Kistler comparte su conocimiento en transductores de par y acelerómetros

Kistler ha compartido de forma didáctica, por medio de dos webinars, su conocimiento en dos aspectos cada vez más importantes en la industria como son los transductores de par y los acelerómetros, elementos empleados en la verificación de las máquinas y, cada vez más extendidos dentro de la Industria 4.0 como elementos de medición incorporados a las máquinas con objeto de obtener información en tiempo real sobre lo que está pasando en el proceso productivo.

El mundo de los transductores de par
Existen diferentes transductores de par según las condiciones del proceso, que definen diferentes estados de medida de par, como los de sin rotación con par estático (máquina de calibración de par con pesos muertos), sin rotación (giro restringido) y par dinámico (ensayo de fatiga de torsión de rodillos), con rotación y par estático (es un sistema ideal no reproducible en la práctica) y rotación con par dinámico (ensayo de una bomba).
Estos sistemas de medida se pueden clasificar en directos e indirectos, siendo los directos los que ofrecen mejor precisión y fiabilidad con respecto a la medida. Los sistemas directos están basados en transductores de ejes, brida o de reacción (giro restringido). En cuanto a los indirectos se cuenta con el brazo de palanca y mediante la medición del consumo de potencia.
Otro aspecto importante son los diferentes sistemas de conexiones mecánicas como el cuadrado, el hexagonal, doble chaveta, brida.
Los principios de funcionamiento dependen de si se trata de procesos altamente dinámicos y en qué condiciones se producen. De esta forma nos encontramos con dos principios, el basado en extensometría (transductores extensométricos) y el basado en cristal de cuarzo (transductores piezoeléctricos). Los transductores extensométricos permiten obtener medidas a largo plazo con estabilidad de la medida y permiten una variedad de medidas y geometrías. Los transductores piezoeléctricos permiten un doble rango de trabajo manteniendo la precisión. Asimismo, permiten realizar medidas altamente dinámicas con frecuencias naturales de hasta 53 kHz y en rangos de trabajo de hasta 120ºC.
De esta forma, y teniendo en cuenta su campo de trabajo Kistler dispone de transductores para aplicaciones industriales, bancos de ensayo, combinados de fuerza y par, para altas temperaturas y para aplicaciones dinámicas, sin olvidar las aplicaciones de atornillado.
Un dato a tener en cuenta a la hora de utilizar transductores son los conceptos de repetibilidad y reproducibilidad, la diferencia radica en si hay o no variaciones en el proceso. Aunque se parezcan, sus significados y su aplicación dependen del contexto donde se apliquen. La repetibilidad indica la proximidad entre medidas sucesivas realizadas en iguales condiciones. La reproducibilidad indica la proximidad entre medidas sucesivas realizadas en diferentes condiciones que pueden ser realizadas por diferentes personas, en diferentes laboratorios y con diferentes instrumentos.
Otro aspecto importante son los conceptos de resolución, precisión y exactitud. A modo de recordatorio, la resolución o threshold es el mínimo incremento de la entrada que ofrece un cambio medible en la salida, y se suele expresar como un valor en tanto por ciento sobre el fondo de escala o en valor absoluto. La precisión es la fidelidad con la cual se reproduce de forma repetida una señal en condiciones distintas y de corta duración, y está relacionada con la reproducibilidad y repetibilidad. Y por último está la exactitud que representa el grado de acercamiento de las medidas de una cantidad al verdadero valor de esa cantidad.
Un aspecto significativo de Kistler es la clase de precisión e incertidumbre de la medida. En este aspecto es básica la calidad de la superficie de montaje para una transferencia de fuerza adecuada. Esta clase de precisión no está referenciada a ninguna norma, se refiere al mayor error relativo individual respecto al fondo de escala. En este punto se tienen en cuenta parámetros como la linealidad, histéresis, variación térmica de la sensibilidad, fluencia mecánica (creep). Hay que tener en cuenta que en los errores especificados en las hojas de datos de los transductores de Kistler siempre se indica el caso más desfavorable.
Algunos consejos para vigilar a la hora de la instalación de transductores de par son el tener un desvío del valor de cero superior al 1% del fondo de escala que indica deformación plástica por sobrecarga y tener una histéresis elevada puede indicar problemas de montaje mecánico (fricciones, fuerza de shunt). Por otro lado, es imprescindible trabajar con una electrónica adecuada y con cable apantallado y trenzado para evitar ruido eléctrico, los cables de potencia deben alejarse de los cables de señal (medida) y las tierras deben conectarse de forma adecuada.
Las cargas a tener en cuenta en un transductor son la fuerza axial máxima permitida, la fuerza lateral máxima permitida y el momento flector máximo permitido ya que, si uno de los parámetros se excede, el transductor puede sufrir daños irreparables. Estos límites de cargas son menores que los especificados en las hojas de datos si dos fenómenos ocurren simultáneamente, o si el par nominal se excede.
Otros parámetros mecánicos imprescindibles a tener en cuenta son el momento de inercia que tiene una elevada influencia en los picos de par durante procesos de aceleración, siendo el momento de inercia la medida de la resistencia que un cuerpo ofrece frente a la aceleración de rotación. El otro parámetro es la rigidez torsional que tiene una influencia elevada en la frecuencia de resonancia de la cadena cinemática y se puede resumir como la relación entre el par aplicado y la deformación torsional elástica sobre el eje de rotación.
Para garantizar un adecuado ciclo de vida y conseguir una medida fiable a lo largo del tiempo es necesario tener en cuenta una serie de cuestiones a la hora de la instalación de los transductores de par como es el minimizar las perturbaciones mecánicas parásitas (torsión, flexión, vibraciones, cargas axiales/radiales/angulares, alineamientos incorrectos…) y utilizar siempre acoplamientos mecánicos adecuados.
Se definieron los criterios de selección que consiste en dar respuestas a preguntas como qué tipo de transductor emplear y el rango nominal de trabajo y para ello habrá que tener en cuenta el par nominal y el par máximo, la precisión de la medida, la frecuencia de trabajo (momento de inercia y rigidez torsional), las perturbaciones mecánicas (fuerzas radiales, axiales, vibraciones…), la velocidad de rotación a par nominal, las conexiones mecánicas, los requerimientos físicos y las condiciones ambientales (temperatura, protección IP, etc.).
Los principales retos en la medida de par se pueden referenciar a seleccionar el rango para obtener la mayor precisión en la medida y evitar daños, trabajar en rangos de medida diferentes, el empleo del mismo transductor para enviar al control y equipo de adquisición, la sustitución de componentes en caso de avería, posibilidad de medir aplicaciones estáticas y dinámicas y la facilidad de conexión y configuración.