la información de la medición de la vibración básica en relación con la condición de la maquinaria. Existen cinco características básicas de la señal que deben ser observadas:  AMPLITUD  FRECUENCIA  FASE  FORMA  POSICIÓN La señal de vibración de todos los transductores de vibración exhiben estas características con la excepción de la información de la posición. Solamente los sistemas de transductores de proximidad proporcionan esta información. Aunque cada una de estas características proporcione información importante, se requiere un examen más de cerca de todas ellas para lograr una evaluación precisa de las condiciones mecánicas de la máquina.

Medidas de Vibración

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A continuación se describen las características importantes de la forma de onda de la Vibración y como estas se ajustan dentro de la imagen de la condición general de la máquina.

A.

Amplitud

Bien sea expresada en desplazamiento, velocidad o aceleración, la amplitud es un indicador general de severidad. Esta intenta responder la pregunta, “Está la máquina trabajando de manera pareja o de manera abrupta?”.

Refiriéndose a la Figura 1, la Amplitud puede expresarse como pico a pico (P-P), cero a pico (0-P) ó raíz cuadrada media (RMS).

Pico a Pico se refiere a la cantidad total

de

vibración,

cuando

pk pk

es

rms

medida desde la distancia de la parte superior del pico positivo

0

hasta el fondo del pico negativo. Esta

es

la

medida

de

pk

desplazamiento expresada en mil o m pp. Figura 1

Cero a pico se refiere a la cantidad total de vibración desde la altura máxima de cualquier pico positivo o negativo al eje de voltaje cero. En otras palabras, una mitad del valor pico a pico. Esta es la medición de velocidad expresada en pulg/seg o mm/s o medida de aceleración expresada en g’s o m/s2.

Página 6

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

La raíz cuadrada media (RMS) se está haciendo más predominante con la indicación de aceleración. Es una función del acondicionamiento de la señal realizada en el monitor o instrumento de diagnóstico y no en la salida del transductor. Técnicamente, es la raíz cuadrada del promedio aritmético de un juego de valores cuadrados instantáneos. En una forma de onda sinusoidal simple solamente, se puede calcular dividiendo la amplitud cero a pico por la raíz cuadrada de dos. Con las señales de vibración, que son formas de ondas complejas, las frecuencias múltiples y sub.-múltiples deben formar parte de la ecuación que requiere un monitor o equipo de diagnóstico.

Una amplitud

de vibración grande puede ocasionar fallas mecánicas,

contacto de partes rotativas y no rotativas y posiblemente aún la destrucción de la máquina. Las magnitudes de amplitud aceptables están estrictamente en función del diseño de la máquina. Generalmente, las máquinas grandes de velocidades más lentas tendrán mayores tolerancias de amplitud que las máquinas pequeñas con velocidades elevadas. Sin embargo, este no es siempre el caso. Los puntos de colocación de alarmas nunca deberán ser colocados arbitrariamente, sino especificados por el fabricante original de los equipos del Departamento de Servicios de Diagnósticos de Maquinarias (MDS) de Bently Nevada o su propio Departamento de Ingeniería Mecánica después que un análisis satisfactorio de datos disponibles haya sido realizado.

B.

Frecuencia

La segunda característica de la vibración es la frecuencia. Previamente se discutió que la vibración es un movimiento oscilante en respuesta a una fuerza periódica o impacto y que la forma más simple de este movimiento produciría una forma de onda sinusoidal. Sin embargo, en realidad, las máquinas son entidades complejas y como resultado, las señales de vibración

Medidas de Vibración

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producidas como resultado del movimiento dinámico son complejas, no simples.

La frecuencia está definida como la rata de repetición de una vibración periódica dentro de una unidad de tiempo. La frecuencia de vibración (ciclos por minuto) mayormente es expresada en múltiplos de velocidad rotativa de la máquina. Esto principalmente se debe a la tendencia que las frecuencias de vibración de las máquinas ocurren a múltiplos o sub.-múltiplos directos de la velocidad rotativa de la máquina. Es necesario solamente referirse a la frecuencia de la vibración en términos de velocidad de la máquina; una vez Rpm (1X), dos veces Rpm (2X), 43% de Rpm (,43X), etc., en lugar de tener que expresar todas las vibraciones en ciclos por minuto (CPM) o hertz (hz.).

La frecuencia de la vibración puede ser usada para distinguir el carácter de la fuerza que causa la vibración. Debido a esto, la frecuencia de la vibración puede ser un clasificador que un problema en la maquinaria está siendo experimentado. En otras palabras, existe una tendencia que ciertos malos funcionamientos de las máquinas ocurran a ciertas frecuencias múltiples o sub.-múltiples de la velocidad rotativa. Sin embargo, esto no es mutuamente exclusivo de ningún mal funcionamiento en particular y toda la data de la máquina debe ser analizada para hallar la solución correcta.

Las mediciones de frecuencia básicas pueden ser realizadas con un osciloscopio y señal de Keyphasor, pero para un análisis de frecuencia discreto, puede utilizarse instrumentación adicional tal como filtros sintonizables, pantalla de frecuencia barrida o pantalla de espectro digital.

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C.

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

Fase

La tercera característica de la vibración

FASE ((ENTRE SEÑALES DE VIBRACIÓN)

es la fase. Básicamente fase se define como la relación de tiempo en grados, entre dos (o más) señales. Esta podría estar entre dos señales de vibración que serían definidas en términos que una de las señales se retrasa o avanza durante

A A M P L I T U B D

TIEMPO (GRADOS)

FASE E TIEMPO (GRADOS)

un ciclo de movimiento. Esto nos permite determinar si los eventos están en “fase”, es decir, que ocurren al mismo tiempo o “fuera de fase” que

Figura 2- Fase de la Señal de Vibración

ocurren a tiempos diferentes. MEDICIÓN DEL ANGULO DE FASE Entre una Señal de Vibración y Referencia Rotación Angular del Eje (KEYPHASOR)

El ANGULO DE LA FASE es probablemente la relación de fase más utilizada porque es un medio de describir la ubicación del rotor en un instante particular en el tiempo. El medio más confiable para medir un

SEÑAL DE VIBRACIÓN PRETRAS O FASE

TIEMPO

SEÑAL KEYPHASOR

GRADOS DE ROTACIÓN

0°

360°

Figura 3 – Angulo de Fase de Vibración

Medidas de Vibración

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ángulo de fase es con el uso de un Keyphasor (referencia al eje). El Keyphasor proporciona un evento sincrónico una vez por turno que da una referencia al eje directa para las mediciones de ángulos de fase. El ángulo de fase se define como el número de grados desde el pulso del Keyphasor hasta el primer pico positivo de vibración. El ángulo de fase es más comúnmente utilizado para balancear la maquinaria rotativa y diagnosticar otros problemas a la maquinaria. El ángulo de fase está ganando rápidamente la aceptación como un parámetro muy importante para el diagnóstico de los problemas de la maquinaria.

D.

Forma

La forma de la vibración es un importante medio de presentar la vibración para análisis. Las tres características anteriormente discutidas han sido todas cantidades medibles que pueden ser mostradas. La forma de la vibración es la forma de onda pura mostrada en un osciloscopio. Es básicamente una “imagen” de la vibración. La forma de la vibración puede dividirse en dos categorías: (1) presentación Base de Tiempos; y (2) presentación Orbital.

1.

La presentación BASE DE TIEMPOS es suministrada al mostrar las

entradas del transductor en un osciloscopio en el modo base de tiempos. En este modo, el osciloscopio muestra la forma de onda tipo sinusoidal que representa la vibración, tal como se muestra en la Figura 4. Este modo del osciloscopio muestra la vibración en unidades del transductor (amplitud) vs. tiempo horizontalmente a través de la pantalla.

2.

La presentación de ORBITA es suministrada mostrando la salida de

dos transductores a ángulos de 90º uno del otro (configuración de dos planos X-Y) en el modo X-Y del osciloscopio tal como se muestra en la Figura 5.

Página 10

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

De esta manera, la órbita es una representación del movimiento de la línea central del eje dentro del cojinete (si las sondas están montadas en éste). BASE DE TIEMPOS

Forma ORBITA

AM PLI TU D

TIEMPO

TIEMPO

Figura 4 – Presentación Base de Tiempos

Figura 1 – Presentación de Orbita

Estas dos presentaciones dan al ingeniero de mantenimiento la mayoría de datos en una presentación. La amplitud básica, frecuencia y ángulo de fase pueden ser determinados viendo la forma de la vibración (el punto blanco / brillante representa la señal del Keyphasor que es impuesta sobre la forma de onda a través del eje Z del osciloscopio). La forma de la vibración ayuda a determinar cual es la amplitud y las frecuencias o, lo que es más importante, qué está haciendo el rotor de la máquina. Este es el último parámetro que es medido en cualquier programa de mantenimiento preventivo o predictivo. La excepción a esto sería las mediciones de REBAM donde la fase no es un factor. La frecuencia y forma son los parámetros primarios.

Estas formas son medios de análisis de la vibración (movimiento dinámico) de una máquina en particular. Constituyen medios para ver y determinar lo que la máquina está haciendo desde el punto de vista dinámico. Para describir con precisión la condición mecánica de la máquina, debemos medir con

Medidas de Vibración

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precisión el movimiento dinámico del rotor de la misma, los cojinetes, carcazas de cojinetes y cubiertas de la máquina. Los transductores de proximidad, transductores de velocidad / Velomitor y transductores de aceleración, proporcionan señales eléctricas exactas que cuando son analizadas, determinan como la máquina está respondiendo a las fuerzas que actúan sobre ella.

Estos transductores y la evaluación de amplitud, frecuencia, fase y forma, son todas aplicables a las máquinas con rodamientos de película de fluidos y cojinetes de rodillos.

E.

Posición

La posición radial del eje es una medición de la posición radial de la línea central del eje dentro del cojinete radial. Las mediciones de señal se derivan de la información de d.c. suministrada por el sistema de proximidad. Una desalineación, desgaste de cojinetes, precargas externas y otros malos funcionamientos,

usualmente

pueden

ser

identificadas

mediante

la

observación directa del cambio de la posición del eje dentro de los espacios del cojinete.

Página 12

III.

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

REFERENCIAS DE MEDICIÓN

A partir de un análisis general del sistema, es importante saber el movimiento de la carcaza así como el movimiento del rotor. La resonancia de tubería o estructural, fundaciones flojas o agrietadas y fuentes de entradas de vibración externas pueden ser determinadas a partir de mediciones en las partes no rotativas de las máquinas. En el análisis general del desempeño mecánico de la máquina, las mediciones de la carcaza pueden ser importantes. El comparar las vibraciones del rotor con las vibraciones de la carcaza puede ser un parámetro importante para determinar la condición general de la máquina.

Para determinar la condición mecánica de una máquina debemos medir con precisión y monitorear el movimiento dinámico del rotor de la máquina, cojinetes, carcazas de cojinetes y cubiertas de la máquina. Los transductores usados para medir este movimiento dinámico ya han sido identificados. Sin embargo, para describir con precisión el movimiento dinámico de un componente en particular de la máquina, el marco de referencia debe ser identificado y definido. De manera que, nuestra discusión acerca de la vibración no estaría completa sin diferenciar las mediciones “relativas” vs. las mediciones “absolutas”.

Los cuatros marcos básicos de referencia para las mediciones de vibración en las máquinas rotativas son:

1. Movimiento del rotor relativo al cojinete (Vibración Relativa al Eje) graficada en el lado izquierdo de la Figura 6.

2. Movimiento del cojinete relativo a la carcaza del cojinete. 3. Movimiento de la carcaza relativo a una referencia fija (Vibración Absoluta de la Carcaza). Graficado en el centro de la Figura 6.

Medidas de Vibración

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4. Movimiento del rotor relativo a una referencia fija (Vibración Absoluta del Eje). Graficado al lado derecho de la Figura 6.

La vibración mecánica es el resultado de varias fuerzas que actúan sobre los componentes de la máquina. Como se mencionó previamente, los malos funcionamientos de las máquinas característicamente se presentan como un cambio en la vibración del rotor o en la vibración de las carcazas dependiendo de la fuente del mal funcionamiento y del diseño mecánico de la máquina.

Frecuentemente, los malos funcionamientos que ocurren tales como pérdida de balance, desalineación, cavitación, roces radiales y axiales, pérdida de lubricación y ejes agrietados, están relacionados con el rotor. Los malos funcionamientos relacionados con la carcaza incluyen fallas del soporte del cojinete, resonancia de la fundación y la carcaza, partes estructurales flojas y fallas del material de fundación. La selección de los transductores correctos así como también el punto de referencia apropiado, garantizarán que la señal de vibración represente con precisión la condición verdadera de la máquina. Absoluta del Eje

Relativa al Eje

Absoluta de la Carcaza

Figura 6

Página 14

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

Ahora, revisemos más de cerca estos puntos básicos de referencias en forma individual.

A.

Movimiento Dinámico del Rotor Relativo al Cojinete (Relativo al Eje). La

necesidad

de

medir

el

movimiento del rotor relativo al cojinete de la máquina se basa en las características de diseño de los cojinetes de la máquina y en la estructura de soporte. En máquinas más pequeñas, tales como un compresor

de

procesos,

el

cojinete, carcaza del cojinete y cubierta

de

la

máquina

son

relativamente pequeños, compactos y rígidos. El montar las sondas de vibración en el cojinete o a través de la cubierta de la máquina (adyacente al cojinete) en estos tipos de máquinas, suministrará

Figura 7

esencialmente la misma información. Sin embargo, en máquinas más grandes, tales como generadores grandes de turbinas de vapor, la relación del cojinete, carcaza del cojinete y cubierta de la máquina es mucho más flexible y el montaje de la sonda a través de la cubierta de la máquina no proporcionará la misma información que si la sonda fuera montada en el cojinete. Para máquinas equipadas con rodamientos de película de fluido, el movimiento dinámico del rotor relativo al rodamiento es una medida que proporcionará

Medidas de Vibración

Página 15

información vital acerca de la condición mecánica de la máquina. En el diseño básico del rodamiento de película de fluido, el rotor está soportado por una película de aceite lubricante durante la operación. Por diseño, el rotor se mueve libremente dentro de los espacios del rodamiento. Los transductores de proximidad pueden observar el desplazamiento del rotor dentro del espacio del rodamiento. Instalando el transductor de proximidad radialmente al rodamiento, la punta de la sonda y el rodamiento son establecido como el marco de referencia. Como las fuerzas hacen que el rotor se mueva dentro del espacio del rodamiento, la salida del Proximitor será una medida precisa y directa del desplazamiento del rotor relativo al rodamiento.

El uso de un solo transductor de proximidad proporcionará una medición de movimiento en el plano visto por el transductor. Sin embargo, no hay garantía que el rotor vibre en el mismo plano radial en que la sonda está montada. Dos sondas de proximidad montadas con una separación de 90º en el mismo plano lateral, comúnmente referida como XY o medición de vibración de dos planos, es necesario porque el rotor está libre para vibrar en cualquier dirección radial. Aplicando las zonas en esta configuración XY, se asegura que la vibración radial en cualquier plano radial esté siendo medida.

Para máquinas con cojinetes de rodillos, no hay espacio entre el rotor y el rodamiento, de manera que las mediciones del rotor relativas al rodamiento no son apropiadas.

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B.

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

Movimiento del Cojinete Relativo a la Carcaza (REBAM - Figura 8)

ENSAMBLAJE DE COJINETE DE RODILLOS Y CARCAZA

Este punto de referencia se

COLLAR DE BOLAS EXTERNO

refiere a los cojinetes de rodillo. Este tipo de cojinete consiste de un anillo interno y

externo

CARCAZA DEL COJINETE

(usualmente

llamados el collar de bolas), separado

por

elementos

EJE SONDA

rodantes que usualmente se mantienen en una jaula. Las fuerzas relacionadas con el rotor así como también las

Figura 8 - Instalación Sonda REBAM Simple

fuerzas producidas a través de las imperfecciones en el cojinete serán transferidas al anillo

externo.

Esto causará muy pequeñas deflexiones o movimientos dinámicos en el collar de bolas externo. Usando el Microprox de BNC, que tiene una muy elevada sensibilidad, se puede observar este diminuto movimiento dinámico. Estas deflexiones se miden en términos de desplazamiento en micropulgadas pico a pico (pul pp) o micrómetros (m pp).

Mediante la instalación de la sonda de proximidad a través de la carcaza del cojinete, la punta de la sonda y la carcaza del cojinete es establecida como el punto fijo de referencia.

Refiérase a la Figura 8. Observando el anillo

externo del cojinete, podemos efectuar mediciones directas y precisas del movimiento dinámico del collar de bolas externo del cojinete relativo a la protección del mismo.

Medidas de Vibración

Página 17

La señal producida por el transductor MicroProx tendrá todas las características descritas anteriormente. Igualmente, la información acerca de los cojinetes de rodillo, así como también el rotor, estarán presentes en esta señal. Con el uso de filtros electrónicos, la señal de vibración puede estar separada en rangos de frecuencia que proporcionarán la información necesaria para monitorear y describir la condición mecánica de la máquina. Bently Nevada fabrica equipos de prueba portátiles así como también los REBAM (por sus siglas en inglés) (Monitor de Actividad del Cojinete de Rodillos) para este propósito. C. Movimiento de la Cubierta Relativo a una Referencia Fija (Absoluta de la Cubierta – Figura 6) La medición del movimiento dinámico de la cubierta de la máquina (carcaza) puede proporcionar información valorable concerniente a la condición mecánica de la máquina. Este movimiento es importante cuando se esperan malos funcionamientos relacionados con la carcaza o virtualmente toda la vibración del rotor es transmitida a la cubierta de la máquina. Esto es cierto cuando la máquina tiene una elevada relación de masa rotor a carcaza con una baja rigidez del soporte del cojinete y puede aplicarse a máquinas equipadas con fluido así como también a máquinas con cojinetes de rodillos. Los transductores de velocidad, Velomitors y acelerómetros pueden ser utilizados para medir la vibración en las cubiertas de las máquinas. Estos transductores generan una señal proporcional al movimiento transmitido es de el sitio de montaje en la máquina. Como estos transductores son referenciados inercialmente, estas señales son mediciones absolutas.

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D.

Análisis del Monitoreo de las Máquinas

Rotor Relativo a una Referencia Fija (Absoluta del Eje – Figura 7)

Algunas máquinas con rodamientos de película de fluido, pueden exhibir vibración del rotor relativa a la cubierta y vibración absoluta de la cubierta en amplitudes significativas. Estas son máquinas típicamente que tienen bien sea un soporte de rodamiento amoldable que permite que la vibración del rotor sea transmitida al rodamiento o una baja relación relativamente de la masa de la cubierta con la masa del rotor. La medición absoluta del eje es la más importante en las máquinas con estructuras de soporte flexibles o máquinas sujetas a elevadas vibraciones de la cubierta, según lo comparado con las vibraciones relativas del eje. Este “movimiento absoluto” puede ser medido con una “sonda dual ” que utiliza una sonda de proximidad relativa que provee el movimiento del eje relativo a la cubierta y un transductor tipo sísmico absoluto montado en la cubierta de la máquina en el mismo plano radial y punto que la sonda de proximidad relativa. Integrando la señal de velocidad absoluta de la cubierta y sumándola a la señal relativa del eje en el circuito de monitoreo, el resultado es el movimiento “absoluto” del eje. Como regla del pulgar, las máquinas que tienen vibración en la cubierta con una amplitud de por lo menos 30% de la amplitud de vibración relativa, la aplicación del transductor de “sonda dual” aplicaría. Como se puede observar, las mediciones de vibración son muy importantes para determinar la condición mecánica de la máquina y con el análisis apropiado,

se

puede

determinar

la

identificación

de

los

malos

funcionamientos específicos de la máquina y se pueden tomar las medidas preventivas para evitar reparaciones costosas a ellas y los tiempos de parada, así como también mejorar la seguridad del ambiente de trabajo de la planta.

Medidas de Vibración

Página 19

Ejercicios de Aplicación

A. Refiérase a la Figura A y responda las siguientes preguntas. (Asuma que la señal está filtrada en 1X y representa una rotación del eje). FASE (ENTRE SEÑALES DE VIBRACIÓN)

1. Están las dos señales en fase? 2. Cuál es su relación de avance o de retraso? 3. Cuál

es

la

diferencia

de

fase

A A M P L I T U B D

TIEMPO (GRADOS)

FASE E TIEMPO

aproximada (en caso de haberla) entre

(GRADOS)

las dos señales.

B. Refiérase a la Figura B y responda las siguientes preguntas. (Asuma que la señal está filtrada en 1X y representa una rotación del eje).

1. Cuál es el ángulo de fase? 2. Es una fase de retraso o de avance?

SEÑAL DE VIBRACIÓN PRETRAS O FASE

3. Para que podría ser usada esta

TIEMPO

información del ángulo de fase? SEÑAL KEYPHASOR

GRADOS DE ROTACIÓN

0°

360°

Figura B

Mediciones de Posición

Página 1

Sección 3

Mediciones de Posición

Página 2

MEDICIONES DE POSICIÓN 128072-0 1 Rey NC

Mediciones de Posición

Página 3

INTRODUCCIÓN En la última sección se describió e identificó brevemente las características de vibración dinámica y los parámetros que se miden para determinar las condiciones mecánicas de la máquina. Esto incluía la medición de la vibración del rotor, rodamientos y carcasas. Sin embargo, para tener una visión completa de las condiciones mecánicas de la máquina, se hace necesario medir y monitorean la posición relativa de ellos entre sí. Información sobre Vibración Se requieren clasificar los componentes de información sobre Vibración para describir con precisión el estado o condi-

ción de la maquinada: (1) Amplitud de la vibración directa, no filtrada, (2) Frecuencias, (3) La Fase y la Amplitud del competente de vibración en las diferentes frecuencias, (4) Posición, y (5) La forma de la vibración tal como se observa e un osciloscopio (presentaciones base de tiempo y órbitas).

Así como se han desarrollado transductores que dan señales proporcionales al movimiento dinámico de la máquina, otros han sido desarrollados para proporcionar una señal eléctrica la cual es proporcional a la posición relativa de estos componentes que puede luego ser medida y monitoreada a fin de proporcionar información sobre las condiciones de la máquina. Existen tres tipos de sistemas de transductores que pueden medir este movimiento estático de los componentes de la máquina. Estos son el sistema del transductor de proximidad, el transformador diferencial de variables lineales (LVDT) y el potenciómetro rotatorio. A.

Sistema Transductor de Proximidad Tal como se describió anteriormente, este sistema transductor mide el desplazamiento, o un cambio en distancia, al percibir el gap entre la punta de la sonda y la superficie conductora observada. La señal producida por este transductor proporciona dos componentes de información, una señal ac que representa el movimiento dinámico de la máquina y una señal de que representa el movimiento relativo entre los componentes de la misma.

FIGURA N° 1

Mediciones de Posición

B.

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Transformador Diferencial de Variables Lineales (LVDT) Un LVDT es un transductor electromecánico diseñado para producir una señal de salida eléctrica proporcional al desplazamiento de un núcleo de Hierro movible. El núcleo movible se fija a la carcaza de maquina que se mueve mientras que el transformador estacionario se fija a la fundación de la carcaza de la máquina. Se usa principalmente para la medición del movimiento lineal.

FIGURA N° 2

C.

Potenciómetro Rotatorio El potenciómetro rotatorio es un potenciómetro electromecánico de precisión, diseñado para producir una señal de salida eléctrica la cual es proporcional al movimiento de la válvula. E] eje del potenciómetro está conectado de forma tal, Que la misma gira con la varilla que opera la válvula; bien sea en sentido de las manelcillas del reloj o en sentido contrario a las mismas, para aumentar la abertura de la válvula. El ensamblaje completo del potenciómetro está dentro de una carcaza para montarse rígidamente a una parte no movible del ensamblaje de la válvula.

Mediciones de Posición II.

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MEDICIONES DE POSICIÓN Existen siete mediciones de posición, las cuales son usualmente medidas y monitoreadas por los transductores antes mencionados. Estos siete parámetros son: • Posición Axial 1. Posición del Empuje 2. Posición del Rotor • Posición Radial • Expansión Diferencial • Expansión de la Carcaza • Excentricidad • Posición de la Válvula

CHUMACERA DE EMPUJE

FIGURA N° 3

POSTES DE EMPUJE

COLLAR DE EMPUJE

FIGURA N° 4

Mediciones de Posición

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La medición se hace con una sonda de proximidad donde un voltaje conocido del espacio medido por la misma representa una posición conocida del collar de empuje dentro del cojinete de empuje La sonda podrá observar e! collar de empuje directamente o alguna otra superficie integral del rotor si está a 12” del cojinete de empuje. Dicha superficie puede ser un collar especial o el extremo del eje. El objeto principal de la medición de la posición axial, es asegurarse contra un roce axial entre el rotor y el estator. Una falla del cojinete de empuje se considera como catastrófica debido a este hecho.

Cada uno de estos parámetros es una medida de posición relativa entre una parte movible y una referencia fija en el tren de la máquina. A continuación se discutirán cada uno de ellos en detalle: A.

Posición Axial Casi todas las máquinas rotativas operan con Hienas axiales que actúan sobre el rotor de la máquina. Para las máquinas con cojinetes de rodamientos, no es permitido que el rotor cambie de posición relativa al cojinete. En estos tipos de máquinas, la máquina y los cojinetes están diseñados para resistir estas fuerzas axiales. Sin embargo, las máquinas con cojinetes con película de fluido tienen juegos dentro la máquina que permiten el movimiento axial relativo a las partes estacionarias de la misma. Estas máquinas son típicamente construidas con un cojinete con película de fluido separado, un cojinete de empuje axial, diseñado para limitar el movimiento del rotor en la dirección axial y resistir las fuerzas axiales presentes en la máquina. Como se observa en la Figura 1, el rotor puede moverse en dos direcciones, normal y contraria (lo cual será descrito más adelante). El diseño básico del cojinete de empuje consiste en una carcaza con dos juegos de atenuadores de empuje (algunas veces denominados zapatas de empuje) en cualquiera de los lados del collar de empuje La posición axial en general puede definirse como la posición promedio, o un cambio de posición de un rotor en la dirección axial relativa a un punto fijo. Esta medición se hace dentro de las 12” del cojinete de empuje y la referencia del punto fijo es bien sea el ensamblaje del cojinete de empuje (algunas veces denominado la jaula de empuje) o una estructura de la carcaza de la máquina cerca del cojinete de empuje.

Mediciones de Posición

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1. POSICIÓN DE EMPUJE es la medición de la posición del collar de empuje, Para esta medición, el punto de referencia es el cojinete de empuje. En otras palabras, las sondas son montadas en el cojinete de empuje, observando el movimiento de la posición del rotor dentro del cojinete de empuje. En máquinas mas pequeñas, tales como compresores de procesos y manejadores de turbinas, el diseño es pequeño y compacto, así que montar las sondas a través de la placa del extremo, en la caja o en el ensamblaje del cojinete de empuje, resulta esencialmente en la misma lectura. La posición de empuje es la medición que se hace normalmente; sin embargo, en turbinas a vapores grandes, tales como aquellas usadas para la generación de potencia, esto no es cierto (Ver punto Posición del Rotor).

La Figura 5 nos ilustra una representación típica del movimiento del collar de empuje dentro del cojinete de empuje y como éste corresponde a un intervalo físico de a sonda y a una salida proporcional de voltaje Tal como se estableció anteriormente, el rotor puede moverse en dirección NORMAL y CONTRARIA, dependiendo de las fuerzas que estén alojando sobre éste.

2 0 1 5 1 0 5 0 0

2 0 0. 5

4 0 1. 0

6 0 1. 5

8 0 2. 0

MIL 10 S 0 m 2. m 5

FIGURA N° 5

Mediciones de Posición

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a. Dirección NORMAL de empuje es la dirección en la que el rotor normalmente estaría forzado a moverse debido al diseño de operación de la máquina. Para una turbina a vapor, esto típicamente seria desde la entrada de vapor a alta presión (HP) hacia la salida de baja presión (LP). (Figura 3). Contrariamente, en un compresor, este seria típicamente desde de la salida de alta presión (HP) hacia la entraña de baja presión (LP) (Figura 4). Los atenuadores de empuje del lado del cojinete, al que se mueve normalmente el rotor se denominan atenuadores de empuje ACTIVOS.

b. Dirección CONTRARIA de empuje se da el Movimiento contrario u opuesto a la dirección en la que el rotor está normalmente diseñado para moverse. Durante la operación de la máquina, el movimiento en esta dirección indicaría típicamente que la máquina está experimentada una condición anormal de operación. Los cojinetes de empuje del lado opuesto del cojinete a la dirección normal de empuje son referidos como atenuadores de empuje INACTIVOS.

COMPRESOR

TURBINA DE VAPOR LP HP

LP HP

FIGURA N° 6

NORMAL DIRECCIÓN

NORMAL DIRECCIÓN

El diseño de la máquina permite que haya juego en el cojinete de empuje para dar algo de “libertad” a la máquina. Este juego es referido como “zona flotante”. La cantidad de juego axial en una máquina es directamente una función del tamaño y diseño de la misma. Típicamente, una máquina pequeña tendrá una zona flotante pequeña, mientras que una máquina grande tendrá una zona flotante más grande. La zona flotante se determina al empujar y halar el rotor entre los cojinetes de empuje normales y contrarios (frecuentemente denominado como desplazar el rotor), y medir el movimiento. Si se mira la Figura 5, se observará que existe una ZONA FLOTANTE FRÍA y una ZONA FLOTANTE CALIENTE. La zona flotante fría es el juego entre el cojinete con el rotor frío (a temperatura ambiente) Como se puede ver, este ejemplo particular ilustra un desplazamiento frío de 20 mil (.5 mm)

Mediciones de Posición

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cuando el rotor es desplazado entre tas zapatas de empuje activas e inactivas. El voltaje de salida del Proximitor en este caso, variaría de -9 Vdc a -11 Vdc cuando el rotor es desplazado desde y hacia la sonda, con la mitad de la zona de flote correspondiente a una salida de -10 Vdc. El monitor sería ajustado con el rotor posicionado en la mitad de la zona flotante o, dependiendo de la aplicación, posicionado contra las zapatas activas o inactivas

Cuando la máquina y el aceite se calientan durante la operación y se aplican fuerzas adicionales que pueden “comprimir” los cojinetes de empuje, la zona flotante crecerá levemente. La cantidad de zona flotante caliente resultante es función de] tamaño de la máquina, diseño y condiciones de carga, pero frecuentemente se observa que esta seria 1-2 mils más grande que la zona flotante fría en una máquina pequeña y 3-4 mus más grande en un generador de turbina a vapor grande. Tal como se observa en la Figura No. 2, la zona flotante caliente en este ejemplo ha aumentado a aproximadamente 24 mils (.6 mm) a temperaturas y condiciones de operación.

2. La POSICIÓN DEL ROTOR es muy similar a la medición de la posición de empuje anteriormente descrita, excepto que la referencia fija es ahora la carcaza la máquina en lugar del ensamblaje de la carcaza del cojinete de empuje. Esta medición se hace en generadores de turbina a vapor grandes donde el ensamblaje del cojinete de empuje tiene el potencial de cambiar por diseño o por cambios físicos al ir de temperatura ambiente a temperatura operativa. Algunas máquinas, como el diseño Westinghouse tiene un cojinete de empuje semi-Standard que le permite a éste moverse en pequeñas cantidades para que el rotor pueda afinarse para los cambios de juegos que pudieren ocurrir durante el re-acondicionamiento en una parada. Así, para aclarar más la definición, POSICIÓN DEL ROTOR es a medición de la posición axial del collar de empuje en el cojinete de empuje e incluye cualquier cambio que pudiere ocurrir en el ensamblaje del cojinete de empuje

En generadores de turbina a vapor grande, cómo podemos diferenciar entre donde se encuentra realmente el rotor en el cojinete de empuje y cualquier cambio que haya ocurrido en el mismo. La única manera de hacer esto es montando sondas en el ensamblaje del cojinete de empuje para medir el movimiento del rotor en el ensamblaje de empuje montar sondas en la carcaza de la máquina para medir el movimiento total de la posición del rotor.

FIGURA N° 7

Mediciones de Posición

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B. Posición Radial La posición radial es la medición de la posición radial de la línea central del eje. Los cojinetes con película de fluido proporcionan un juego entre el babbitt del cojinete y el rotor. Esto se refiere como juego radial. Como se describió anteriormente, los rotores en máquinas equipadas con cojinetes con película de fluido son libres de moverse radicalmente relativo a los juegos radiales del cojinete.

Refiriéndonos a la figura 7, cuando se utilizan sondas de proximidad en línea configuración de dos planos (XY), para medir la vibración radial, la señal de del transductor puede ser utilizada para indicar la posición radial del rotor en el cojinete. Como los transductores de proximidad ofrecen una medición relativa, esta salida de puede utilizarse para determinar la posición radial de la línea central del rotor instantánea y promedio relativa al juego radial del cojinete. Durante condiciones de operación en estado constante, la posición radial promedio del eje no deberá cambiar. Sin embargo, cuando las condiciones cambian y se nota un movimiento de la posición radial, podría haberse desarrollado un posible problema y la condición deberá ser investigada. FIGURA N° 8

Mediciones de Posición

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FIGURA N° 9

C.

Expansión Diferencial En cualquier máquina donde el crecimiento térmico axial del motor puede ser diferente al de la carcaza de la máquina, usualmente se hace la medición de expansión diferencial. Es extremadamente importante que durante el arranque, tanto la carcaza como el rotor crezcan térmicamente a aproximadamente la misma rata axialmente. Cuando el rotor y la carcaza crecen a diferentes ratas, existe la posibilidad de contacto de los panes rotativa y estacionaria. La expansión diferencial es la medida de la expansión térmica del motor relativo a la carcaza de la máquina. Como se discutió anteriormente, el cojinete de empuje es el punto fijo del rotor a la carcaza de la máquina. La medición de expansión diferencial es hecha a una distancia del ensamblaje del cojinete de empuje suficiente para asegurarse

EXPANSIÓN

FIGURA N° 10

CHUMACERA DE EMPUJE

ESPACIOS

Mediciones de Posición

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de que el crecimiento térmico del eje pueda ser observado. Refiriéndonos a la Figura 10, la medición es hecha desde el cojinete de empuje y usualmente en el extremo opuesto del rotor de turbina del cojinete de empuje. Se utiliza esta figura para ilustrar el concepto general de los juntos entre el rotor y el estator y la medición con relación al cojinete de empuje. En realidad las sondas no observan el extremo del eje, en su lugar, las sondas estarían observando un collar o rampas dentro de la máquina. En general la de turbina a vapor grande. La expansión por cambios de temperatura de los componentes de la máquina, particularmente entre el rotor y la carcaza se hace crítica. Cuando se aplica o se remueve vapor de la máquina, todos los componentes se expandirán o se contraerán a la rata del coeficiente térmico del metal. El rotor tiene una pequeña masa comparada a la carcaza de la máquina y debido a esta relación de su masa, el crecimiento del rotor cambiará más rápido que el de la máquina. Existen juegos axiales específicos entre las alabes de la turbina y la carcaza de la máquina y cuando el rotor crezca demasiado rápido, el rotor y el estator harán contacto y resultará en un daño severo. La medición de expansión diferencial indica la posición del crecimiento del rotor dentro de estos juegos y dará alarma antes para impedir el contacto y así tomar las acciones correctivas. Durante el arranque el rotor crecerá más rápido que la carcaza de la máquina, lo cual significa que el rotor tiene un crecimiento “LARGO” con respecto a la carcaza de la máquina. Este crecimiento del rotor estará separado del cojinete de empuje. Cuando el crecimiento largo es demasiado rápido, el rotor y los componentes estacionarios entrarán en contacto. Cuando la máquina “absorber” (se calienta) y los componentes de la máquina alcanzan condiciones y temperatura de operación, el crecimiento entre los diferentes componentes se igualan a medida que los mismos alcanzan condiciones óptimas según el diseño en la máquina. Cuando la máquina experimenta un disparo de emergencia, el rotor podrá enfriarse y contraerse más rápidamente que la carcaza de la máquina, lo cual significa que el rotor tiene un crecimiento “CORTO” con respecto a la carcaza de la máquina. Este rotor se está contrayendo hacia el cojinete de empuje. Cuando el crecimiento corto es demasiado rápido, el rotor y el estator harán contacto. También existen variables que pudieren cambiar durante la operación las cuales podrían ocasionar una condición larga o corta al rotor.

Un generador de turbina a vapor que tiene los cojines de empuje ubicado en el estándar frontal tendrá típicamente una medida de expansión diferencial hecha entre la carcaza de la última turbina y el generador.

Mediciones de Posición

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Cuando el cojinete de empuje se localiza en el estándar medio (es decir entre el cojinete radial 2 y 3), ahora el rotor puede crecer en dos direcciones por lo que habrá dos mediciones de expansión diferencial. Una será hecha entre la carcaza de la última turbina y el generador y la otra en el estándar frontal.

FIGURA N° 11

La medición de expansión diferencial se realiza más frecuentemente con sondas de proximidad. Los tres métodos más comunes para medir la expansión diferencial son con una sola sonda, entrada complementaria y entradas de rampa. Cada uno de estos métodos tiene sus propios atributos los cuales serán discutidos detalladamente, pero primero es necesario mencionar que el punto de medición que está siendo realizado se seleccionó basándose en los criterios de los juegos y en el diseño específico por el fabricante original del equipo (OEM) No mover arbitrariamente las sondas a sitios diferentes ya que el coeficiente térmico del material del rotor dará una lectura diferente en sitios diferentes a lo largo del eje. La EXPANSIÓN DIFERENCIAL DE ENTRADA SENCILLA es el método utilizado más simple para medir la expansión diferencial. Es el más común en los generadores de turbinas a vapor General Electric, pero puede hallarse en otros modelos de otros fabricantes. Cuando la expansión total cae dentro del rango lineal de un transductor y la superficie objeto es lo recientemente grande, entonces se puede utilizar una sola sonda para medir este parámetro. Se puede configurar el monitor para acomodar la expiación hacia o desde de la sonda.

Mediciones de Posición

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TURBINA

GAP LARGO

CORTO

CHUMACERA DE EMPUJE

FIGURA N° 12

GRAN EXPANSIÓN DE SOBRE ESCALA (ALEJÁNDOSE DE LA CONFIGURACIÓN DEL SENSOR)

FIGURA N° 13

La Expansión Diferencial de Entrada Complementaria se encuentra más exclusivamente en los generadores de turbina a vapor General Electric, pero no exclusivamente. Como se puede observar en la Figura 13, este tipo de instalación involucra bien sea dos sondas opuestas cada una de ellas, que observan el mismo collar, o dos sondas colocadas opuestamente que observan

Mediciones de Posición

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dos superficies diferentes pero adyacentes. La instalación real dependerá del diseño específico de la máquina. ¿Por qué se usan dos sondas? ¿Por qué una sonda no es suficiente? La respuesta a estas dos preguntas es muy simple. Primero, si la expansión térmica esperada, más los puntos de alarma es mayor que el rango lineal del transductor a ser utilizado, entonces instalar dos de la forma complementaria permitirá medir dos veces la cantidad de expansión. Esto usualmente ocurre cuando no existe suficiente espacio para que el transductor pueda medir el rango completo (eje: el rango de medición de la expansión térmica requerida es de 750 mils (19.05 mm). Dos sondas de 35 mm que tengan un rango de 500 mils (12.7 mm) cada una, montadas en el modo complementario pueden proporcionar el rango necesario.

EXPANSIÓN DIFERENCIAL DE ENTRADA COMPLEMENTARIA EXPANSIÓN LARGA COMPLEMENTARY DEL ROTOR (DESDE LA CONFIGURACIÓN DE LA SONDA)

INPUT DIFFERENTIAL EXPANSION MEASUREMENT TURBINE

PROBE A

PROBE B

PROBE B

PROBE A

LONG SHORT

THRUST BEARING

PROBE B PROBE A

ROTOR LONG EXPANSION UPSCALE (AWAY FROM PROBE A CONFIGURATION)

PROBE A

PROBE B

FIGURA N° 14

Mediciones de Posición

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FIGURA N° 15

Segundo, cuado la superficie observada es demasiado pequeña como objetivo apropiado para el transductor que tiene el rango lineal necesario, entonces un transductor más pequeño utilizarlo en el modo complementario, puede usualmente proporcionar el rango necesario para realizar la medición (eje: el rango de medición de la expansión térmica requerida es de 1” (25.4 mm). Existe el espacio para montar la sonda de 50 mm que podría medir el rango completo, pero el objetivo tiene solamente 2.25” (57.15 mm) de ancho. Esto es suficiente para las sondas de 35 mm, por lo que dos sondas de 35 mm montadas en el modo complementario proporcionarán la entrada necesaria. La expansión diferencial complementaria es más complicada de instalar y arrancar que la aplicación de entrada sencilla, pero ciertamente tiene su lugar cuando se necesitan mediciones de expansión grandes La EXPANSIÓN DIFERENCIAL DE RAMPA, con pocas excepciones se encuentra casi exclusivamente en los generadores de turbina a vapor Westinghouse. Tal como se observa en la Figura 9, este tipo de instalación consiste de dos sondas una de las cuales está siempre observando una rampa. Por qué se observa una rampa?

Mediciones de Posición

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EXPANSIÓN DIFERENCIAL DE RAMPA APLICACIONES PARA LA RAMPA DUAL

TURBINA

SENSOR B

SENSOR A

LARGO

CORTO

SENSOR A

SENSOR B THRUST BEARING GRAN EXPANSIÓN SOBRE ESCALA DEL ROTOR (ALEJANDOSE DE LA CONFIGURACIÓN DEL ROTOR)

APLICACIÓN PARA UNA SIMPLE RAMPA SENSOR B SENSOR A

FIGURA N° 16

La razón de la rampa tiene que ver con el rango lineal de los transductores disponibles vs. La cantidad de expansión térmica que debe ser medida. Con una sonda observando un collar tal como se describió en la aplicación de entrada sencilla, el transductor no puede observar más expansión que el rango lineal del transductor seleccionado, Esto se debe a que la relación de expansión térmica vs. la salida del factor de escala del transductor es 1:1. Una entrada complementaria nos permite doblar la expansión medible con cualquier transductor específico pero la relación de expansión al factor de escala es todavía 1:1. Sin embargo, cuando se usa una sonda para observar una rampa, la expansión a la relación del factor de escala cambia a 1: Seno del ángulo de la rampa por el factor de escala del transductor especifico. Esto extiende esencialmente el rango lineal del transductor para permitir medir una cantidad mayor de expansión con un transductor sencillo.

Mediciones de Posición

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Por ejemplo, una sonda de 14 mm tiene un rango lineal específico de 180 mils (4.06 mm) con una relación de 1. Si este mismo transductor está observando una rampa de 11º en lugar de un collar, estará en capacidad de medir la expansión hasta 500 mus (12.7 mm). Si la rampa puede extender el rango de medición que una sonda puede observar, entonces por qué necesitamos dos sondas La respuesta a esto se puede encontrar en la conducta de la máquina que estamos analizando. La máquina tiene el potencial para moverse en dirección axial y en dirección radial. Mire de cerca la medición sencilla y complementaria en las figuras 13 y 14. En cada uno de estos casos, las sondas están montadas perpendicular a un collar. Esto significa que la salida del transductor cambiará con cualquier expansión o contracción axial, pero la salida no cambiará si existe un cambio de posición radial del rotor, Ahora, mire la aplicación de rampa en la Figura 16. Todavía habrá cambios de posición radial y axial del rotor Claro que sí! 1) Expansión de la Carcaza En máquinas con carcazas que se mueven en correderas cuando la carcaza se expande técnicamente, es muy común proporcionar la medición de la expansión de la carcaza tal como se discutió anteriormente, el rotor de un generador de turbina a vapor pasa por un enorme crecimiento desde frío hasta temperaturas de operación. Lo mismo vale también para la carcaza de la turbina. Cuando la carcaza de la turbina no crece uniformemente, pueden ocurrir daños a la máquina. La medición se hace con una transformador diferencial de variables lineales (LVDT) montado externamente a la carcaza de la máquina y referenciado a la fundación. Referirse a la Figura 17, la cual representa una medición sencilla.

Mediciones de Posición

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EXPANSIÓN DEL CHASIS PIE FIJO

EXPANSIÓNLVDTs DUAL DEL CHASIS

EXPANSIÓN

PIE CORREDIZO

EXPANSIÓN SIMPLE DEL CHASIS

PIE FIJO

FRENTE STANDARD

REFERENCIA FIJA FUNDACIÓN

FIGURA N° 17

LVDT

EXPANSIÓN

Sin embargo, existe un pie de deslizamiento en cada lado de la máquina el cual está diseñado para moverse a medida que la carcasa se expande. Un pie se puede obstruir o atorar lo cual impedirá el crecimiento parejo de la carcaza de la máquina. Esta condición se detecta mediante el uso de los LVDT en un arreglo dual para monitorear la posición de los pies de deslizamiento, tal como se enseña en la Figura II. La recomendación estándar de Bently Nevada es la medición dual de la expansión de la carcaza. ¿Pueden las sondas observar las rampas y decir la diferencia entre un movimiento axial o un cambio de posición? Por supuesto que no Debido a las rampas, de movimiento hacia las sondas o desde las sondas resultados aún en una salida correspondiente sin un-portar si la dirección del movimiento es axial o radial. Puesto que la expansión térmica en la cual estamos interesados está en dirección axial, se utilizan dos sondas y el monitor electrónicamente diferencia entre movimiento axial y radial. Mire nuevamente la Figura 16. En aplicaciones de rampa dual, cuando el rotor se está expandiendo o contrayendo, siempre se mueve hacia una sonda o desde la otra. Basados en la operación del Proximitor, esto significa que el voltaje de salida siempre aumentará en una sonda y disminuirá en la otra. Sin embargo, cuando existe un cambio de posición radial, el rotor siempre se moverá hacia o desde ambas sondas al mismo tiempo. Esto significa que la salida del Proximitor para ambas estará siempre aumentado o disminuyendo al mismo tiempo.

Mediciones de Posición

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Las mismas reglas aplican con la aplicación de rampa sencilla, excepto que la sonda radial no cambia en la salida como resultado de la expansión o contracción del rotor. Al correr estas dos señales en un amplificador diferencial en el monitor, la expansión se indicará solamente cuando las salidas están cambiando entre sí tal como ocurre solamente con la verdadera expansión/contracción del rotor. Al instalar y ajustar el intervalo de las sondas, asegurarse que el rotor esté en la posición de referencia cero del rotor filo, conocida como posición “K” de la cual se efectúan todas las mediciones de los juegos axiales. Cuando el rotor no está en la posición “K”, a las sondas se les deberá desplazar una cantidad correspondiente. Igualmente, las sondas deben ajustarse solamente cuando la máquina esté fría (a temperatura ambiente), de otro modo, se indicará una expansión errónea y equivocada.

Mediciones Comunes Las formas más comunes de medir la expansión diferencial han sido descritas y siempre existirán aquellas aplicaciones que son la acepción. Las mismas deberán ser dirigirlas en forma individual

E. Excentricidad En turbinas a vapor grandes y en algunas turbinas a gas industriales, se hace frecuentemente deseable tener una indicación de la excentricidad del rotor a giro lento (slowroll), también denominada excentricidad pico a pico. Excentricidad es la cantidad de arco en el rotor medido a las velocidades de rotación lenta. Este arco puede indicarse mediante la medición lentamente cambiante pico a pico del Proximitor cuando el rotor rota sobre el engranaje de rotación. Ver Figura 12. Cuando la amplitud pico a pico se encuentra en un nivel bajo aceptable, la máquina puede engranaje sin temor a dañar los sellos y/o roces del rotor causados por el arco residual y su correspondiente desbalanceo. La medición de excentricidad se efectúa con una sonda de proximidad montada alejada del cojinete para que las deflexiones máximas del arco puedan medirse. La mayoría de las máquinas que requieren esta medición, ya poseen un collar de “excentricidad” diseñado en el rotor específicamente para efectuar esta medida.

Mediciones de Posición

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FIGURA N° 18

Si observa bien la Figura 19, se puede ver que existe una masa suspendida entre los dos cojinetes y las causas comunes del arco en el rotor se deben a la gravedad o a los cambios de temperatura Al rodar lentamente la máquina, el arco desaparece con el tiempo.

EXCENTRICIDAD

INCLINACIÓN DE LA FLECHA

FIGURA N° 19

Mediciones de Posición

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Ejercicio de Aplicación

1. ¿Cuáles son los tres tipos de transductores que se usan para efectuar las mediciones de posición? 1. 2. 3. 2. Liste los siete parámetros de posición que son medidos con los transductores anteriores. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 3 ¿Cuál es la diferencia entre posición de empuje y posición del rotor?

4.

Posición radial es la medición de la posición radial _________________ del eje dentro del cojinete de _______________________

5.

La expansión diferencial es la medición de la expansión del_________________________ relativa a la carcaza de la máquina.

6.

La Expansión Diferencial de Entrada Sencilla usa dos sondas para efectuar la medición V o F.

7. La Expansión Diferencial de Entrada Complementaria dobla el rango de medición de un transductor dado. V o F.

8. El observar una rampa en el eje no aumenta el rango de medición del transductor. V o F.

Mediciones de Posición

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9. ¿Cuál es el propósito de la sonda radial en una aplicación de rampa?

10. ¿Con qué tipo de transductor usualmente se hacen las mediciones de expansión de carcasa?

11. Señale todos los conceptos que sean verdaderos para las mediciones de expansión de la carcaza.  Asegurarse que el crecimiento de la carcaza es uniforme  Se puede detectar una zapata pegada o una condición conocida como funcionamiento a la deriva  Un transductor localizado en el extremo y tan cerca del centro de la carcaza como sea posible es el punto de medición ideal.  Los transductores de proximidad de gran alcance se utilizan normalmente para realizar esta medición.  La medición está referenciada a la fundación de la máquina.  Se obtiene un desempeño óptimo cuando los dos transductores usados están en cada zapata movible. 12. ¿Por qué es mejor utilizar dos LVDT al hacer las mediciones de expansión de la carcaza?

13. ¿Qué tipos de transductores son utilizados para medir excentricidad? 14. ¿Desde el punto de vista de la maquinaria, qué es excentricidad?

15. Señale todos los conceptos que sean verdaderos para las mediciones de excentricidad.    

Esta medición se realiza mientras la máquina está sobre un engranaje de rotación. Los arcos inducidos por gravedad y por temperatura son probablemente las causas más comunes de arqueo. Un collar de excentricidad u otra área de medición no son normalmente parte del diseño de la máquina aún cuando esta sea una medición requerida. Los roces del rotor y deslizamiento de los sellos son problemas comunes asociados con una máquina sometida a velocidad cuando los niveles de excentricidad son inaceptablemente altos.

Mediciones de No Vibracion y Otras de Posicion

Sección 4

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Mediciones de No Vibracion y Otras de Posicion

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MEDICIONES DE NO-VIBRACIÓN Y OTRAS DE POSICIÓN

1. INTRODUCCIÓN

Mediciones de No Vibracion y Otras de Posicion

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Además de las mediciones de vibración y de posición, hay otras mediciones comunes que se pueden hacer. Aunque no son tan importantes como la vibración y la posición, son importantes para obtener información que dan una visión completa de la condición mecánica de la máquina. Estas no se encuentran en todas las industrias, ni tampoco siempre se realizan, pero a pesar de todo son importantes. Estas son: 1. Velocidad del Rotor 2. Aceleración del Rotor 3. Velocidad Cero 4. Posición de la Válvula 5. Temperatura II VELOCIDAD DEL ROTOR (Tacómetro) Considerada como una medida principal, esta es la medición de la velocidad rotacional del rotor (r.p.m.). La mayoría de los trenes de las máquinas centrifugas tienen la indicación continua de las r.p.m. Los transductores usados para medir la velocidad de la máquina vienen de una gran variedad de fuentes tales corno un transductor de proximidad, un captador óptico o magnético, Para instalaciones permanentes, se recomienda el transductor de proximidad (Bently Nevada no fabrica ni vende captadores magnéticos). Estos transductores están todos diseñados para observar un número sencillo o múltiple de eventos por revolución del eje. Cada señal puede ser utilizada para la indicación de velocidad pero la señal de multieventos por vuelta, tajes corno en un engranaje, da mejor resolución a velocidades por debajo de 300 r.p.m. (más pulsos o eventos por vuelta.) Las señales de cualquiera de las fuentes son condicionadas mediante un circuito digital en un tacómetro digital para dar la indicación de la velocidad de la máquina, así corno también un circuito de alarma para anunciar sobre/sub velocidades

III. ACELERACIÓN DEL ROTOR En ciertos casos, es deseable medir la rata de aceleración del rotor (r.p.m/minuto) cuando su velocidad aumenta de cero r.p.m a la velocidad de funcionamiento. Esta información es necesaria para ayudar a subir la velocidad de la máquina sin daños y prevenir errores

Mediciones de No Vibracion y Otras de Posicion

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operacionales. Se usa con más frecuencia en los generadores grandes de turbinas que requieren una rata lenta de aceleración mientras que los componentes de la máquina se expanden al alcanzar las temperaturas de operación Un transductor de proximidad se usa para proveer la señal de entrada a un monitor el cual condiciona la señal para una pantalla digital o una pantalla análoga. Aunque la señal de entrada puede ser la señal del Keyphasor®, una señal de múltiples eventos por vuelta es más deseable, ya que ésta ofrece mejor resolución y por lo tanto mejor precisión a velocidades bajas por debajo de 300 mm. Frecuentemente, la señal que maneja el tacómetro para la velocidad de la máquina es también usada para manejar el monitor de aceleración del rotor. Aunque este monitor tiene alarmas para ratas positivas y de alta aceleración, se usan más frecuentemente para indicación solamente.

IV. VELOCIDAD CERO En ciertas máquinas, es deseable implementar ciertos parámetros operacionales de la máquina cuando la máquina se acerque o alcance cero r.p.m. De allí el término “cero velocidad”. Estos parámetros operacionales pueden ser el acoplamiento del engranaje de rotación, el comenzar el proceso de parada de una caldera o el proceso de flujo, etc., básicamente cualquier cosa que tuviere que ver con los requerimientos para parar una máquina que se encuentre en algún proceso de la planta, Podría ser cero rpm o tal vez tan alta como 300 rpm. Con mayor frecuencia se utilizan generadores de turbinas a vapor para indicar que el eje ha alcanzado una velocidad preseleccionada para acoplar el engranaje de rotación Esta velocidad podría ser cero rpm, 3-4 rpm o más, dependiendo del diseño de la máquina y de los requerimientos operacionales El monitor está diseñado para usarse para indicaciones de cero velocidad solamente y no está diseñado para engranar acoplar el engranaje de rotación o activar algún otro proceso. La entrada puede ser una señal del Keypbasor ® o una señal multieventos por giros de una sonda de proximidad. Las señales tipo Keyphasor, un solo evento por revolución, generalmente trabaja mejor para este monitor, ya que no puede ser posible programar el monitor para un periodo correcto con eventos múltiples a velocidades lentas de cero.

V. POSICIÓN DE LA VÁLVULA Esta medición aplica principalmente a los generadores de turbina a vapor. Como su nombre lo indica, es la indicación de la posición de la válvula medida entre totalmente cerrada y totalmente abierta, donde cerrada seria la posición de 0% y totalmente abierta seria el 100%.

Mediciones de No Vibracion y Otras de Posicion

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Las diferentes máquinas tendrán diferente cantidad y tipos de válvulas, tales como válvulas gobernadoras, válvulas de vapor principales, válvulas controladoras, etc. En cualquier caso, es la indicación de la posición de la válvula entre cerrada y abierta. Las configuraciones de las válvulas comúnmente oscilan al medir tina válvula de la máquina, dos válvulas y hasta ocho, dependiendo del diseño de la máquina. Cuando el movimiento principal para medir la posición de la válvula es lineal, se utiliza para efectuar la medición un Transformador Diferencial de Variables Lineales tipo AC o LDVT Los potenciómetros rotatorios se utilizan para medir la posición de la válvula cuando el movimiento principal es rotatorio. Los LDVT deberán utilizarse siempre que sea posible ya que ellos están mejor equipados para las temperaturas involucradas y no poseen panes eléctricas movibles.

VI. TEMPERATURA Considerada como medición principal cuando la variable que está siendo medida está directamente relacionada a la operación de la máquina. Los transductores de temperatura han tenido un desarrollo intenso y hay dos tipos de ellos que se usan ampliamente hoy día; termocuplas (TC) y detectores de temperatura de resistencia (RTD). Las recomendaciones de aplicación e instalación para la medición de temperatura han sido bien definidas. El requerimiento de medición directa es para monitorear la temperatura de los componentes de la máquina. Para cojinetes radiales, deberá usarse por lo menos un sensor en el punto de detección de carga máxima calculada en el cojinete bajo condiciones normales. Para cojinetes de empuje deberán utilizarse por lo menos dos sensores instalados en las zapatas de empuje del cojinete con una separación angular igual entre los sensores En motores y generadores eléctricos, la práctica de monitorear el estator y los embobinados del rotor es deseable. Es buena práctica medir la temperatura de la carcaza de la máquina en diferentes sitios y las temperaturas ambiente de la plataforma de la máquina. Podrán también tomarse otras mediciones de temperatura, del aceite, vapor, procesos, escapes y otras variables que darán información adecuada para ayudar a determinar las condiciones de la máquina en general. Una cosa adicional que se debe tomar en cuenta, es que los parámetros cubiertos en este módulo son las mediciones predominantes y más comunes que se monitorean. Habrá siempre casos no normales aislados que deberán ser considerados individualmente. Además, se han vuelto más predominantes en nuestra industria los instrumentos especializados para monitorear los compresores Reciprocantes y las turbinas a gas aeroderivados las cuales incorporan los conceptos ya descritos. Finalmente, se podrán escuchar los términos monitoreo del voltaje del eje, rotor atascado o rotación inversa los cuales son específicos a ciertas máquinas y a conductas no deseadas.

Mediciones de No Vibracion y Otras de Posicion

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1. El voltaje del eje es una medición de la diferencia en potencial eléctrico entre el rotor y los cojinetes del generador. Una diferencia potencial grande puede ocasionar el arqueo y por lo tanto picado a los cojinetes y muñones de los cojinetes. 2. Rotor atascado aplica a una aceleración de aunque inapropiada (frecuentemente un motor). Si la máquina acelera demasiado lento, se dispara una alarma.

3 Finalmente, rotación inversa es la indicación de que alguna fuerza (puede ser líquido o gas de proceso) está rotando la máquina hacia atrás lo cual puede ocasionar daños a la misma.

Ejercicios de Aplicación REVISIÓN DE CONOCIMIENTOS

Encierre en un círculo todas las respuestas correctas para cada uno de los siguientes casos:

Mediciones de No Vibracion y Otras de Posicion

1.

Velocidad del Rotor a. b. e. d. e.

2.

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Medición de la velocidad rotacional del rotor. Medida en r.p.m Medida utilizando transductores de proximidad, captadores magnéticos u ópticos. Considerada como medición principal. Los transductores de proximidad son utilizados para efectuar esta medición.

Aceleración del Rotor a. Es una medición de la rata de aceleración del rotor cuando su velocidad aumenta de cero rpm a la velocidad de funcionamiento b. Es medida en aceleración o desaceleración mm/mm e. Utiliza la misma señal, el Keyphasor®, como medición de la velocidad del rotor (tacómetro). d. Las mediciones son más precisas por debajo de 300 rpm cuando se usa una seña1 Keyphasor. e. Se utilizan Acelerómetros para efectuar esta medición.

3.

Velocidad Cero: a. Es la medición utilizada para definir cuando la máquina está exactamente en cero rpm b Es típicamente usada en generadores a vapor para el acople del engranaje de rotación. c. Las señales de una rueda de multieventos deberá ser usada como la entrada para monitorear y dar una mejor resolución. d. Se utilizan LVDT para efectuar esta medición.

4.

Posición de la Válvula: a. Medición utilizada para determinar la posición de la válvula de entrada de vapor; abierta, cerrada o alguna posición intermedia. b Se pueden utilizar potenciómetros rotatorios para efectuar esta medición. c. Los LVDT no pueden ser utilizados cuando la medición principal es rotacional. d Se utilizan potenciómetros rotatorios cuando el movimiento de medición principal es lineal.

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Sección 5

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Operación y Aplicación de los Sistemas Transductores de Proximidad

OPERACIÓN Y APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS TRANSDUCTORES DE PROXIMIDAD

Rev. A 128259-01

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Operación y Aplicación de los Sistemas Transductores de Proximidad

I

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INTRODUCCIÓN

Para recolectar la información de la máquina, necesitamos un dispositivo que convierta el movimiento mecánico en señales. “Los Transductores convierten una energía en otra”. En este tópico se discutirá el transductor más ampliamente utilizado – El SISTEMA TRANSDUCTOR DE PROXIMIDAD. A. Sistema Transductor de Proximidad Este sistema consiste de tres partes individuales, ninguna por si sola es un transductor. Las tres partes son: LA SONDA, EL CABLE DE EXTENSIÓN y El PROXIMITOR ®. 1. La Sonda Esta parte es instalada en la máquina y referida como el sensor. a. Transductor de Desplazamiento Serie 3000 y diseños subsecuentes. La sonda serie 3000 (junto con la serie 7000) fue por muchos años, la sonda de proximidad estándar de BNC. Como es cierto, con cualquiera de los “primeros” modelos del producto, tanto el diseño como las técnicas de fabricación fueron mejoradas para los recientes modelos del sistema: la serie 7200 y la más recientemente la serie 3300XL. La sonda serie 3000 tiene una bobina tipo “panqueque” plano. Esta bobina es devanada manualmente y por lo tanto difícil comparativamente para fabricar al compararse con los diseños más nuevos. La bobina es instalada manualmente en un tubo de fibra de vidrio y es soldada a la entrada la sonda, la cual a su vez es soldada a un cable coaxial de 50 ohmios de la longitud eléctrica correcta. El frente de bobina está cubierto con un disco de fibra de vidrio (o Tonox ®), el cual colocado epoxy en su lugar.

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b. Las sondas serie 7200 y 3300 son muy similares y comparten los procedimientos de ensamblaje más avanzados. Las bobinas son devanadas primero con un mandril de precisión. El alambre de la bobina tiene un recubrimiento activado al calor, de manera tal, que cuando la bobina es devanada y se le agrega calor, el epoxy se fija y el producto final se mantiene junto. Este tipo de bobina es conocida como serpentín de núcleo de aire. La aceptación o rechazo de esta bobina se basa en los diferentes parámetros mecánicos y eléctricos revisados durante la construcción. Los resultados, serán también utilizados para decidir si la bobina será usada como parte de un ensamblaje de cable integral y sonda de 1metro o de ½ metro. El ensamble de punta es hecho de una versión genérica de temió plástico denominada Sulibro de Polifenileno (PS) que se enrosca en una caja de acero inoxidable. Los ensamblajes de punta son producidos en diámetros estándar de5, 8, 11, 14, 25 y 35 y 50 mm para la serie7200 y 8 mm de diámetro para la serie 3300. Los extremos de la bobina de la sonda 7200 tenían en un cable coaxial miniatura de 95 ohmios que existe en la caja de acero inoxidable. El cable coaxial ha sido reemplazado por un cable triaxial endurecido para el sistema 3300.

El cable triaxial tiene un conductor central, como una conexión de bobina y dos blindajes o pantallas. La pantalla interna es una conexión de bobina de la sonda mientras que la pantalla externa no está conectada. Esto evita aterramientos no deseados de los lados de la bobina de la sonda cuando el cable se daña. El cable entonces termina en un conector macho coaxial miniatura de 75 ohmios.

El cable de la sonda es cortado a precisión con una máquina especial, a las especificaciones adecuándose a la longitud eléctrica correcta del sistema. Las líneas de la bobina y el cable son soldadas cada uno a las partes metálicas del ensamble de la bobina de PPS. Una tapa de PPS moldeada a inyección (con un O´ring en las sondas 3300) va sobre la bobina y el ensamblaje de “punta y línea” es colocado en el cuerpo de acero inoxidable roscado apropiadamente. El cuerpo se une en una ranura “p” en la tapa y se pliegan juntos a especificaciones exactas.

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c. Para todos los transductores de proximidad, el número de parte de la sonda y el número de señal están fijados al cable. Tal como se muestra en los siguientes ejemplos, las opciones de la sonda se denotan por el número de parte. e. Ejemplo de sonda serie 7200: 22810-00-25-90-02 22810 = número de catálogo para sonda con un diam de 8 mm 00 = longitud no roscada de O O mm 25 = longitud de la carcaza 25 mm 90 = longitud del cable 02 = con conector f. Ejemplo de sonda serie 3300: 330106-05-30-10-4)2-00 33106 = Número de catálogo para sonda con un diam. de 8 mm 05 = longitud roscada de 5 mm 30 = longitud de la carcaza de 30 aun 10 = longitud total 1 metro 02 = con conector 00 = aprobación de área peligrosa no requerida

2.

El Cable de Extensión Esta es la parte que se conecta al cable integral de la sonda y le permite alcanzar la caja de distribución conveniente. Es una longitud de cable, la cual combinada con la longitud eléctrica del cable de la sonda, constituyen la longitud eléctrica total del sistema. a. Longitud Eléctrica: La longitud total de la punta de la sonda de proximidad al conector en el Proximitor, deberá coincidir eléctricamente a la calibración del Proximitor. Para lograr esto, se deben tomar en cuenta los siguientes puntos importantes: b. La longitud eléctrica del sistema debe considerarse desde la punta de la sonda hasta el cable de extensión de la misma. c. Para cualquier transductor de proximidad, la longitud física del sistema y su longitud eléctrica rara vez serán exactas. Es decir, la longitud física del ensamblaje del cable sonda-extensión es su longitud física medida. La longitud eléctrica del sistema se define como la “longitud recordada capacitaba” esencial de un sistema transductor de proximidad.

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d. La longitud eléctrica toma en cuenta la diferencia, en caso de haberla, en capacitación por longitud unitaria de dos cables con un área seccional transversal no igual. Por ejemplo, la línea de la senda del cable coaxial de 50 ohmios del transductor es más pequeña de diámetro y tiene aproximadamente el doble de la capacitación del cable de 95 ohmios mayor usado para su cable de extensión. Podemos aproximar la longitud eléctrica (Longitudequivalente) para el sistema transductor de proximidad 3000 en términos de la longitud física de la línea de la sonda (Longitudproba) y la longitud física del cable de extensión (Longitud cable de extensión) como sigue:

Longitud equivalente = 2(Longitud sonda) r Longitud cable de extensión

Especificaciones del Cable Tanto los cables integrales como los cables de extensión están recortados guarnecidos para corregir a la impedancia correcta (en función de capacitancia). Los cables se especificarán en ohmios/pies de acuerdo con el estándar de la industria

e. Para los transductores de proximidad series 7200 y 3300, la longitud eléctrica se obtiene diferentemente. Debido a que el cable coaxial de 95 Ω es para el sistema serie 7200 y el triaxial de 75Ohmios para el sistema 3300 y es utilizado tanto para el cable de extensión como para la sonda de proximidad de estos sistemas, la capacitancia, y por lo tanto la longitud eléctrica por longitud física unitaria son esencialmente iguales para ambos componentes. Longitud total = Longitud sonda+ Longitud cable de extensión

f. Un extremo del cable de extensión termina en un conector hembra coaxial miniatura para el cable de la sonda. El otro termina en un conector macho coaxial miniatura para la conexión con el Proximitor g. Los primeros sistemas 3000 se ofrecieron con longitudes totales de 6, 9, 15, 20, 24 y 40 pies. Como se podrá notar en la hoja de datos del producto, este rango de longitudes disponibles fue reducido a longitudes eléctricas estándar del sistema de 15 y 20 pies. De los ofrecimientos iniciales, se encontró que estos dos rangos

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cubría la mayoría de las aplicaciones y reducirían la posibilidad de instalaciones de sistemas mal combinados que ocurren en el campo.

Sistemas de Proximidad Series 3000/7006 La conversión del número de modelo “viejo” Proximitor al número nuevo del catalogo se explica en el Apéndice A de esta Sección._______________________________

h. Los sistemas transductores de proximidad 7200 y 3300 han sido diseñados con longitudes eléctricas estándares de 5 y 9 metros. i. Para el sistema transductor 3300 (pero no para los primeros modelos), un manguito contraído al calor está disponible en el cable para ser deslizado sobre la sonda para la conexión del cable de extensión. Esto evitara el aterrado de uno de los lados de la bobina. El número de parte del cable de extensión se fija al cable.

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Así como con la sonda y el Proximitor, las opciones del cable se identifican por el número de parte. Ejemplo del Sistema 3000:4454-168 4454 = Cable de Extensión con blindaje 168 longitud del cable en pulgadas.

Ejemplo para el Sistema 7200: 21747-045-01 21747 = Cable de extensión para sonda de 5 ó 8 mm. 045 = opción longitud del cable 4.5 metros 01 = con opción acero inoxidable

Ejemplo del Sistema 3300 330130-080-00-00 080= longitud total de 8.0 metros

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00 = sin blindaje 00 = aprobación área peligrosa no requerida.

3. El Proximitcr® Esta parte contiene la electrónica (oscilador/de modulador) y se monta usualmente en una caja de distribución. La Figura 7 muestra la evolución de la caja del Proximitor, Nótese que una resistencia de calibración está montada externamente tanto en el diseñó de la serie 3000 como en el de la serie 7200. Este diseño fue morado para la serie 3300 donde la resistencia se monta debajo de la placa de identificación. Las resistencias deben cambiarse solamente en la forma que se especifique en el Manual de Operaciones del sistema transductor. El diseño del Proximitor 3300 tiene una caja de aluminio fundido con un recubrimiento de polvo gris el cual resiste el aceite, solventa y químicos. Un conector hembra coaxial miniatura de 75 ohmios está montado al chasis a través de la caja para conexión al cable de extensión. Los terminales también están montados en la caja para suplir el voltaje y tomar ¡as señales del Proximitor. La base tiene una placa de aislamiento montada sobre ésta que evitará el aterrado no deseado en un lado de la bobina de la sonda. La electrónica montada en el tablero de circuitos está totalmente encapsulada en resma dentro de la caja. a. Los números de parte de los Proximitores series 7200 y 3300 siguen una forma similar a aquella de la forma “nueva” de la serie 3000. La calibración, sin embargo, será para los diámetros de la punta de sonda estándar de 5, 8, 11, 14, 25, 35 y 50 mm para el 7200 y de 8 mm para el sistema 3300. Ejemplo de la Serie 7200: 18745-04

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18745 = Número del modelo del Proximitor para sondas de 5 y 8 mm 04 = para una longitud del sistema transductor combinado de 9.0 metros. Ejemplo de la Serie 3300: 3300100-90-00 90 = Longitud total 9.0 metros (sonda con cable integral y cable de extensión) 00 = Aprobación de área peligrosa no requerida El número de parte y el número de la serie están fijados al Proximitor Las opciones del Proximitor se denotan por el número de parte

Nota: Para los sistemas 7200 y 3300 solamente, es opción tener un sistema de proximidad con la longitud del cable de extensión y el cable integral de la sonda como una sola pieza. Todos los sistemas transductores de proximidad deben tener un Proximitor. El Proximitor dicha sonda y que longitudes del cable de extensión combinan con el sistema. Longitudes de los Cables Los sistemas transductores de las series 3000, 7000 y 7200, podrán tener realmente una longitud física que sea de un 5 % a 10 % más corta que la longitud eléctrica cotizada. Para permitir una longitud útil máxima, el sistema 3300 está diseñado para usar cables de extensión que nunca sean físicamente más cortos que las longitudes establecidas. El cable podrá ser físicamente más cortos que las longitudes establecidas. El cable podrá ser físicamente más largo tanto como un 30 % más que la longitud eléctrica establecida.

Como se menciono anteriormente, los cables de extensión, los cables y las sondas para todas las series de transductores se fabrican en longitudes estándar. Los Proximitores de las series 7200 y 3300 son fabricados para que requieran SOLAMENTE DOS longitudes de cable de sistema estándar. Los siguientes ejemplos del sistema 3300, muestran algunas posibles combinaciones del sistema transductor 3300. Un Proximitor de 5.0 metros (330100-50-XX) necesita: Un cable de extensión de 4.0 metros (330130-040 -XX - X X) ó de 4.5 metros (330130-045 - XX -XX) con una sonda de 1.0 metros (330106-XX -XX - 10-XX - XX) ó de 0.5 metros (330106-XX -XX -05-XX -XX) Un Proximitor de 9.0 metros (330100-900 XX) necesita: Un cable de extensión de 8.0 metros (330130-080-X (3-X X) 6 de 8.5 metros (330130-085-XX -XX) con una sonda de 1.0 metros (330106-v) - -10- -G) 6 de

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0.5 metros (330106-  - 05  ) Nota:

“” en los ejemplos denotan otras opciones. Como se estableció previamente, las longitudes del sistema de 15 y 20 pies para los transductores de proximidad 3000 y 7000, ó longitudes del sistema de 9.0 ó 5.0 metros para los sistemas 7200 y 3300 se cotizan como longitudes ELÉCTRICAS y no como longitudes físicas (aunque podrían estar muy cerca), Este se debe a que los cables de extensión y las sondas están reducidas en longitud para combinar ELÉCTRICAMENTE con los Proximitos.

4. Operación de Sistema a. El Proximitor es un dispositivo electrónico que realiza dos funciones básicas: b. Generar una señal de frecuencia de radio (RE) usando un circuito oscilador. c. Condiciona la señal de RE para extraer los datos útiles usando un circuito de modulador.