Protección de maquinaria: Instalación de sonda de vibración y configuración del circuito

Por qué la protección de maquinaria necesita un sistema dedicado

Los sistemas de control de procesos monitorean el flujo y la presión y reaccionan ante alteraciones del proceso. Los sistemas de protección de maquinaria reaccionan ante fallas mecánicas antes de que ocurra un daño. Las plataformas DCS y PLC escanean demasiado lento para la protección de maquinaria, ya que comparten energía y comunicación con sistemas no críticos. Un disparo por vibración debe ejecutarse en menos de 50 milisegundos. Solo un sistema dedicado puede garantizar esa velocidad.

Bently Nevada 3500 y Woodward 9905 son las plataformas más ampliamente desplegadas. Ambas aceptan entradas de sondas de proximidad para vibración radial, empuje axial y expansión diferencial. El Módulo Monitor Proximitor GE Bently Nevada 3500/40 y el Monitor Sísmico Proximitor Bently Nevada 3500/42M son los módulos estándar para rack para entradas de sonda de proximidad y vibración sísmica en sistemas de protección de maquinaria conforme a API 670. La instalación precisa de la sonda y la configuración del voltaje de brecha son la base de una protección confiable: un error de 0,5 V DC en el voltaje de brecha puede desplazar la lectura en 25 micrones.

Voltaje de brecha de la sonda de proximidad

Una sonda de proximidad mide el desplazamiento del eje usando inducción por corrientes parásitas. La punta de la sonda contiene una bobina excitada a 2 MHz. Al enfrentar un objetivo conductor, las corrientes parásitas reducen la impedancia de la bobina. El driver de la sonda convierte esto en un voltaje DC proporcional a la distancia de la brecha.

Configure la brecha en el punto medio del rango lineal. Las sondas Bently Nevada 3300 de 8 mm tienen un rango lineal de 8 mm. La salida nominal a brecha cero es −24 V DC. El voltaje óptimo de brecha es −12 V DC, dando igual margen para el movimiento del eje en ambas direcciones. Siempre verifique el número de parte de la sonda antes de ajustar la brecha.

Instalación paso a paso de la sonda

• Paso 1: Verifique la resistencia y el aislamiento de la sonda. Mida la resistencia de la bobina con un óhmetro de cuatro cables: las sondas Bently Nevada 3300 de 8 mm leen aproximadamente 6,8 ohmios a 20 °C. Mida la resistencia de aislamiento con un megóhmetro de 500 V. Debe superar los 50 MΩ.
• Paso 2: Instale la sonda con el torque correcto. Use una arandela de cobre para continuidad eléctrica. Un apriete excesivo puede agrietar el aislante cerámico. Un apriete insuficiente permite que se afloje con la vibración.
• Paso 3: Ajuste el voltaje de brecha. Aplique −24 V DC al proximitor. Afloje la tuerca de bloqueo. Ajuste hasta que la brecha marque −12 V DC. Apriete la tuerca sin rotar la sonda. Verifique nuevamente el voltaje: no debe variar más de 0,05 V.
• Paso 4: Verifique el rango lineal. Empuje el eje en pasos de 0,25 mm. El voltaje debe disminuir linealmente. El factor de escala medido debe coincidir con el certificado dentro de ±5%.
• Paso 5: Pase el cable de extensión por un conducto separado. Conecte a tierra la pantalla solo en el extremo del proximitor. Conectar a tierra en ambos extremos crea bucles de tierra.

Configuración del transmisor de vibración

Configure los puntos de alarma según API 670. Establezca la alerta al 50% del punto de disparo. Configure un retardo de alerta de 3 segundos y un retardo de disparo de 1 segundo. Configure la escala 4–20 mA: establezca 4 mA en 0 micrones y 20 mA en el punto de disparo. Programe la entrada analógica del DCS con la misma escala: una discrepancia produce un error constante de desplazamiento.

Pase la señal 4–20 mA por un cable trenzado y apantallado. Alimente el lazo con 24 V DC a un mínimo de 30 mA por transmisor. Para cables de más de 500 metros, use una fuente de 36 V DC para compensar la caída de voltaje. El Monitor de Velocidad de Impulso Recíproco Bently Nevada 3500/70M proporciona la interfaz de salida 4–20 mA para lazos de protección de maquinaria reciprocante que requieren integración con DCS. El Módulo Bently Nevada 84152-01 XDUCR I/O y Relés Cuádruples proporciona la interfaz de salida de relés para el enrutamiento de señales de disparo y alerta al sistema de seguridad de la planta.

Solución de fallas comunes

• Falla de voltaje de brecha: Una lectura fuera de −4 V a −20 V indica contacto de sonda, pérdida de sonda o cortocircuito. Contacto de sonda significa que el eje está rozando la sonda: detenga la máquina inmediatamente. La pérdida de sonda marca −24 V: revise la continuidad del cable de extensión.
• Ruido de 50 Hz en la señal 4–20 mA: Una onda senoidal de 50 Hz indica interferencia de frecuencia de alimentación. Verifique la conexión a tierra de la pantalla. Una forma de onda en diente de sierra a frecuencia de variador indica interferencia electromagnética: cambie la ruta del cable o instale núcleos de ferrita.
• Verificación del relé de disparo: Inyecte una señal usando un generador Bently Nevada 130773-1. El disparo debe ocurrir dentro de ±5% del punto de ajuste. Si falla, revise el voltaje de la fuente de alimentación del rack. Reemplace si el voltaje cae por debajo de 20 V DC bajo carga.

Conclusión y recomendaciones

La protección de maquinaria ahorra millones en daños prevenidos, pero solo cuando las sondas están instaladas correctamente. Use un voltímetro calibrado para ajustar la brecha. Verifique el factor de escala de la sonda. Pase los cables separados de la alimentación. Pruebe los relés de disparo anualmente. Mantenga una sonda de repuesto para cada máquina crítica. La vibración no da advertencias: esté preparado desde la primera vez.

Autor: Weijie Chen es un ingeniero de automatización industrial con más de 10 años de experiencia en PLC, DCS y sistemas de control.