La Importancia de la Calibración de Sensores de Vibración

El análisis de maquinaria por vibraciones es una técnica importante usada en programas de mantenimiento predictivo y proactivo de equipos en planta.

Esta herramienta se basa en que la maquinaria rotativa vibra con un patrón y un nivel que refleja la condición del equipo.

Estos niveles se monitorean y los diversos patrones se estudian, en caso de que aumenten o cambien se puede de numerar si existe un problema y cuál es su causa. (Desalinamiento, Desbalances, problemas de rodamientos. Entre otros).

Normalmente para el análisis de vibración se requiere de un sensor (Acelerómetro, Transductor de velocidad, Transductor de desplazamiento) montado en el alojamiento del rodamiento el cual envía una señal eléctrica siendo capturada por un colector de datos quien se encarga de convertirlo en una imagen de vibración (Forma de onda, Espectro, Orbitas, Diagramas de bode entre otros) para ser analizada posteriormente por el analista de vibraciones quien brindará el concepto del diagnóstico de la maquinaria.

Es por esta razón que es de vital importancia asegurar que los instrumentos de medición, tanto el sensor como el colector estén entregando información que sea veraz.

Esto se logra en el proceso de calibración de los mismos.

¿Qué es calibrar?

Según el Vocabulario Internacional de Metrología (VIM) se define la calibración como: “Operación que bajo condiciones específicas establece en primera etapa, una relación entre los valores y sus incertidumbres de medidas asociadas obtenidas a partir de los patrones de medida y las correspondientes indicaciones con sus incertidumbres asociadas y, en una segunda etapa, utiliza esta información para establecer una relación que permita obtener un resultado de la medida a partir de la indicación.”

En palabras más claras la calibración es la comparación de un equipo contra un patrón de referencia (Este último es un elemento del cual se tiene certeza de que se está obteniendo resultados veraces) con el objeto de conocer que tan desviadas están las dos mediciones. En algunos casos se puede realizar la corrección de esta desviación.

En lo referente a vibraciones la calibración de un sensor de vibración lo que nos entrega es la sensibilidad del sensor.

La sensibilidad del sensor nos indica el voltaje de salida en respuesta a un nivel de vibración establecido.

Por ejemplo, si se tiene un acelerómetro de una sensibilidad de 100 mV/g, y el nivel de vibración de una maquina es de 2g, este debería enviar como voltaje de salida al colector 200 mV.

Aclarando Conceptos

Cabe resaltar que para asegurar metrológicamente las mediciones que realiza un equipo se deben realizar tres operaciones las cuales algunas veces son confundidas.

  • Calibrar: Como se mencionó anteriormente la calibración es la comparación con un patrón con valor conocido para conocer la desviación del equipo. Normalmente se realiza en laboratorio.
  • Verificar: Se realiza una evaluación del equipo para conocer si sigue cumpliendo con un requisito especificado. En caso de los sensores de vibración normalmente se realiza en planta y se verifica con un calibrador portable si los valores son cercanos al del certificado de calibración.
  • Ajustar: Se refiere a la reparación e intervención de un equipo, en caso de los sensores de vibración en la mayoría de los casos no se pueden ajustar y hay que reemplazarlo por uno nuevo. El ajuste de un equipo implica su posterior calibración y verificación.

¿Con quién se debe calibrar los sensores de vibración?

Los sensores de vibración deben ser calibrados con un organismo competente, esta exigencia la cumplen los laboratorios acreditados con la IEC/ISO 17025 “Requisitos generales para la competencia de laboratorios de ensayo y calibración”.

Esta norma exige que los laboratorios cuenten con un sistema de calidad y que demuestren la competencia técnica del personal, instalaciones y condiciones ambientales adecuadas, así como métodos validados y el aseguramiento metrológico de los equipos y patrones. Por otra parte, se les exige que se realicen intercomparaciónes con otros laboratorios asegurando con todas estas condiciones que los resultados que se le entrega al cliente son confiables y veraces.

En la figura 1 se observan tanto los requisitos técnicos como de gestión exigidos por la norma.

Fig. 1. Requisitos de la norma ISO 17025
Fig. 1. Requisitos de la norma ISO 17025.
Fuente: El autor

Es de suma importancia que el organismo que realiza la calibración maneje la imparcialidad; Usualmente los sensores son enviados al mismo fabricante quien debe evaluar la calidad de sus propios productos generándose un conflicto de interés.

Es por esto que se recomienda que sea realizada por un tercero que no tenga ningún tipo de relación comercial con la marca del sensor de vibración.

En caso de enviarse al fabricante se debe evaluar que el área de calibración no tenga ningún tipo de presión por el área comercial de la empresa.

¿Cómo se realiza la calibración de un sensor de vibración?

La calibración de un sensor de vibraciones se realizar según la norma ISO 16063 en la misma se definen las características de los equipos, condiciones ambientales y el procedimiento para realizar esta operación.

En la figura 2 se observa el montaje y los equipos requeridos para la calibración.

Fig. 2. Montaje calibración. Adaptado de la norma ISO
16063-21
Fig. 2. Montaje calibración. Adaptado de la norma ISO
16063-21

¿Qué entrega un certificado de calibración?

Un certificado de calibración de un sensor de vibraciones reporta los valores de la curva de sensibilidad en un rango de frecuencia típico de 10 Hz a 10000 Hz.

En la figura 3 se observa la curva de un sensor común de 100 mV/g de sensibilidad nominal.

Fig. 3. Curva de sensibilidad del sensor.
Fig. 3. Curva de sensibilidad del sensor.
Fuente: Autor

Los valores de sensibilidad se encuentran normalmente en sistema internacional y sistema inglés.

Otro aspecto importante del documento es la incertidumbre, la cual indica la duda que se tiene de la medición; esta se asocia a la desviación estándar.

Es decir que se hacen mediciones repetidas bajo mismas condiciones con el sensor y se compara la respuesta para conocer qué tan desviadas están unas con otras. Con valores de incertidumbres más pequeñas se indica que la medición con el sensor fue más precisa. Hay que tener en cuenta que el valor de la incertidumbre solo la compone las mediciones repetidas o otros factores de dudas como lo son la habilidad del operario, los cambios en las condiciones ambientales, método de medición, incertidumbre de patrones, entre otras.

Por último se describe las diferentes características propias a la que se realizó la prueba como lo son la fecha, las condiciones ambientales, el cable utilizado, trazabilidad de los patrones y una sección donde se describe la marca, el modelo y el serial de sensor para indicar que el certificado corresponde al mismo.

¿Para qué sirve la calibración?

La calibración tiene como finalidad los siguientes aspectos:

  • Evaluar la medición del sensor conociendo la sensibilidad real en cada una de las frecuencias.
  • Si los valores de sensibilidad de una frecuencia o un rango están muy alejadas de la sensibilidad nominal (Esta ultima la entrega el fabricante las típicas son 10 mV/g, 100 mV/g y 1000mV/g) indica que el sensor no está en condiciones de realizar mediciones en esas frecuencias. Normalmente los daños se producen en altas frecuencias 5000 Hz en adelante siendo aún funcional el sensor a baja frecuencia.
  • Si los valores de la incertidumbre son grandes indica que las variaciones de las mediciones que realiza el sensor son muy altas por lo que se debe evaluar la criticidad y la precisión que requiere la máquina para decidir si se realiza el análisis con ese sensor.
  • Con los valores reales de sensibilidad se pueden definir niveles de alarma más rigurosos, evitando de esta formar falsas alarmas.

¿Cómo se utiliza la sensibilidad que reporta el certificado de calibración?

Los colectores de vibración típicamente aceptan un solo valor de sensibilidad por lo que el analista debe ingresar el valor de la frecuencia de la velocidad de la maquina (1X) o de la frecuencia de interés del análisis.

En caso de que se tenga una ruta con diferentes maquinas a distintas velocidades se podría realizar un promedio de las sensibilidades a cada una de las frecuencias e incluirse.

¿Cada cuánto se debe calibrar los sensores de vibración?

Los fabricantes de los sensores de vibración recomiendan que se realice esta actividad cada año.

Sin embargo, debe ejecutarse cada vez que se detecte una desviación de las mediciones del sensor.

Cada empresa define sus intervalos de calibración basados en los datos obtenidos por sus verificaciones internas y en los programas de aseguramiento metrológico de los equipos junto a los históricos de los certificados de calibración.

Si el sensor es crítico en el proceso se recomienda calibrarlo como mínimo una vez al año.

¿Qué pasa si no calibro mis sensores de vibración?

No se conoce la sensibilidad real del sensor ni su estado. Se puede contar con un sensor nuevo sin embargo no hay seguridad que este reportando datos veraces por lo que el analista puede estar reportando malos diagnósticos, interviniendo maquinas que aún no lo requieren o detectando daños demasiado tarde.

Referencias

  • Vocabulario internacional de metrología (VIM).
  • Norma ISO 17025.
  • Norma ISO 16063-21.
  • Manual de categoría nivel I, Mobius institute.

Autor: Sergio Andrés Gómez Suárez
Coordinador laboratorio vibraciones Universidad Pontificia Bolivariana – Colombia.
Ingeniero analista de vibraciones nivel II
Correo: Sergio.gomezs@upb.edu.com

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