HAF0507031 Curso de Vibraciones

Prevención
Vibraciones: conceptos,
efectos para la salud,
equipos de medición y
normativa
Dirección de Seguridad e Higiene, julio de 2005
© ASEPEYO
Mutua de Accidentes de Trabajo
y Enfermedades Profesionales de la Seguridad Social nº 151
Dirección de Seguridad e Higiene de ASEPEYO, julio de 2005
Área de Higiene de Agentes Físicos
Para la reproducción total o parcial de esta publicación se precisará la autorización de la
Dirección de Seguridad e Higiene de ASEPEYO
MUTUA DE ACCIDENTES DE TRABAJO
Y ENFERMEDADES PROFESIONALES
DE LA SEGURIDAD SOCIAL Nº 151
Prevención
VIBRACIONES: CONCEPTOS, EFECTOS PARA LA SALUD, EQUIPOS DE MEDICIÓN
Y NORMATIVA
1. VIBRACIONES
1.1.- Introducción
La vibración es un efecto físico que actúa sobre los elementos por transmisión de energía
mecánica desde fuentes oscilantes. Se dice que un cuerpo vibra cuando sus partículas oscilan
respecto a una posición de equilibrio o referencia. Si el sistema oscila libremente, lo hace con
una frecuencia bien definida, llamada "natural". Si se le obliga a oscilar a una frecuencia
diferente, impuesta desde el exterior, el desplazamiento variará dependiendo de que la
frecuencia impuesta externa esté más o menos cerca de la frecuencia natural del sistema. Si se
igualan ambas frecuencias, la amplitud crece y se dice que el sistema ha entrado en
"resonancia".
En todos los sectores de la industria moderna pueden encontrarse máquinas, equipos y
herramientas mecánicas que generan intensas vibraciones, que pueden transmitirse a los
trabajadores que las manejan. La vibración puede afectar al confort, reducir la productividad y
provocar trastornos en las funciones fisiológicas del hombre, dando lugar, en caso de una
exposición intensa, a la aparición de enfermedades.
Las fuentes de vibración industriales pueden ser golpeteos o fricciones en mecanismos
producidas por los efectos dinámicos de las tolerancias de fabricación, las holguras o los
contactos de rodadura entre las piezas de las máquinas, así como las masas giratorias y
alternativas mal centradas o mal equilibradas, además de, por ejemplo, impulsos de presión de
aire comprimido.
Asimismo, conviene mencionar que a menudo las vibraciones mecánicas se producen
intencionadamente por su utilidad, como por ejemplo los vibradores de hormigón, las
taladradoras de rocas o las máquinas de ensayo por vibración, por lo que conviene en estos
casos acotar perfectamente el ámbito de actuación de estas vibraciones provocadas.
1.2.- Descripción de las vibraciones
Las vibraciones se pueden dividir en dos grupos principales: Deterministas y Aleatorias.
Las vibraciones deterministas se pueden describir siempre con una expresión matemática, que
define la forma de variar con el tiempo del parámetro de la vibración considerado, mientras las
aleatorias sólo se pueden describir mediante parámetros estadísticos.
Dentro de las vibraciones deterministas podemos distinguir las periódicas (movimiento
oscilatorio en el que el proceso se repite exactamente, llamando a cada repetición ciclo o
período) y las no periódicas (los fenómenos transitorios y choques mecánicos, de duración
breve), mientras que las aleatorias (vibraciones de movimiento irregular que nunca se repite
exactamente) se subdividen en estacionarias y no-estacionarias.
 ASEPEYO. Dirección de Seguridad e Higiene
3
Prevención
La forma más sencilla y directa de describir un Fenómeno Vibrante Periódico es según
el modelo del movimiento armónico puro, expresando el valor instantáneo del desplazamiento o
posición de la partícula, su velocidad o su aceleración, con respecto a un punto dado de medida
y como función del tiempo, ya sea mediante una curva gráfica o una expresión matemática.
El desplazamiento (x, en metros) respecto a una posición de equilibrio o referencia es el
primero de los parámetros fundamentales considerados. Su expresión matemática es:
XT = X0 sen (2πft) = X0 sen (wt)
siendo XT : Desplazamiento instantáneo, medido en un tiempo t (m)
X0 : Desplazamiento máximo, o valor pico (m)
t : Tiempo, (sg)
f : Frecuencia, en Hz (número de ciclos por unidad de tiempo)
w : Frecuencia angular (2πf)
La velocidad, en metros/segundo, mide la variación del desplazamiento con respecto al
tiempo. Se puede expresar en dB, tomándose como valor de referencia 10-9 m/sg (umbral de
percepción). Su expresión matemática es:
VT = dX/dt = w X0 cos (wt) = V0 cos(wt) = V0 sen(wt + π/2)
siendo VT : Velocidad instantánea medida en el tiempo t (m/sg)
V0 : Velocidad máxima, o valor de pico
La aceleración, en metros/segundo al cuadrado, es la variación de la velocidad con
respecto al tiempo. Está directamente relacionada con la fuerza que ejercen las partículas en una
estructura vibrante, ya que toda fuerza es el producto de una masa en movimiento, por su
aceleración. Es la magnitud que se utiliza más frecuentemente para la medida de las vibraciones.
Su expresión matemática es:
AT = dV/dt = d2X/dt2 = - w2 X0 sen (wt) = -A0 sen (wt + π)
siendo AT : Aceleración instantánea medida en el tiempo t (m/sg2)
A0 : Aceleración máxima o valor pico
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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Prevención
Para señales sinusoidales como la del movimiento armónico puro, las amplitudes del
desplazamiento, la velocidad y la aceleración están relacionadas, como hemos visto, por una
función de la frecuencia.
Si se ignora la fase, como ocurre al hacer medidas promediadas en el tiempo, la
velocidad se puede obtener dividiendo la aceleración por un factor proporcional a la
frecuencia (2πf), y el desplazamiento haciéndolo por otro proporcional al cuadrado de la
frecuencia (4π2 f 2 ). Esta división la realizan integradores electrónicos en la instrumentación
de medida.
Si queremos expresar la aceleración en dB, el valor de referencia será de 10-6 m/sg2.
Así, la expresión para calcular los decibelios será:
dB = 20 log AT / ARef = 20 log AT / 10-6
Una vez descritos los parámetros fundamentales del desplazamiento, velocidad y
aceleración, pasamos a comentar otra serie de conceptos necesarios para describir una
señal vibratoria; Siguiendo con el modelo de un movimiento armónico puro, se puede
emplear el valor "pico" de la señal observada para describir el nivel o amplitud de la vibración
correspondiente, aunque son otros parámetros (valor medio y valor eficaz) los más indicados
para describir el movimiento y su evolución temporal, como veremos a continuación.
Valor Pico: Indica el valor máximo alcanzado sin tomar en consideración la historia en
el tiempo de la onda. Es útil sobretodo para indicar los niveles de choques de corta duración
DESPLAZAMIENTO
Valor Pico a Pico: Indica el recorrido máximo de la pieza, lo cual es útil sobretodo
cuando el desplazamiento es crítico por las tensiones que suponga o los espacios de que se
disponga
A pico
A eficaz
TIEMPO
T
Valor Eficaz o Valor Cuadrático Medio (RMS): Es el más significativo de la amplitud porque, a
la vez, tiene en cuenta la historia de la onda y da un valor de la amplitud relacionado
directamente con la energía y con la capacidad destructora de la vibración.
T
X ef =
1 2
x (t )
T0
∫
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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donde:
X : Desplazamiento
T : Período
t : Tiempo
De las expresiones matemáticas que definen las magnitudes anteriores se deduce
que, para una señal armónica pura, existe la relación:
X ef =
π
2 2
Xm =
1
X pi
2
Factor de Cresta: Se define como la relación existente entre el valor de pico y el valor
eficaz. Para una señal armónica pura, la relación existente entre los dos parámetros
anteriormente mencionados es de la raíz cuadrada de 2, según lo visto en las expresiones
matemáticas anteriores.
En cuanto a los Fenómenos Vibrantes Aleatorios, como hemos dicho, deben
describirse a partir de funciones estadísticas al ser los movimientos de las partículas
irregulares sin repetición.
Los parámetros estadísticos que se utilizan son, entre otros, el Valor Eficaz, cuya
definición es la misma que la considerada para vibraciones periódicas, la Densidad de
Probabilidad, que es la probabilidad de obtener un valor instantáneo de amplitud de la
función que se considere dentro de un intervalo dado, dando información clara de la
distribución de los valores instantáneos de la vibración y la Densidad Espectral, que nos da
información respecto la distribución en frecuencia de la vibración.
1.3.- Análisis en frecuencia de máquinas
Un movimiento oscilante puede constar sólo de una componente a frecuencia
singular, como en un diapasón, o de varias de ellas simultáneas con distintas frecuencias,
como el movimiento de un pistón de un motor de combustión interna.
Las vibraciones se componen normalmente de muchas frecuencias simultáneas, y es
el teorema matemático desarrollado por Fourier el que establece que cualquier función
periódica, (entendiendo por función periódica aquella cuyo movimiento oscilatorio se repite
exactamente para un período de tiempo determinado), por compleja que sea, se puede
considerar como la suma de un número de funciones sinusoidales puras de ciertas
frecuencias relacionadas entre sí.
F(t ) = x 0 + x 1 sen(ωt + ϕ1 ) + x 2 sen(ωt + ϕ 2 )
+ x 3 sen(ωt + ϕ 3 ) + ....... + x n sen(ωt + ϕ n )
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TIEMPO
T2
T1=2T2
ACELERACIÓN
ACELERACIÓN
Este teorema permite el análisis en frecuencia de una vibración, que equivaldría a la
representación en un gráfico Amplitud-Frecuencia de la descomposición de las señales de
una vibración en componentes singulares de frecuencia. Cualquier función del tiempo se
puede convertir matemáticamente en función de la frecuencia.
FRECUENCIA
f1 =
1
T1
f2 =
1
= 2f1
T2
Estos gráficos de niveles de vibración en función de la frecuencia se llaman
espectrogramas de frecuencia, y son particularmente útiles para analizar las vibraciones de
una máquina y hallar la evaluación temporal de ciertos componentes predominantes que
están relacionados directamente con los movimientos fundamentales de diversas partes de la
máquina, identificando así las fuentes de vibración indeseadas (mantenimiento predictivo).
1.4.- Efectos de las vibraciones sobre el cuerpo humano
Según lo dicho, la vibración de una máquina está causada por el movimiento de sus
componentes. Cada componente móvil tiene asociada una frecuencia, y así la vibración total
que se transmite al cuerpo humano en contacto con la máquina es la suma de las vibraciones
de diferentes frecuencias que actúan simultáneamente. Esto es importante cuando se miden
las vibraciones que afectan al cuerpo humano, ya que éste no es igualmente sensible a todas
las frecuencias de vibración.
Considerando el cuerpo humano tipo (aunque no hay
dos personas que respondan a la vibración exactamente de
la misma forma) como un sistema mecánico, se han
desarrollado
modelos
biomecánicos
que
simulan
adecuadamente la respuesta del cuerpo humano sometido a
vibraciones, indicando las diversas frecuencias de
resonancia para diferentes partes del cuerpo, a partir de sus
frecuencias de vibración natural. Así, por ejemplo, la
frecuencia de resonancia para el subsistema cabezahombro es de 20 a 30 Hz, para las manos es de 30 a 50 Hz,
o para la masa abdominal seria de 4 a 8 Hz.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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Prevención
En general, el coeficiente de absorción de las vibraciones para el cuerpo humano es
inversamente proporcional a la frecuencia. Si consideramos el cuerpo humano como un solo
sistema, las frecuencias predominantes se encontrarán entre los 3 y los 6 Hz en posición
sentados, y entre los 10 y los 15 Hz en posición de pie. Las vibraciones a estas frecuencias
pueden provocar lumbagos o dolores cervicales, diarreas u otros dolores abdominales,
dolores de cabeza, estados de fatiga y otros síntomas inespecíficos de la exposición a
vibraciones, además de degradar el buen funcionamiento de la motricidad del individuo
afectado. Otra consecuencia habitual de la exposición a vibraciones sería el insomnio
nocturno.
Para muy bajas frecuencias de por ejemplo 1 Hz, las variaciones de aceleración
provocadas en el aparato vestibular del oído pueden provocar variaciones del sentido de
equilibro como mareos o vómitos, tan frecuentes en los medios de transporte sometidos a
oscilaciones angulares. De todas formas, tanto estos síntomas como los anteriores suelen
desaparecer después de un período de descanso.
Para terminar con esta primera parte introductoria, conviene mencionar que además
de los efectos nocivos que puede provocar una vibración global de todo el cuerpo que actúa
sobre la persona en posición sentada o de pie a través de las superficies de apoyo, también
se han estudiado en profundidad las vibraciones locales que se transmiten a manos y brazos,
provocadas básicamente por las herramientas manuales vibrantes de uso habitual en
muchas actividades industriales.
Las vibraciones que afectan al subsistema mano-brazo muestran una sintomatología
específica y diferenciada, conocida como el síndrome de los dedos blancos o síndrome de
Raynaud, y se caracteriza por la degeneración gradual de los tejidos vasculares y nerviosos,
que provocan un entumecimiento y emblanquecimiento de las falanges distales de los dedos
afectados acompañado de hormigueos , sobrerreacciones al frío y falta de control y
sensibilidad en esta zona.
1.5.- Criterios para evaluar la exposición a las vibraciones
Criterios técnicos de valoración
Exposición a vibraciones que afectan a todo el cuerpo
Norma ISO 2631 (1985) "Evaluación de la exposición del cuerpo humano a las
vibraciones. Requisitos generales"
Trata de las vibraciones transmitidas al conjunto del cuerpo por la superficie de
apoyo, que son los pies para una persona erguida, las posaderas para una persona sentada
o toda la superficie de apoyo para una persona echada.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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Prevención
Esta clase de vibraciones se encuentran fundamentalmente en vehículos y
proximidad de máquinas pesadas en funcionamiento. Su campo de aplicación se centra en
las vibraciones transmitidas al cuerpo humano por superficies sólidas en un rango de
frecuencias entre 1 y 80 Hz, el de máxima sensibilidad para el cuerpo humano, para
vibraciones periódicas y aleatorias.
Establece tres direcciones de transmisión, según un sistema de coordenadas
ortogonales, siendo el centro del corazón la referencia de partida para el eje z en la dirección
pies-cabeza, el eje x en la dirección antero-posterior y el eje y en la dirección lateral
izquierda-derecha.
Asimila los diversos tipos de oscilaciones a las vibraciones rectilíneas según los ejes x, y, z, y
considera como magnitud de estudio el Valor Eficaz rms de la aceleración de las partículas
en los tres ejes, diferenciando la correspondiente a la dirección longitudinal z (az) de las
correspondientes a las direcciones transversales x e y (ax, ay). El método más adecuado
para medir estas vibraciones es el análisis por banda estrecha, no superior al tercio de
octava, para poder comparar directamente los picos espectrales con los valores de las tablas
que se detallan a continuación. También se pueden estudiar las aceleraciones ponderadas.
En la valoración práctica de la exposición de vibraciones que afectan a todo el cuerpo
se tienen en cuenta tres criterios fisiológicos fundamentales:
a) Límite de la capacidad de trabajo reducida por fatiga
Se dan los límites de aceleración en función de la frecuencia y del tiempo de exposición para
valorar la capacidad de trabajo reducida por fatiga (de interés, por ejemplo, para conductores
de vehículos y operadores de máquinas), para tiempos de exposición diarios entre 1 minuto y
24 horas, según los ejes longitudinal y transversales de las siguientes figuras:
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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Gráficos de comparación para análisis en 1/3 de octava
20
16
1,6
12,5
10
1
Aceleración AZ (rms), m/sg2
8
6,3
0,63
5
4
2,5
1,6
1h
1
0,1
0,8
0,04
4h
8h
0,025
16 h
0,315
0,2
0,16
0,125
2,5 h
0,063
0,4
0,25
25 min
0,16
1,25
0,5
16 min
0,25
2
0,63
1 min
0,4
3,15
Para obtener:
“límites de exposición”,
multiplicar por 2 la
aceleración.
“límites de confort”,
dividir los valores de
aceleración por 3,15.
24 h
0,016
0,1
0,016
0,4
0,5
0,63
0,8
1
1,25
1,6
2
2,5
3,15
4
5
6,3
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
Frecuencia central de bandas de un tercio de octava - Hz
20
16
1,6
12,5
Aceleración AX , AY (rms), m/sg2
10
1
8
6,3
5
0,63
4
0,4
3,15
2,5
2
1,6
1,25
0,25
0,16
1
0,5
0,4
0,315
0,25
0,2
0,16
0,125
25 min
0,1
0,8
0,63
1 min
16 min
1h
0,063
0,04
4h
0,025
8h
“límites de exposición”,
multiplicar por 2 la
aceleración.
“límites de confort”,
dividir los valores de
aceleración por 3,15.
16 h
0,016
0,1
0,016
Para obtener:
2,5 h
24 h
0,4
0,5
0,63
0,8
1
1,25
1,6
2
2,5
3,15
4
5
6,3
8
10
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
Frecuencia central de bandas de un tercio de octava - Hz
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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Prevención
Para vibraciones del mismo rango interrumpidas por diversas pausas en la jornada,
se estimará como tiempo de exposición total la suma de los períodos de exposición parcial.
Como puede observarse, la gama de frecuencias de sensibilidad máxima para el eje
longitudinal se halla entre los 4 y 8 Hz, y para los ejes transversales por debajo de los 2 Hz.
Para frecuencias superiores a los 3 Hz, la tolerancia a las vibraciones transversales es
superior que a las longitudinales.
b) Límite de exposición
Se pretende asegurar la salud y seguridad del trabajador. Se calcula multiplicando por
2 los límites de capacidad de trabajo reducida por fatiga, o aumentándolos en 6 dB. Afecta a
trabajadores en situaciones vibrátiles límite, y se considera que este límite está próximo a la
mitad del nivel considerado como umbral de dolor.
c) Límite de confort reducido
Se pretende asegurar una comodidad mínima, aplicable por ejemplo al transporte de
pasajeros. Se calcula dividiendo por 3.15 el correspondiente límite de la capacidad de trabajo
reducida por fatiga, o disminuyéndolo en 10 dB. Está relacionado con la dificultad para
efectuar operaciones como comer, leer y escribir.
Si se analizan las vibraciones a través de las aceleraciones ponderadas, se debe
aplicar para cada eje la fórmula siguiente:
Ap =
∑ (W
⋅ Af )
2
f
donde:
Ap : aceleración rms ponderada.
Wf : factor de ponderación para bandas de 1/3 de octava desde 1 a 80 Hz.
Af : Aceleración rms para bandas de 1/3 de octava desde 1 a 80 Hz.
Se expone a continuación una tabla con los factores de ponderación Wf aplicables
para vibraciones longitudinales y vibraciones transversales que afecten a todo el cuerpo.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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Prevención
Frecuencias centrales
(1/3 octava) Hz
1,0
1,25
1,6
2,0
2,5
3,15
4,0
5,0
6,3
8,0
10,0
12,5
16,0
20,0
25,0
31,5
40,0
50,0
63,0
80,0
FACTOR DE PONDERACION PARA:
Vibraciones
longitudinales
0,50 = -6 dB
0,56 = -5 dB
0,63 = -4 dB
0,71 = -3 dB
0,80 = -2 dB
0,90 = -1 dB
1,00 = 0 dB
1,00 = 0 dB
1,00 = 0 dB
1,00 = 0 dB
0,80 = -2 dB
0,63 = -4 dB
0,50 = -6 dB
0,40 = -8 dB
0,315 = -10 dB
0,25 = -12 dB
0,20 = -14 dB
0,16 = -16 dB
0,125 = -18 dB
0,10 = -20 dB
Vibraciones
transversales
1,00 = 0 dB
1,00 = 0 dB
1,00 = 0 dB
1,00 = 0 dB
0,80 = -2 dB
0,63 = -4 dB
0,50 = -6 dB
0,40 = -8 dB
0,315 = -10 dB
0,25 = -12 dB
0,20 = -14 dB
0,16 = -16 dB
0,125 = -18 dB
0,10 = -20 dB
0,08 = -22 dB
0,063 = -24 dB
0,05 = -26 dB
0,04 = -28 dB
0,031 = -30 dB
0,025 = -32 dB
Por último, en el caso que se den vibraciones simultáneas no despreciables en los
tres ejes (vibraciones multiaxiales), se introduce la siguiente fórmula para el cálculo de la
aceleración ponderada estimada a:
A=
(1,4 ⋅ A x )2 + (1,4 ⋅ A y )2 + (1,4 ⋅ A z )2
siendo Ax, Ay, Az las aceleraciones ponderadas según los ejes x, y, z respectivamente.
El factor 1,4 representa la relación existente entre las curvas de dirección transversal
con respecto a las de dirección longitudinal, teniendo en cuenta los rangos para los que el
hombre está más sensibilizado.
Normas ACGIH. Criterios TLV (2002)
La ACGIH adopta la norma ISO 2631 con ciertos añadidos para fijar límites por
debajo de los cuales se cree que la mayoría de trabajadores pueden estar expuestos
repetidamente con riesgos mínimos de dolor de espalda o merma en la habilidad de conducir
correctamente un vehículo.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
12
Prevención
Indica que los TLV son válidos para vibraciones con factores de cresta inferiores o
iguales a 6, definiendo el factor de cresta como el cociente entre el valor pico y el valor rms
de la aceleración, medidos en la misma dirección, para períodos superiores a 1 minuto. En
caso de choques vibracionales múltiples de corta duración y gran amplitud que supongan
factores de cresta superiores a 6, los TLV perderían su sentido de límites protectores al
infravalorar los posibles efectos nocivos de las vibraciones.
La mediciones puntuales deben realizarse simultáneamente en los tres ejes
ortogonales, registrando las aceleraciones rms para períodos no inferiores a 1 minuto. Los
tres acelerómetros y sus soportes deben ser ligeros y no superar en peso el 10% del peso
total del objeto que se mide. Deberían fijarse en el asiento del conductor mientras éste opera
el vehículo, en caso de que sea conductor de vehículos.
La ACGIH presenta los gráficos TLV en tercios de octava para comparación con los
análisis espectrales, o también limita la aceleración ponderada global a 0,5 m/sg2 para
exposiciones diarias de 8 horas, en el caso que se hayan ponderado las aceleraciones.
(Recomendación de la Comisión Europea).
Por último, la ACGIH también da una serie de recomendaciones, como el evitar
levantar pesos o doblar la espalda después de la exposición, o evitar rotar el cuerpo en plena
exposición, además de recomendar asientos con buena suspensión, hinchado correcto de
neumáticos, reposabrazos y respaldos ajustables.
Exposición a vibraciones transmitidas a través de la mano
Norma UNE-ENV 25349 (1996) "Vibraciones mecánicas. Directrices para la medida y
evaluación de la exposición humana a las vibraciones transmitidas por la mano"
Es una guía del sistema de medición pero no define límites de seguridad diarios
(exposiciones seguras en las que se garantice que no se van a producir efectos adversos
sobre la salud). Trata de las vibraciones transmitidas a través de la mano (sistema manobrazo) por el uso de herramientas y maquinaria vibrante. Puede afectar a uno o los dos
brazos simultáneamente.
Los efectos biológicos que una vibración mano-brazo pueda producir dependen de
muchos factores, como por ejemplo la amplitud de la vibración, su espectro de frecuencias, la
duración de la exposición, el efecto acumulativo hasta la fecha, la magnitud y dirección de la
fuerza aplicada por el operario sobre la herramienta así como la dirección de la vibración
transmitida a la mano, la postura de la muñeca, codo, hombro, y posición del cuerpo durante
la exposición, etc.
Se aplica tanto a vibraciones periódicas como aleatorias. El rango de frecuencias
estimado está entre 5 y 1400 Hz. El método de medición requiere medir en los tres ejes
ortogonales en un punto cercano a aquel donde la vibración llega a la mano. Las direcciones
serán preferiblemente aquellas que forman el sistema de coordenadas biodinámicas, pero
puede ser un sistema basicéntrico estrechamente relacionado con la interfase entre la mano
y la superficie vibratoria para acomodar diferentes configuraciones de mango o pieza de
trabajo.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
13
Prevención
Se montará un transductor pequeño y de poco peso (para fines de medición, el
transductor y sus accesorios de sujeción a la fuente de vibración no deberán pesar en
conjunto más de 15 gramos) de modo que registre con precisión uno o más componentes
ortogonales de la vibración de la fuente en la gama de frecuencias que va desde 5 a 1500
Hz.
Cada componente deberá ser ponderado en frecuencias (si se mide con el analizador
de frecuencias no se ponderará) por medio de una red de filtros con unas características de
ganancia establecidas para la instrumentación de medición de la respuesta humana a la
vibración, para tener en cuenta el cambio de riesgo de la vibración con la frecuencia. La
siguiente tabla equivale al gráfico incluido en el apartado de vibraciones mano-brazo de los
TLV de la ACGIH.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
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Prevención
Filtros de ponderación de frecuencias
para medida de las vibraciones
mano - brazo
Frecuencia
Hz
6,3
8,0
10,0
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
Ganancia nominal
dB
0
0
0
0
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
-20
-22
-24
-26
-28
-30
-32
-34
-36
-38
La evaluación de la exposición deberá ser hecha para cada dirección aplicable (Xh,
Yh, Zh), puesto que la vibración es una cantidad vectorial (magnitud y dirección). Se
expresará la magnitud de la vibración durante la operación normal de la herramienta o pieza
de trabajo en cada dirección por el valor cuadrático medio rms de la componente de
aceleraciones ponderada en frecuencia en unidades de m/sg2, en dB o en unidades
gravitacionales g, de las cuales la mayor o más desfavorable, ah, forma la base para la
evaluación de la exposición. También se puede expresar la aceleración por medio del
análisis en frecuencias, en bandas de tercios de octava normalmente.
La conversión de datos obtenidos en bandas de octava o tercio de octava a
aceleración ponderada para cada componente ortogonal se realiza a través de la fórmula
siguiente:
ah =
n
∑ (K
⋅ a h, j )
2
j
j=1
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
15
Prevención
donde:
ah : Aceleración ponderada para uno de los tres ejes
Kj : es el factor de ponderación en la banda j (Tabla)
Ah,j : Aceleración medida en frecuencia j
n : Número de bandas utilizado
Factores kj para conversión de
mediciones en bandas de 1/3 de
octava a medidas ponderadas
Frecuencia
Hz
6,3
8,0
10,0
12,5
16
20
25
31,5
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
500
630
800
1000
1250
Factor de
ponderación Kj
1,0
1,0
1,0
1,0
1,0
0,8
0,63
0,5
0,4
0,3
0,25
0,2
0,16
0,125
0,1
0,08
0,063
0,05
0,04
0,03
0,025
0,02
0,016
0,0125
Si la exposición total diaria a la vibración en una dirección dada está compuesta de varias
exposiciones a diferentes aceleraciones rms, se determinará el componente de aceleración
equivalente en frecuencia ponderada en esa dirección, según la ecuación siguiente:
(akeq ) =  1
T
n
∑ (a
i=1
)
2
ki

⋅ Ti 

1/ 2
=
(a k1 )2 ⋅ T1 + (a k 2 )2 ⋅ T2
T
T
+ ....... + (a kn ) ⋅
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
2
Tn
T
16
Prevención
donde:
T=
n
∑T
i
i=1
aeq : aceleración equivalente ponderada en frecuencia en una dirección dada.
T : duración total de exposición diaria.
aki : valor iésimo, rms, del componente de aceleración ponderado en frecuencia con
duración Ti.
A pesar de que la jornada estándar cubre un período de 8 horas/día, se estima que la
exposición real a las vibraciones mano-brazo no supera las 4 horas/día, período que se usa
como base para el establecimiento de valores de exposición. Si el tiempo de exposición
variase, el nivel equivalente para 4 horas se calcularía según la ecuación siguiente:
a keq (4 ) =
T1 2
⋅ a t1 =
4
T1
⋅ a t1
4
donde:
akeq : aceleración equivalente para un período de 4 horas.
T1 : duración total de exposición diaria.
At1 : aceleración ponderada de frecuencias para un período T1.
Estas dos últimas ecuaciones tienen sus fórmulas logarítmicas equivalentes que nos
servirían para hallar los valores correspondientes de la aceleración en dB.
Esta norma UNE, que traduce la correspondiente ISO5349 del año 1986, define en su
Anexo A (Informativo) las directrices para la evaluación de la exposición a vibraciones
transmitidas a la mano, y concretamente en su tabla 4 da los períodos en años previos a la
aparición de problemas de salud correspondientes a distintos niveles de aceleración
ponderada.
No son límites de seguridad diarios, pero si correlaciona niveles de aceleración con
posibles problemas de salud, por lo que se adjunta una fotocopia con este Anexo a
continuación. También se adjunta fotocopia del Anexo B (Informativo), con directrices para
métodos preventivos.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
17
Prevención
Norma ACGIH. Criterios TLV (2002)
Para la medición de la vibración, la ACGIH se basa en los procedimientos e
instrumentos especificados en la ISO5349 (1986) "Guía para la Medición y Evaluación de la
Exposición Humana a la Vibración Transmitida a la Mano", que ya hemos comentado
ampliamente en el apartado anterior.
La ACGIH define unos valores límite umbral (TLV) que se refieren a niveles de
componentes de aceleración y duraciones de exposición que representan condiciones a las
cuales se cree que la mayoría de los trabajadores pueden estar expuestos repetidamente sin
pasar más allá del Nivel 1 del Sistema Stockholm de Clasificación para Dedo Blanco inducido
por vibración (Vibration White Finger), también conocido como Fenómeno de Raynaud de
origen ocupacional, que se comentará más adelante.
VALORES LIMITES UMBRAL PARA LA EXPOSICION DE LA MANO A LA
VIBRACION EN CUALQUIERA DE LAS DIRECCIONES Xh, Yh, Zh
Duración total de Exposición Diariaa)
4 horas y menos de 8
2 horas y menos de 4
1 hora y menos de 2
menos de 1 hora
Valores dominantesb), rms, de los componentes de aceleración, compensados
en frecuencias que no se debe exceder
ak, (akeq)
m/s2
gc)
4
6
8
12
0,40
0,61
0,81
1,22
a) El tiempo total en que la vibración llega a la mano cada día de manera contínua o intermitente
b) Normalmente predomina un eje de vibración sobre los dos ejes restantes. Si uno o más ejes de vibración
sobrepasan la Exposición Total Diaria, se ha sobrepasado el TLV.
c) g= 9,81 m/s2
Considera insuficientes las medidas de control que se basen en comparaciones
simples con los TLV , recomendando la adopción de métodos para minimizar los efectos
adversos de la exposición, como el uso de herramientas antivibratorias, el uso de guantes
antivibratorios, métodos de trabajo correctos que mantengan calientes las manos y el cuerpo
del operario y la aplicación de un programa de revisiones médicas.
El riesgo para la salud que supone una exposición excesiva a vibraciones
transmitidas a la mano y el brazo, en forma de trastornos vasculares, óseos, articulares,
neurológicos y musculares, viene clasificado por el Sistema Stockholm para Dedo Blanco
inducido por vibración, a partir de estudios epidemiológicos obtenidos en actividades
forestales, minería e industria del metal. Este sistema ordena las exposiciones laborales a
vibraciones mano-brazo a partir de los síntomas de frío inducido a los sistemas vascular y
neurosensitivo:
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
18
Prevención
Sistema de clasificación para SVMB de Stockholm
para síntomas de frío inducido periférico vascular y sensoneural
Valoración vascular
ETAPA
0
1
2
3
4
GRADO
DESCRIPCION
No efecto
Efectos ocasionales afectando solamente a los
extremos de uno o más dedos
moderado Efectos ocasionales afectando a las falanges distal y
media (raramente también a la proximal) de
severo
uno o más dedos
Efectos frecuentes afectando a TODAS las falanges de
muy severo casi todos los dedos
Como en la etapa 3 con atrofia de la piel en las
extremidades de los dedos
------medio
NOTA: Se consideran diferentes estadios para cada mano, p.e. 2 L (2)/1 R (1) =
etapa 2 en 2 dedos de la mano izquierda, etapa 1 en 1 dedo de la mano
derecha
Valoración sensoneural
ETAPA
0SN
1SN
2SN
3SN
SINTOMAS
Exposición a la vibración sin síntomas
Entumecimiento intermitente con o sin molestias
Entumecimiento intermitente o persistente con
reducción de la percepción sensorial
Entumecimiento intermitente o persistente reduciendo el
tacto y/o destreza de manipulación
NOTA: Se consideran diferentes estadios para cada mano
También se comenta, por ejemplo, que las exposiciones agudas que superan las TLV
durante períodos cortos poco frecuentes se consideran sin mayores efectos, o que con el fin
de moderar los efectos adversos de la exposición a la vibración se debe aconsejar a los
trabajadores que eviten la exposición contínua a la vibración, interrumpiendo la exposición
durante unos 10 minutos por cada hora de vibración continua.
Directiva 2002/44/CE
La Directiva 2002/44/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 25 de Junio de
2002, sobre disposiciones mínimas de seguridad y de salud relativa a la exposición de los
trabajadores a los riesgos derivados de los agentes físicos (vibraciones), introduce cambios
en la forma de valorar las vibraciones tanto para cuerpo completo como para mano-brazo.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
19
Prevención
Las modificaciones fundamentales con respecto a los criterios comentados
anteriormente estriban en los valores límite de exposición y valores de exposición
establecidos en la misma Directiva, así como en la métodos de medición, que utilizan las
normas mencionadas pero con las modificaciones introducidas en sus revisiones, tomando
como referencia para vibración mano-brazo la norma ISO 5349-1 del año 2001 y para
vibración cuerpo completo la norma ISO 2631-1 del año 1997.
La aplicación de la mencionada Directiva exigirá algunos cambios significativos con
respecto a lo que se venía realizando hasta ahora en cuanto a evaluación de los riesgos por
vibración, cambios que se concretan en nuevos equipos de medición que incorporan los
filtros de las nuevas versiones de las normas ISO así como nuevos valores límites de
aplicación, los que figuran en la Directiva.
Criterios de severidad de vibraciones en máquinas
Norma ISO2372
Para valorar el estado de una máquina se usan criterios de severidad recogidos en
normas ISO, como la ISO2954 o la ISO2372, que da unos límites que sólo dependen de la
potencia de la máquina y su tipo de cimentación.
Justamente
tolerable
Permisible
No tolerable
Justamente
tolerable
18
145
11,2
141
Permisible
2,8
Bueno
GRUPO K
Máquinas
medianas
15 - 75 kW,
o hasta 300 kW
con cimentación
especial
GRUPO M
< 15 kW
15 - 75 kW
> 75 kW
Máquinas
pequeñas
hasta 15 kW,
149
7,1
Máquinas grandes
con cimentaciones
rígidas y pesadas,
cuyas frecuencias
naturales rebasan
la velocidad de
las máquinas
GRUPO G
Bueno
28
Justamente
tolerable
Permisible
Bueno
153
4,5
1,8
1,12
0,71
Velocidad eficaz (mm/s)
No tolerable
No tolerable
45
137
133
129
125
121
119
0,45
117
0,28
109
0,18
105
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
Velocidad eficaz VdB (re: 10-6 mm/s)
(VDI 2056, ISO 2372, BS4675)
20
Prevención
Aunque los valores absolutos sugeridos por estos criterios no siempre son relevantes
resultan muy útiles, porque indican el significado de los grados de aumento en el nivel de
vibración. Por ejemplo, un aumento del nivel en un factor 2.5 (8 dB) supone pasar de un
estado de la máquina a otro. Análogamente, el aumento por un factor superior a 10 (20 dB)
es muy serio, porque podemos pasar de un estado "Bueno" a "No Tolerable".
Otros criterios relacionados con las vibraciones
Real Decreto 1435/95 sobre aproximación de las legislaciones de los estados
miembros sobre máquinas (traspone la Directiva 89/392/CEE sobre máquinas)
Esta norma tiene vigencia desde el 1 de enero de 1995. El cumplimiento de los
requisitos de esta directiva permite el marcado 'CE' y la comercialización de los productos
dentro de la Unión Europea. En lo que respecta a las vibraciones, se comenta que las
máquinas estarán diseñadas y fabricadas para que los riesgos que resulten de las
vibraciones que ellas produzcan se reduzcan al más bajo nivel posible, teniendo en cuenta el
progreso técnico y la disponibilidad de medios de reducción de las vibraciones,
especialmente en su fuente. También se distingue entre las vibraciones que afectan al
conjunto mano-brazo y las que afectan al cuerpo completo.
En el punto 3 del Anexo I "Requisitos esenciales de seguridad y de salud para
neutralizar los peligros especiales debidos a la movilidad de las máquinas" se comenta en su
apartado 3.6.3 que el Manual de Instrucciones deberá incluir las indicaciones siguientes: a)
Sobre las vibraciones generadas por la máquina bien el valor real, bien un valor establecido a
partir de la medida efectuada en una máquina idéntica:
-
El valor cuadrático medio ponderado en frecuencia de la aceleración a la
que se vean expuestos los miembros superiores, cuando exceda de 2.5
m/sg2; cuando la aceleración no exceda de 2.5 m/sg2, se deberá
mencionar este particular (Se hace hincapié en el suministro de esta
información para máquinas portátiles y máquinas guiadas a mano; punto2,
apartado 2.2).
-
El valor cuadrático medio ponderado en frecuencia de la aceleración a la
que se vea expuesto el cuerpo (en pie o sentado), cuando exceda de 0.5
m/sg2; cuando la aceleración no exceda de 0.5 m/sg2, se deberá
mencionar este particular.
Cuando no se apliquen las normas armonizadas, los datos relativos a las vibraciones
deberán medirse utilizando el código de medición más apropiado que se adapte a la
máquina. El fabricante indicará las condiciones de funcionamiento de la máquina durante las
mediciones y los métodos utilizados para dichas mediciones.
Vibraciones transmitidas a la mano
Como indicador del riesgo se utiliza la exposición a la vibración transmitida a la mano
determinada según la norma BS6842 (1987). Se fija el Nivel Umbral en 1m/sg2 y el Nivel de
Acción en 2.5 m/sg2 (los trabajadores expuestos a vibraciones de la mano y brazo que
sobrepasen los 2.5 m/sg2 tendrán derecho a una vigilancia de la salud para la detección
precoz del síndrome de vibración).
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
21
Prevención
Cuando la actividad implique el uso de equipos de trabajo que transmitan al sistema
de mano y brazo una aceleración equivalente a corto plazo (pocos minutos)
que sobrepase 10 m/sg2 , deberá realizarse un mayor esfuerzo para reducir el peligro, dando
prioridad al uso de equipos y procesos de baja vibración, reduciendo la duración de la
exposición continua. Actividades peligrosas de corta duración a partir de 20 m/sg2.
Vibraciones que afectan a todo el cuerpo
Como indicador del riesgo se utiliza la exposición a la vibración transmitida a todo el
cuerpo determinada según la norma ISO2631(1985). Se fija el Nivel Umbral en 0,25 m/sg2 y
el Nivel de Acción en 0,5 m/sg2 (los trabajadores expuestos a vibraciones de todo el cuerpo
que sobrepasen los 0.5 m/sg2 tendrán derecho a una vigilancia de la salud cuyo objeto
consista en una detección precoz de los perjuicios a la salud como consecuencia de la
vibración de todo el cuerpo).
En los casos en que la exposición de todo el cuerpo incluya sacudidas u otras
vibraciones de gran magnitud en períodos breves, el nivel de acción correspondiente se fijará
como el riesgo derivado de una exposición en un período de tiempo de 1 hora, con una
amplitud constante de 1.25 m/sg2.
1.6.- Sistemas de medición de vibraciones
Como ya se ha dicho, para medir los niveles de vibración se puede analizar
cualquiera de sus tres parámetros: el desplazamiento, la velocidad y la aceleración.
Los primeros sistemas utilizados empleaban métodos ópticos o mecánicos, que
medían el desplazamiento del elemento vibrante, pero estos sistemas están hoy en desuso
por falta de resolución.
Posteriormente se desarrollaron los transductores de velocidad, equipos en general
bastante grandes y pesados, que crean problemas de ubicación y alteran en algunos casos
las vibraciones que se desean medir. Estos transductores poseen partes móviles muy
delicadas que friccionan y se desgastan, con los problemas de exactitud que ello conlleva.
Además, su gama de frecuencia es pequeña, lo que limita sus posibilidades de utilización.
Así, los equipos más utilizados actualmente son los acelerómetros, (dispositivos
sensibles a la aceleración), fabricados en base a dispositivos piezoeléctricos, sin partes
móviles, y por lo tanto sin problemas de desgaste ni rozamiento. Tienen una amplia gama de
frecuencias para su uso, y sus dimensiones y peso son reducidos, lo que minimiza los
problemas al adosarlos a la superficie a medir.
Al estar relacionados los parámetros de desplazamiento, velocidad y aceleración, es
posible incorporar a los equipos de medición circuitos integradores que proporcionan
información sobre el desplazamiento y la velocidad, a partir de la señal de aceleración
proporcionada por un acelerómetro. La aceleración se usa para el rango completo de
frecuencias, mientras que el desplazamiento es una buena magnitud de medida para
vibraciones de baja frecuencia, y la velocidad lo es para las altas frecuencias.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
22
Prevención
Normalmente, los sistemas de medición de vibraciones se basan en:
-
El Transductor o Acelerómetro, que transforma la aceleración de la
vibración del cuerpo a medir (energía mecánica) en una tensión eléctrica
proporcional a ésta.
-
Un Preamplificador, que convierte la alta impedancia de salida del
acelerómetro en una menor, adecuada para la instrumentación de medida
y análisis, de impedancia de entrada relativamente baja. También
acondiciona la señal para su posterior uso de otras maneras.
-
Analizador de Frecuencias, que filtra la señal (Filtro de paso alto y Filtro de
paso bajo, que reducen los ruidos de baja frecuencia y alta frecuencia así
como la resonancia del acelerómetro), la amplifica y mide señales
características de la vibración (valores eficaces, de pico, o valores medios
de aceleración, velocidad o desplazamiento).
-
Indicador de Señal, que muestra la medida, como los medidores de
vibración que indican los valores eficaces y de pico, o los registradores
gráficos.
El elemento captador de la señal o transductor es el que gobierna la calidad de las
respuestas, por lo que se estima útil ampliar la información de este importante elemento, el
acelerómetro piezoeléctrico.
Acelerómetro piezoeléctrico
El acelerómetro es un transductor electromecánico que da en sus terminales de salida
una tensión proporcional a la aceleración a que está sometido. El piezoeléctrico es el que
mejores características presenta: Tiene una amplia gama de frecuencias con buena
linealidad en todas ellas. Es robusto y fiable, y sus características permanecen estables
durante largos períodos de tiempo, ya que no tiene partes móviles que se desgasten.
El efecto piezoeléctrico es aquel fenómeno característico de ciertos cristales que
consiste en la aparición de cargas eléctricas o de una diferencia de potencial entre sus caras
opuestas por efecto de una deformación. Así, el acelerómetro piezoeléctrico es generador de
cargas y no necesita fuente de alimentación.
El núcleo del acelerómetro piezoeléctrico está normalmente constituido por dos discos
de material activo (cristales asimétricos) con un acentuado carácter piezoeléctrico. Cuando
sufre tensiones mecánicas, sean de tracción, compresión o cortadura, genera cargas
eléctricas entre sus caras en número proporcional a la fuerza aplicada (cuando el conjunto
vibra, la masa aplica sobre el elemento piezoeléctrico una fuerza que es proporcional a la
aceleración de la vibración).
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
23
Prevención
Alojamiento
Muelle
Masa
Discos piezoeléctricos
Terminales de salida
Base
Características de los Acelerómetros
La masa del acelerómetro tiene importancia al medir en elementos ligeros, ya que
puede alterar mucho los niveles y las frecuencias en el punto de medida. En general, la masa
del captador no debe ser superior a 1/10 de la masa dinámica de la pieza en que se monte.
La sensibilidad es otra característica a tener en cuenta. En principio, convendría un
elevado nivel de salida, pero hay que llegar a un compromiso porque las altas sensibilidades
implican elementos activos grandes. En los casos normales la sensibilidad no es un problema
ya que los modernos preamplificadores se diseñan para señales de bajo nivel.
Así, los acelerómetros de aplicación general pueden tener sensibilidades que oscilan
entre 1 y 10 pC por m/sg2 (siendo el Coulomb C la cantidad de electricidad que transporta
una corriente de un Amper durante un Segundo), o lo que es equivalente, de 1 a 10 mV por
m/sg2, para pesos del transductor de 10 a 50 gramos. Para los acelerómetros miniatura, las
sensibilidades oscilan entre 0.05 y 0.3 pC por m/sg2 para pesos del transductor entre 0.4 y 2
gramos.
La gama dinámica nos determina la capacidad del acelerómetro para medir niveles
anormalmente altos o bajos. El límite inferior no suele venir determinado por el acelerómetro,
sino por el ruido eléctrico de sus cables y los circuitos del amplificador (para aparatos de
aplicación general el límite suele ser de 0.01 m/sg2), mientras que el límite superior viene
fijado por la resistencia estructural del acelerómetro (un acelerómetro de aplicación general
suele ser lineal hasta los 100.000 m/sg2).
La gama de frecuencias de los acelerómetros debe cubrir toda la gama de interés.
Los sistemas mecánicos tienden a tener mucha de su energía de vibración en la gama
relativamente estrecha de 10 a 1000 Hz, pero las medidas se pueden extender hasta por
ejemplo los 10 kHz al existir a veces componentes interesantes a esas frecuencias.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
24
Prevención
Nivel de vibración o respuesta
El límite superior lo fija la frecuencia de resonancia del sistema masa-muelle del
mismo acelerómetro (cuando el acelerómetro entra en resonancia, se da un aumento de
sensibilidad que no se corresponde con el nivel de vibración, por lo que debemos ignorar
estos datos o eliminarlos con un filtro de paso bajo, o lo que es mejor, elegir otro
acelerómetro con suficiente gama de frecuencia). En los pequeños acelerómetros la
frecuencia de resonancia puede ser de hasta 180 kHz, aunque para los de aplicación general
las resonancias pueden variar entre los 20 y los 30 kHz. En cuanto al límite inferior, con
acelerómetros modernos de tipo cortadura se puede medir hasta por debajo de 1 Hz para
ambientes normales.
22 KHz
Sensibilidad: 4,5 pC/ms-2
180 KHz
Sensibilidad: 0,04 pC/ms-2
10
100
1K
10K
100K
Frecuencia (Hz)
Colocación del Acelerómetro
El acelerómetro se debe colocar de forma que la dirección de medida deseada
coincida con la de su máxima sensibilidad. Los acelerómetros son también sensibles a las
vibraciones en sentido transversal, pero se suele poder ignorar porque la sensibilidad
transversal típica es inferior al 1% de la principal (se debe tener en cuenta, sin embargo, que
cuando hay niveles apreciables de vibración transversal, la frecuencia de resonancia
transversal suele ser 1/3 de la del eje principal).
La forma de colocar el acelerómetro en el punto de medida es un factor crítico para
obtener en al práctica datos precisos. Los montajes sueltos dan lugar a una reducción de la
frecuencia de resonancia del acoplamiento y, por tanto, de la gama en frecuencia útil del
captador. El montaje ideal es mediante un vástago roscado que se embute en el punto de
medida, y en estos casos la frecuencia de resonancia alcanzada se aproxima a la
correspondiente de calibración en fábrica.
Otro sistema de colocación muy usado consiste en el pegado del acelerómetro al
punto de medida con una delgada capa de cera de abejas. En este caso, la resonancia solo
se reduce ligeramente. Como la cera se ablanda con la temperatura su empleo está limitado
a unos 40º C. Con superficies limpias la fijación con cera se puede usar hasta niveles de
unos 100 m/sg2.
Vibraciones: conceptos, efectos para la salud, equip. de medición y normativa
25
Prevención
Cuando hay que establecer en una máquina puntos permanentes de medida y no se
desea taladrar orificios de fijación, se pueden usar adhesivos enérgicos tipo resinas epoxy o
cianocrilatos.
Un imán permanente puede ser otro sencillo método de fijación cuando el punto de
medida está sobre una superficie magnética plana. Esta método reduce considerablemente
la frecuencia de resonancia y por ello, no se puede usar mucho más allá de los 2 kHz. La
fuerza de sujeción del imán es normalmente suficiente para niveles de hasta 2000 m/sg2.
La Influencia del Ambiente
Los modernos acelerómetros y sus cables se han diseñado para que presenten la
mínima sensibilidad posible a las diversas influencias externas, pero conviene tener en
cuenta una serie de factores.
Temperatura: Los acelerómetros de aplicación general suelen tolerar temperaturas de
hasta 250º C. De todas formas, todos los materiales piezoeléctricos presentan dependencia
de la temperatura, por lo que se acostumbran a suministrar los acelerómetros con su curva
de temperatura / sensibilidad para poder corregir los niveles leídos cuando las medidas se
realicen a temperaturas significativamente distintas de los 20º C. A valores mayores la
cerámica piezoeléctrica empieza a despolarizarse y se modifica la sensibilidad. Existen
acelerómetros de cerámica especial utilizables hasta 400º C.
Humedad: Los acelerómetros son estancos, bien por pegado de resinas epoxy o por
soldadura, para garantizar su fiabilidad en medios húmedos. El conector del acelerómetro se
debería también sellar con una goma o masilla vulcanizable para según que ambientes.
Ruido del Cable: A veces circulan corrientes de bucles de masa en las pantallas de
los cables porque el acelerómetro y el equipo de medida tienen masas separadas. El bucle
de masa se puede romper aislando eléctricamente la masa del acelerómetro de la superficie
de montaje, mediante un vástago aislante y una arandela de mica.
El ruido de fricción se induce a veces en el cable del acelerómetro por el movimiento
del mismo cable. Se debe a variaciones locales de capacidad y carga producidas por la
flexión, compresión y tensión dinámicas de las capas que forman el cable. El problema se
evita con cables de acelerómetro grafitados y fijándolos, o pegándolos lo más cerca del
acelerómetro que se pueda.
El ruido electromagnético puede inducirse en el cable cuando se encuentra en las
proximidades de una máquina en funcionamiento. Una posible solución serán los cables de
doble pantalla. La sensibilidad magnética de los acelerómetros piezoeléctricos es muy baja.
Ruidos acústicos: Los niveles presentes en la maquinaria no suelen ser suficientes
para producir errores significativos en la medida de las vibraciones. Normalmente, las
vibraciones inducidas por el ruido en la estructura sobre la que haya montado el acelerómetro
tienen más importancia que la excitación recibida del aire.
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26
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