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Medir de forma correcta la torsión mecánica, especialmente en ejes de rotación, puede suponer un reto, pero existe una nueva tecnología que ofrece una solución mejor, en palabras de Mark Ingham, de Sensor Technology.
Medir correctamente la torsión mecánica es esencial para el desarrollo de una enorme variedad de productos, desde turbinas submarinas para sistemas de energía mareomotriz y nuevos motores utilizados en vehículos eléctricos hasta maquinillas para cortar el pelo a animales y válvulas termostáticas de radiador. Para satisfacer esta necesidad, se han desarrollado muchos métodos de medición de la torsión mecánica, de los que la inmensa mayoría mide en realidad la tensión producida por la torsión mecánica en un elemento mecánico como un eje de transmisión, y utiliza esta medición para calcular la torsión mecánica que experimenta el elemento.
Entre los métodos tradicionales de medición de la tensión se encuentran los métodos ópticos, como el patrón de Moiré y la técnica láser, y distintos métodos eléctricos, como los sensores capacitivos, la técnica inductiva, la piezoelectricidad y la técnica resistiva. No obstante, muchos de estos métodos son caros o difíciles de utilizar fuera de un laboratorio. Los sensores que utilizan galgas extensiométricas resistivas son una excepción y, por este motivo, se utilizan mucho.
A pesar de sus ventajas, las galgas extensiométricas resistivas no son una solución ideal por dos motivos principales.
El primero es que los cambios de resistencia que reflejan la tensión aplicada a la galga son muy pequeños, lo que dificulta una medición correcta y hace al sistema de medición vulnerable a errores producidos por el ruido.
El otro problema es que es difícil establecer conexiones eléctricas con una galga extensiométrica colocada en un elemento móvil del producto que se está probando. Esta limitación puede superarse, por ejemplo, utilizando colectores o alguna forma de acoplamiento magnético basado en un transformador, pero estos métodos son tanto costosos como poco prácticos. Esta es una limitación grave pues, en muchas aplicaciones, el requisito principal es medir la torsión mecánica en un eje mientras gira, a menudo a gran velocidad.
Los inconvenientes de los métodos convencionales de medición de la torsión mecánica han llevado al desarrollo de una tecnología totalmente nueva basada en transductores de onda acústica superficial (SAW). Estos están formados principalmente por dos electrodos metálicos finos, dispuestos como dedos entrelazados, en un sustrato piezoeléctrico como el cuarzo. Cuando se aplica una señal de radiofrecuencia de la frecuencia correcta a un transductor de este tipo, se generan ondas acústicas superficiales y se comporta como un circuito resonante.
No obstante, la característica principal es que, cuando se deforma el sustrato, cambia la frecuencia de resonancia. Si se coloca el transductor en un eje de transmisión, la deformación del sustrato y, por lo tanto, el cambio de la frecuencia de resonancia estarán relacionados con la torsión mecánica aplicada al eje. Es decir, el transductor se convierte en una galga extensiométrica que depende de la frecuencia.
Dado que los transductores SAW funcionan con radiofrecuencias, es fácil enviarles señales de forma inalámbrica. Esto significa que los sensores de torsión mecánica que incorporan tecnología de transductor SAW pueden utilizarse en ejes de rotación y otros elementos móviles, y pueden aportar datos de forma continua sin necesidad de recurrir a los cepillos y colectores, poco fiables por naturaleza, que se encuentran con frecuencia en los sistemas tradicionales de medición de la torsión mecánica.
La tecnología de transductor SAW, protegida por patentes, ha permitido el desarrollo de un nuevo tipo de transductor de torsión mecánica que ofrece muchas ventajas. Entre ellas se incluyen el hecho de que el eje sea corto, lo que significa que es muy rígido; poca inercia y gran velocidad operativa, pues los componentes electrónicos no se fijan al eje; gran precisión y excelente resolución; alta inmunidad al ruido y una buena resistencia a sobrecargas.
Los nuevos sensores pueden ofrecer resultados en tiempo real, y actualmente están disponibles en diferentes versiones estándar que pueden medir con precisión torsiones mecánicas de 1 Nm a 13 000 Nm. Pueden producirse versiones para medir torsiones mecánicas mayores.
A pesar de que los transductores de torsión mecánica SAW son relativamente recientes, se han utilizado lo suficiente, y en un número suficiente de aplicaciones diversas, para demostrar sobradamente su comodidad y fiabilidad, incluso en condiciones complicadas. En concreto, los usuarios destacan que la exactitud de los resultados de los sensores es una ventaja importante, igual que la disponibilidad de esos resultados en tiempo real, lo que significa que pueden verse al instante los efectos de las modificaciones realizadas en el equipo que se está probando.
En la actualidad, ha aumentado significativamente el interés por el desarrollo de nuevos productos, debido a la búsqueda de mayor eficiencia energética, y a que las empresas quieren reforzar su posición innovando en su mercado. En muchos casos, ese trabajo de desarrollo incluye la medición de la torsión mecánica que, como hemos visto, ahora es más fácil y cómoda que nunca, gracias a la introducción de transductores de torsión mecánica sin contacto basados en la tecnología SAW.
