Aqui se hablara sobre el análisis de vibraciones

1. CADENA DE MEDIDA
Integrantes: Gabriel Ayala – AlejandroJarro

2. TRANSDUCTORES
DEFINICION
Los transductores son aquellas partes de una cadena de medición que transforman una
magnitud física en una señal eléctrica. Los transductores son especialmente importantes
para que los medidores puedan detectar magnitudes físicas. Normalmente, estas
magnitudes, como por ejemplo temperatura, presión, humedad del aire, presión
sonora, caudal, oluz, se convierten en una señal normalizada (p.e. 4 ... 20 mA). Las
ventajas de la transformación son por un lado la flexibilidad, ya que muchos medidores
soportan la transformación de señales normalizadas. Por otro lado, las magnitudes
medidas pueden ser leídas a grandes distancias sin prácticamente pérdida alguna. Cuando
se usan transductores, la unidad de evaluación debe recibir sólo el rango de medición,
pues a partir de ahí, se calculan desde la señales eléctricas las magnitudes eléctricas.
Algunos transductores ofrecen adicionalmente una separación galvánica entre la señal de
entrada y de salida. Encontrará en nuestra gama de productos transductores para
diferentes magnitudes.
Partes del transductor
En el caso de los transductores que proporcionan como salida una señal eléctrica, constan
de las siguientes partes:
Sensor, en contacto con la magnitud física.
Mecanismos auxiliares
Captador, que proporciona una cierta señal eléctrica.
Preamplificador o acondicionador de la señal
Clasificación
Los transductores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la
señal convertida:
Transductores analógicos

3. Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo
voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable
física que se mide.
Transductores digitales
Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un
conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden
ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable
medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con
las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el
control de procesos.
Parámetros fundamentales
Exactitud
La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por
exactitud que el valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos
positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio
de error entre el valor real y el valor detectado tenderá a ser cero.
Precisión
La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión significa
que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La
dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima.
Rango de funcionamiento
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en
todo el rango.
Velocidad de respuesta

4. El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un
tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea.
Calibración
El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar
a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar
una recalibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar
la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual
hace necesaria su recalibración.
Fiabilidad
El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante
el funcionamiento
Tipos de transductores
Transductor electroacústico.- Un transductor electroacústico es aquel dispositivo que
transforma la electricidad en sonido, o viceversa.
Transductor electromagnético.- Un transductor electromagnético es un transductor que
transforma electricidad en energía magnética o viceversa. Por ejemplo, un electroimán es
un dispositivo que convierte la electricidad en magnetismo o viceversa (flujo magnético
en electricidad).
Transductor electromecánico.- El transductor electromecánico es un tipo de transductor
que transforma electricidad en energía mecánica, o viceversa.

5. Transductor electroquímico
Transductor electrostático.- Un transductor electrostático consiste en una membrana,
normalmente mylar metalizado, cargada eléctricamente que hace la función de diafragma
y que se mueve por la fuerza electrostàtica que se produce al variar la carga de dos placas
entre las que se encuentra.
Transductor fotoeléctrico.- El transductor fotoeléctrico es un tipo de transductor que
transforma luz en energía eléctrica o viceversa, por ejemplo es una cámara fotográfica
digital. Estas vibraciones resultantes (ya sean eléctricas o lumínicas, dependiendo de la
naturaleza del transductor), son importantes en los sistemas.
Transductor magnetoestrictivo.- Los transductores magnetoestrictivos son todos aquellos
que basan su funcionamiento en el fenómeno de la magnetoestricción. Éste es un
fenómeno reversible que se basa en el acoplamiento de fuerzas mecánicas y magnéticas,
de manera que un material de este tipo ante la presencia de un campo magnético sufre
ciertas modificaciones en su estructura interna, lo que produce pequeños cambios en sus
dimensiones físicas. También una deformación de dicho material produce una variación
de la inducción magnética.
Su campo de aplicación es en emisores y receptores acústicos submarinos e industriales:
Sonar.
Hidrófonos.
Proyectores de ultrasonidos de alta potencia.
Transductor piezoeléctrico.- Son transductores piezoeléctricos aquellos que basan su
funcionamiento en el fenómeno de la piezoelectricidad. Para su fabricación se utilizan
materiales cerámicos como el Titano de Bario, aunque en un principio se usaban el Cuarzo
o la Sal de Rochelle.
Mediante el efecto piezoelétrico directo a través de una fuerza externa se logra un
desplazamiento de cargas lo que induce una corriente de desplazamiento y ésta un campo
eléctrico. Éste es el fundamento de, por ejemplo, los micrófonos piezoeléctricos. Mientras
que los altavoces piezoeléctricos aprovechan el efecto piezoeléctrico inverso, mediante

6. el cual a través de un campo eléctrico (DDP externo) se produce una deformación
mecánica, que convenientemente aprovechada, puede llegar a emitir sonidos.
Los aparatos que deben su funcionamiento al proceso de transducción piezoeléctrica,
como los acelerómetros, mandos a distancia por ultrasonidos, ciertos sistemas sonar y
muchos más aparte de los mencionados anteriormente.
Transductor radioacústico
Transductor termoeléctrico
Transmisión de Señales
En las redes de ordenadores, los datos a intercambiar siempre están disponibles en forma
de señal digital. No obstante, para su transmisión podemos optar por la utilización de
señales digitales o analógicas. La elección no será, casi nunca, una decisión del usuario,
sino que vendrá determinada por el medio de transmisión a emplear.
No todos los medios de transmisión permiten señales analógicas ni todos permiten señales
digitales. Como la naturaleza de nuestros datos será siempre digital, es necesario un
proceso previo que adecue estos datos a la señal a transmitir.
Transmisión Analógica: Estas señales se caracterizan por el continuo cambio de
amplitud de la señal. En la ingeniería de control de procesos la señal oscila entre 4 a 20
mA, y es transmitida en forma puramente analógica. En una señal analógica el contenido
de información es muy restringida; tan solo el valor de la corriente y la presencia o no de
esta puede ser determinada.

7. Transmisión Digital: Estas señales no cambian continuamente, si no que es transmitida
en paquetes discretos. No es tampoco inmediatamente interpretada, si no que debe ser
primero decodificada por el receptor. El método de transmisión también es otro: como
pulsos eléctricos que varían entre dos niveles distintos de voltaje. En lo que respecta a la
ingeniería de procesos, no existe limitación en cuanto al contenido de la señal y cualquier
información adicional.
Los sistemas de instrumentación se pueden clasificar en dos clases principales:
Analógicos y Digitales.
Los sistemas analógicos tratan en forma analógica la información de mediciones. Un
sistema analógico se puede definir como una función continua, como una gráfica de
voltaje contra tiempo, o desplazamiento contra presión.
Los sistemas digitales manejan la información en forma digital. Una cantidad digital
puede consistir en un número de pulsos discretos y discontinuos cuya relación de tiempo
contiene información referente a la magnitud o naturaleza de la cantidad.
Un sistema de adquisición de datos analógico consta de algunos o todos los elementos
siguientes:
Transductores: Para la transformación de parámetros físicos en señales eléctricas.
Acondicionadores de señales Para la amplificación, modificación o selección de ciertas
partes de estas señales.
Dispositivos de presentación visual Para monitoreo continuo de las señales de entrada.
Estos dispositivos pueden incluir osciloscopio de varios canales o de un solo canal,
osciloscopio de almacenamiento, panel de medidores, desplegados numéricos, etcétera.
Instrumentos de registro de gráficas Para obtener un registro permanente de los datos de
entrada. Estos incluyen registradores de tinta y plumilla para proporcionar registros

8. continuos en cortes de papel, sistemas de registro óptico como los registradores de
galvanómetro de espejo y los registradores ultravioleta. Instrumentación de cinta
magnética para guardar los datos de entrada, conservar su forma eléctrica original y
reproducirlos posteriormente para un más detallado.
Un sistema de adquisición de datos digital puede incluir algunos o todos los elementos
que se muestran. Las operaciones esenciales dentro de un sistema digital incluyen
manipulación de señales analógicas, medición, conversión y manejo de datos digitales, y
programación y control interno.
La función de cada elemento del sistema se describe a continuación.
Transductor. Transforma parámetros físicos en señales eléctricas aceptables par el
sistema de adquisición. Algunos parámetros son la temperatura, presión, aceleración,
desplazamiento de pesos y velocidad; también es factible medir directamente cantidades
eléctricas, como voltaje, resistencia, o frecuencia
Acondicionador de señal. Por lo general incluye la circuitería de soporte para el
transductor. Esta circuitería puede proporcionar la energía de excitación, circuito de
equilibrio y elementos de calibración. Un ejemplo de acondicionador de señal es un
puente balanceado con una galga extensométrica y unidad de fuente de energía.
Explorador o multiplexor. Acepta múltiples entradas analógicas y las conecta
secuencialmente a un instrumento de medición.
Convertidor de señal. Transforma la señal analógica en una forma para el convertidor
analógico-digital. Un ejemplo de este dispositivo es un amplificador de voltajes de bajo
nivel generados por termopares o galgas extensiométricas.
Convertidor analógico-digital (ADC). Convierte el voltaje analógico a su forma digital
equivalente. La salida del convertidor A/D se puede desplegar visualmente y estar
disponible como voltaje en pasos discretos para procesamiento posterior o grabación en
un registrador digital.
Equipo auxiliar. Esta sección contiene instrumentos para funciones de programación de
sistemas y procesamiento digital de datos. Las funciones auxiliares incluyen linearización

9. y comparación de límites. Estas funciones se pueden ejecutar mediante instrumentos
individuales o mediante una computadora digital.
Registrador digital. Registra información digital en tarjetas perforadas, cinta de papel
perforado, cinta magnética, páginas mecanografiadas o una combinación de estos
sistemas. El registrador digital puede ir luego de una unidad de acoplamiento que
transforma la información digital en la forma apropiada para la entrada del registrador
digital seleccionado.
Cadena de medición
Vibración es el movimiento oscilatorio de un cuerpo respecto a su posición de equilibrio
y, en consecuencia puede caracterizarse mediante tres magnitudes distintas:
desplazamiento, velocidad y aceleración. De esta manera, puede medirse cualquier de
estas tres magnitudes y obtener las otras dos integrando o derivando.
La cadena básica de medida de vibraciones consta, como se ve en la Figura, de un sensor
que proporciona una señal eléctrica de potencial proporcional a la función de la magnitud
medida. En la etapa de conversión analógica/digital se adquieren muestras a intervalos
equiespaciados de tiempo de la señal continua proporcionada por el sensor, de manera
que la señal pasa a ser temporalmente discreta. Para cada uno de estos instantes de tiempo
el valor de la señal no se mide exactamente sino con la precisión dada por el rango
dinámico y la resolución digital del equipo, así que la señal es también discreta en el eje
de voltaje. En la etapa final es cuando se realiza el procesado digital de la señal para
obtener la información necesaria sobre el fenómeno vibratorio de estudio.
Tipos de sensores de vibración
Como ya se ha comentado para caracterizar un movimiento oscilatorio puede medirse el
desplazamiento del cuerpo, su velocidad o su aceleración. La mayor parte de este texto
se centra en los sensores de aceleración (acelerómetros) que son los más ampliamente
utilizados, pero existen otros tipos de sensores: sensores de desplazamiento de fibra óptica

10. y LVDT (linear variable differential transformer), y también sensores de velocidad:
vibrómetros laser basados en el efecto Doppler y sensores electromagnéticos.
Los sensores de desplazamiento de fibra óptica constan de un emisor de luz y dos
receptores, si la superficie de medida es reflectante la cantidad de luz recibida es
proporcional a la distancia entre la superficie de medida y el sensor.
Los LVDT constan de una bobina primaria, y de dos bobinas secundarias todas bobinadas
entorno un mismo cilindro dentro del cual se halla otro cilindro móvil o núcleo magnético
que sirve de camino al flujo magnético tal como se ve en la Figura 2. Cuando se aplica
una diferencia de potencial en la bobina primaria, se induce una diferencia de potencial
en las dos bobinas secundarias que están conectadas en serie tal como se indica en la
Figura 2. El voltaje proporcionado por el sensor (vs) es la diferencia de los voltajes
inducidos en las bobinas (v1 yv2). Cuando el núcleo magnético está en su posición central
(Figura1) v1 y v2 son iguales, por lo que el voltaje proporcionado por el sensor es 0. Sin
embargo, el núcleo se desplaza con la superficie de medida induciendo una diferencia de
potencial mayor en la bobina hacía la cual se mueve y menor en la otra; por lo tanto v1 y
v2 dejan de ser iguales y vs es función del desplazamiento del núcleo.
Los vibrómetros laser emiten sobre la superficie de medida una luz laser que se refleja en
ella y se recibe de nuevo en el vibrómetro. La frecuencia de la luz recibida está afectada
por el efecto Doppler que es función de la velocidad relativa entre el vibrómetro (estático)
y la superficie de medida. Suele utilizarse cuando no es posible utilizar otros sensores
puesto que no exigen montaje y no necesitan contacto con la superficie de medida. Los
sensores electromagnéticos de velocidad constan de un imán que se mueve solidariamente

11. a la superficie de medida dentro de un par de bobinas, el movimiento del núcleo induce
un voltaje en la bobina que según la Ley de Faraday, es proporcional a su velocidad.
Acelerómetro montaje
Montaje de los acelerómetros Los métodos de unión de los acelerómetros con la superficie
de medida son los siguientes: unión roscada, base magnética, cera de abeja, resinas epoxi,
o mediante piquetas. La selección del tipo de sujeción depende de las posibilidades que
ofrezca la superficie a medir y el efecto de la sujeción en la frecuencia de resonancia del
acelerómetro, puesto que ésta disminuye conforme se reduce la rigidez de la sujeción. A
continuación se presentan y comentan las diferentes posibilidades de unión.
• Una unión roscada es la unión que menos modifica la frecuencia de resonancia del
acelerómetro, por lo que es la más adecuada en caso de alta frecuencia. La seguridad de
este tipo de unión permite la medición de grandes amplitudes de vibración y no modifica
el rango de temperaturas de uso del acelerómetro. Como contrapartida, no siempre es
posible mecanizar la superficie de medida, y su instalación requiere tiempo.
• La cera de abeja modifica la frecuencia de resonancia ligeramente, y es útil en caso de
acelerómetros sin rosca, en caso de tests rápidos o si hay que realizar mediciones en
superficies no alterables. En contrapartida, no se pueden utilizar en casos de grandes
amplitudes debido a que no se trata de una unión sólida, y tampoco son aconsejables para
temperatura altas en las que la cera se pueda fundir, ni se puede garantizar la repetitividad
del punto de medida.
• Las uniones magnéticas son rápidas y se pueden utilizar en casos de altas amplitudes,
pero se necesita que la superficie de medida sea ferro magnética, el hecho de añadir la
base magnética al acelerómetro aumenta su masa.
• Las resinas epoxi son útiles en caso de no disponer de rosca en el acelerómetro o no
poder mecanizar la superficie de medida, son válidas también para grandes amplitudes y
un amplio rango de temperaturas. Como contrapartida hay que señalar el cuidado que
exige la retirada del transductor: la unión debe usualmente romperse mediante un golpe
seco en la base del acelerómetro, en dirección paralela a la superficie, lo que puede causar
daños en el transductor. Es aconsejable, por este motivo, usar una base añadida (que puede
ser la base magnética que suelen equipar los acelerómetros) para realizar este tipo de
fijación.

12. • El uso de piquetas es normalmente el único recurso para realizar mediciones en un
terreno natural o superficies muy rugosas, aunque suele ser un procedimiento laborioso.
Proporciona buenas características en general pero se pueden ver limitadas por el uso de
cera o resinas al unir el acelerómetro con la piqueta. Hay que asegurar también la
verticalidad de la piqueta. Calibración Como se ha presentado en la figura 1, el
acelerómetro suministra una señal eléctrica que debe ser adquirida y procesada por un
equipo independiente, de forma que estos elementos son intercambiables. Esto implica
que es necesario calibrar la cadena de medida, ajustando las condiciones de lectura del
equipo al transductor que se va a usar. Aunque suele ser posible introducir manualmente
las características de sensibilidad, el procedimiento más seguro consiste en la calibración
automática de la cadena de medida mediante el uso de un calibrador que suministre una
amplitud de vibración conocida y garantizada. Por otra parte, la sensibilidad de un
acelerómetro puede variar con la temperatura, como sucede especialmente en los
acelerómetros piezoeléctricos, cuya sensibilidad se reduce con la disminución de
temperatura. Este efecto de las condiciones de la medición juntamente con el probable
uso de diferentes cables de conexión para diferentes situaciones, aconsejan realizar
siempre una calibración in situ antes de cada medición y también al finalizar la misma,
para confirmar que la cadena de medida ha mantenido sus características durante todo el
tiempo de trabajo. El calibrador de vibraciones es un dispositivo que proporciona una
vibración sinodal de amplitud y frecuencia conocida que se mide con el acelerómetro que
se pretende calibrar. No todos los acelerómetros pueden calibrarse con cualquier
calibrador; se debe seleccionar un calibrador que pueda soportar el masa del acelerómetro
y que suministre una amplitud que multiplicada por la sensibilidad del acelerómetro no
supere el rango dinámico del equipo de adquisición. Ejemplos de utilización Medición de
vibraciones causadas por infraestructura ferroviaria En caso de realizar medidas de
vibración en el terreno o en el interior de edificios se debe tener en cuenta que la amplitud
de las vibraciones en puntos alejados de la fuente no será grande. Por este motivo, se debe
recurrir a acelerómetros de alta sensibilidad que, como se ha visto, son acelerómetros de
masa relativamente elevada. Esta particularidad no resulta un problema ya que su masa
es despreciable comparada con la masa del cuerpo sobre el que se mide. En la Figura 9
se muestra un montaje realizado por el Laboratorio de Ingeniería Acústica i Mecánica
(LEAM) para estudiar la propagación en el terreno de las vibraciones provocadas por el
paso de tren. Los acelerómetros utilizados son de tipo piezoeléctrico, con sensibilidad de

13. 1 V/(m/s2 ) y 210 g de masa, y su colocación se realiza mediante piquetas al no ser
aplicable ningún otro método, uniendo el acelerómetro a la piqueta mediante cera.
Normativas del Acelerómetro
El acelerómetro de vibración VM-30 para el cuerpo humano tiene un sólido formato y es
resistente al agua. Este acelerometro de vibracion para el cuerpo humano es una
herramienta universal especialmente pensada para medir el desarrollo de una vibración y
para realizar mediciones prácticas en el sector de la seguridad laboral.
- Acelerómetro VM-30 para mano y brazo según la ISO 5349 en su maletín de medición
(VM-30 HA)
- Acelerometro VM-30 según la ISO 10326-1 / 7096 para vibraciones en asientos (VM-
30 WB)
- Acelerómetro VM-30 cuerpo humano según la ISO 2631 en su maletín de medición
(VM-30 HAWB)
El acelerómetro de vibración para el cuerpo humano resulta muy efectivo por poder elegir
los rangos de frecuencia entre 0,4 y 10 kHz y por indicar los valores relevantes: el valor
efectivo real (RMS), el valor efectivo máximo (MTVV), el valor efectivo de intervalo, el
valor de dosis de vibración (VDV), el valor total de vibraciones (aW), el valor pico, el
valor pico máximo y el factor de amplitud (cresta) Hace falta determinar la aceleración
de vibración, la velocidad de vibración y la vía de vibración. Con este acelerometro
obtendrá los datos con los que podrá introducir medidas para reducir las vibraciones. Así
cumplirá con las prescripciones sobre seguridad laboral y velará por la salud de sus

14. trabajadores. En el siguiente enlace encontrará más información sobre otro acelerometro
(PCE-VM 5000) con capacidad de análisis de la frecuencia de la vibración mecánica
además de analizar la aceleración, la velocidad, velocidad de giro, vía de la vibración
Vibración en mano y brazo
El valor límite de exposición diario está fijado en 5 m/s² , según la normativa con respecto
a un tiempo de 8 h. El valor desencadenante diario según la normativa está fijado en 2,5
m/s² con un tiempo relativo de 8 h. La valoración de la proporción de la exposición a
vibraciones en mano y brazo se obtiene calculando el valor de exposición diario con un
tiempo relativo de 8 h establecido en la normativa A(8). Se conoce como la raíz cuadrada
de la suma de los cuadrados (valor total) de los valores efectivos de la aceleración con
valoración de frecuencia en las tres direcciones ortogonales ahwx, ahwy, ahwz (Norma
ISO 5349-1:2001).
Vibración corporal (vibración de todo el cuerpo)
La valoración de la proporción de la exposición a vibraciones en todo el cuerpo se obtiene
calculando la exposición diaria A(8). Se conoce como la aceleración constante
equivalente para un periodo de tiempo de 8 h, calculado como el valor superior de los
valores efectivos o el valor superior de los valores de dosis de vibraciones (VDV), de las
aceleraciones con valoración de frecuencia en las tres direcciones ortogonales (1,4 awx,
1,4 awy, awz, para un trabajador sentado o de pie / ISO 2631-1.ración.

15. Bibliografía
1. Saavedra, P. Análisis de vibraciones nivel II. Facultad de Ingeniería. Universidad de
Concepción. Chile (1997).
2. Cohen, L. Time-Frequency Distributions. A Review. Proceeding of the IEEE, Vol 77,
Nº7, pp. 941-981 (1989).
3. Cuitiño, L.A. Comportamiento dinámico de vigas y ejes agrietados. Memoria de título
Ingeniero Civil Mecánico. Departamento de Ingeniería Mecánica. Facultad de Ingeniería.
Universidad de Concepción. Chile (2000).
4. Tsai, T. C. Wang, Y. Z. Vibration Analysis and Diagnosis of a crack shaft. Journal of
Sound and Vibration, Vol. 192(3), pp. 607-620 (1992).