La elección del sensor de velocidad adecuado para la turbomaquinaria es de vital importancia para obtener una medición precisa y confiable. Al fin y al cabo, la señal del sensor es la entrada de un sistema de protección contra el exceso de velocidad. Un sensor defectuoso da lugar a una señal de entrada poco confiable, lo que influye negativamente en la precisión y confiabilidad del sistema de protección.

Hay varias consideraciones que deben hacerse para seleccionar el sensor adecuado, que pueden clasificarse en consideraciones ambientales y relacionadas con la máquina.

Consideraciones sobre la máquina:

• ¿Cuál es la velocidad mínima y máxima prevista?
• ¿Cuál es el objetivo que se mide y cuáles son sus especificaciones?
• ¿Existen limitaciones de peso y tamaño en el lugar de montaje?
• ¿Cuál es la longitud de cable necesaria?

Consideraciones medioambientales:

• ¿Cuál es la temperatura ambiente prevista?
• ¿La medición se realiza en zonas con riesgo de explosión (ATEX)?
• ¿Existen campos electromagnéticos fuertes?
• ¿Se realiza la medición en un entorno corrosivo?

Para las mediciones de velocidad industrial existen tres tipos principales de principios de medición:

1. Sensores de reluctancia variable (VR) – también conocidos como: sensores pasivos, sensores electromagnéticos o sensores de captación magnética (MPU).
2. Sensores de corrientes de Foucault – también conocidos como: sensores de proximidad o sensores de desplazamiento.
3. Sensores de efecto Hall – también conocidos como: sensores activos.

Leyenda: Una señal de salida sinusoidal de un sensor de RV.

Sensores de reluctancia variable (VR)

Un sensor VR utiliza un campo magnético para medir los cambios en la distancia entre la punta del sensor y el elemento objetivo. El sensor contiene una bobina que se enrolla alrededor de un imán que provoca un cambio en el campo magnético (flujo) y la bobina cuando los dientes de un engranaje pasan por el sensor. El engranaje en movimiento crea un flujo variable que induce una tensión en la bobina, cuya frecuencia está relacionada con la velocidad de rotación. La señal es una onda sinusoidal cuya amplitud depende del tamaño del objetivo, la velocidad y la distancia.

Ventajas

Una ventaja de los sensores de RV es su aplicabilidad a las aplicaciones de alta temperatura. Hay tipos específicos de sensores que son adecuados para funcionar con temperaturas superiores a 300°C. Además, los sensores VR son fáciles de usar y muy confiables. Otra ventaja es que el sensor tiene una conexión de dos hilos y, por tanto, suele encajar en las infraestructuras heredadas.

Leyenda: Cuando la velocidad es demasiado baja, no se crea ninguna señal utilizable.

Desventajas

Una de las principales desventajas de los sensores de RV es que la amplitud de la señal depende de un factor de tamaño, velocidad y distancia del objetivo. Si la velocidad es demasiado baja, el diente del engranaje demasiado pequeño o la distancia al material objetivo demasiado grande, la señal se aplanará y no será utilizable. Por otro lado, si la velocidad es alta, el diente del engranaje grande o la distancia es pequeña, la señal mostrará pulsos altos (80VRMS). La aplicación y el posicionamiento de los sensores de RV requiere una atención especial y experiencia para que funcionen correctamente. Como este tipo de sensores no funcionan bien con baja velocidad, no son adecuados para la detección de baja o nula velocidad.

Leyenda: Un sensor de corriente parásita en una rueda de velocidad ranurada proporciona una señal de salida de onda cuadrada.

Corrientes de Foucault (proximidad)

Un sensor de corrientes de Foucault utiliza un campo electromagnético para medir los cambios en la distancia a un objeto. Cuando una rueda polar pasa por delante del sensor, éste mide una variación en la distancia; cerca (diente) y lejos (muesca). La velocidad de rotación puede determinarse en función del tiempo transcurrido entre estos eventos.

Ventajas

Una de las principales ventajas de los sensores de corrientes parásitas es que el principio de medición muestra tanto los impulsos como la posición con respecto a los dientes. Esto permite conocer la distancia ajustada a los dientes del elemento objetivo.

Los sensores de corrientes de Foucault también están disponibles con una salida de corriente dinámica, que permite un cableado largo (hasta 1000 m). Los sensores con salida de corriente dinámica se ven menos afectados por la impedancia del cable en comparación con los sensores de efecto Hall, los sensores de corrientes de Foucault basados en señales de tensión y los sensores VR.

Desventajas

El uso de sensores de corrientes parásitas para medir la velocidad tiene una desventaja. A una velocidad elevada, puede producirse una saturación que hace que la forma de la señal se aplane cada vez más. Cuando los dientes del engranaje pasan por delante del sensor a alta velocidad, un sensor de corrientes parásitas apenas detecta la diferencia de distancias. Cuanto mayor sea la frecuencia, menos eficaz será un sensor de corrientes parásitas para medir la velocidad.

Leyenda: Un sensor de efecto Hall genera una señal de salida de onda cuadrada.

Sensores de efecto Hall

Un sensor de efecto Hall mide los cambios en el campo magnético del imán, causados por el material objetivo ferromagnético. Los sensores tienen acondicionadores de señal incorporados, que generan una señal de onda cuadrada clara. A diferencia de los sensores VR, los sensores de efecto Hall son sensibles al tamaño del flujo magnético y no a la velocidad a la que cambia. Los sensores de velocidad de efecto Hall tienen un amplio rango de medición y pueden utilizarse para medir tanto piezas de baja velocidad o estacionarias como piezas de alta velocidad.

Ventajas

Una ventaja de un sensor de efecto Hall es que el sensor proporciona directamente una salida digital que es fácil de transmitir y procesar. Otra ventaja es que los sensores de efecto Hall suelen contar con un procesamiento interno de la señal. La señal se digitaliza y amplifica, lo que la hace menos susceptible a las interferencias electromagnéticas (EMI).

Desventajas

Debido a la electrónica incorporada, los sensores de efecto Hall están limitados a aplicaciones que funcionan a temperaturas que van de -40 °C a +150 °C. Además, los sensores de efecto Hall requieren una conexión de 3 hilos. Asimismo, el nivel de activación se define en el sensor de efecto Hall y no puede modificarse.

Aplicaciones típicas de los sensores y opciones de sustitución

Cualquier aplicación requiere diferentes sensores y características de los mismos. Sin embargo, se pueden distinguir tres tipos de turbomaquinaria, cada uno de los cuales tiene un tipo de sensor por defecto proporcionado por el OEM. Las sustituciones de sensores recomendadas tras el final de la vida útil se basan en la experiencia de Istec, pero pueden diferir para aplicaciones específicas.

• Las grandes turbinas terrestres (industria de la energía) suelen contar con sensores de corrientes de Foucault o de efecto Hall proporcionados por el OEM. Basándose en el rango de frecuencias y la estabilidad de la señal, Istec recomienda un sensor de efecto Hall cuando el sensor por defecto ha llegado al final de su vida útil.
• Las turbinas industriales (industria de procesos / industria del petróleo y del gas) suelen estar provistas de sensores de corrientes de Foucault o de efecto Hall por parte del OEM. Basándose en el rango de frecuencia y la estabilidad de la señal, Istec recomienda un sensor de efecto Hall cuando el sensor por defecto haya llegado al final de su vida útil.
• Las turbinas aeroderivadas suelen estar provistas de sensores de captación magnética (VR) por parte del OEM debido a su funcionamiento normal en entornos difíciles. Cuando se adapte a la aplicación, Istec recomienda sensores de efecto Hall cuando el sensor por defecto haya llegado al final de su vida útil.

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