Proteção de Máquinas: Instalação da Sonda de Vibração e Configuração do Loop

Por Que a Proteção de Máquinas Precisa de um Sistema Dedicado

Sistemas de controle de processo monitoram fluxo e pressão e reagem a perturbações do processo. Sistemas de proteção de máquinas reagem a falhas mecânicas antes que ocorram danos. Plataformas DCS e PLC fazem varreduras muito lentas para proteção de máquinas — elas compartilham energia e comunicação com sistemas não críticos. Um desligamento por vibração deve ser executado em até 50 milissegundos. Apenas um sistema dedicado pode garantir essa velocidade.

Bently Nevada 3500 e Woodward 9905 são as plataformas mais amplamente utilizadas. Ambas aceitam entradas de sondas de proximidade para vibração radial, empuxo axial e expansão diferencial. O Módulo Monitor Proximitor GE Bently Nevada 3500/40 e o Monitor Sísmico Proximitor Bently Nevada 3500/42M são os módulos padrão para rack para entradas de sonda de proximidade e vibração sísmica em sistemas de proteção de máquinas conforme API 670. A instalação precisa da sonda e a configuração da tensão de gap são a base para uma proteção confiável — um erro de 0,5 V DC na tensão de gap pode deslocar a leitura em 25 microns.

Tensão de Gap da Sonda de Proximidade

Uma sonda de proximidade mede o deslocamento do eixo usando indução por correntes parasitas. A ponta da sonda contém uma bobina acionada a 2 MHz. Quando voltada para um alvo condutor, as correntes parasitas reduzem a impedância da bobina. O driver da sonda converte isso em uma tensão DC proporcional à distância do gap.

Configure o gap no ponto médio da faixa linear. As sondas Bently Nevada 3300 de 8 mm têm uma faixa linear de 8 mm. A saída nominal com gap zero é −24 V DC. A tensão de gap ideal é −12 V DC, dando espaço igual para o movimento do eixo em ambas as direções. Sempre verifique o número da peça da sonda antes de ajustar o gap.

Instalação da Sonda Passo a Passo

• Passo 1: Verifique a resistência e o isolamento da sonda. Meça a resistência da bobina com um ohmímetro de quatro fios — sondas Bently Nevada 3300 de 8 mm apresentam cerca de 6,8 ohms a 20°C. Meça a resistência de isolamento com um megômetro de 500 V. Deve ser superior a 50 MΩ.
• Passo 2: Instale a sonda com o torque correto. Use uma arruela de cobre para continuidade elétrica. Aperto excessivo pode rachar o isolador cerâmico. Aperto insuficiente permite afrouxamento devido à vibração.
• Passo 3: Ajuste a tensão do gap. Aplique −24 V DC ao proximitor. Afrouxe a porca de travamento. Ajuste até que o gap leia −12 V DC. Aperte a porca sem girar a sonda. Refaça a verificação da tensão — não deve variar mais que 0,05 V.
• Passo 4: Verifique a faixa linear. Empurre o eixo em passos de 0,25 mm. A tensão deve diminuir linearmente. O fator de escala medido deve corresponder ao certificado dentro de ±5%.
• Passo 5: Passe o cabo de extensão em um conduíte separado. Faça o aterramento da blindagem somente na extremidade do proximitor. Aterramento em ambas as extremidades cria loops de terra.

Configuração do Transmissor de Vibração

Configure os pontos de alarme conforme API 670. Defina o alerta em 50% do ponto de desligamento. Configure um atraso de alerta de 3 segundos e um atraso de desligamento de 1 segundo. Configure a escala 4–20 mA: defina 4 mA para 0 microns e 20 mA para o ponto de desligamento. Programe a entrada analógica do DCS com a mesma escala — uma incompatibilidade gera erro constante de offset.

Transmita o sinal 4–20 mA em cabo blindado de par trançado. Alimente o loop com 24 V DC e no mínimo 30 mA por transmissor. Para cabos com mais de 500 metros, use uma fonte de 36 V DC para compensar a queda de tensão. O Monitor de Velocidade de Impulso Recíproco Bently Nevada 3500/70M fornece a interface de saída 4–20 mA para loops de proteção de máquinas recíprocas que requerem integração com DCS. O Módulo Bently Nevada 84152-01 XDUCR I/O e Relés Quádruplos fornece a interface de saída de relé para roteamento dos sinais de desligamento e alerta ao sistema de segurança da planta.

Resolução de Problemas Comuns

• Falha na tensão de gap: Uma leitura fora do intervalo −4 V a −20 V indica contato da sonda, perda da sonda ou curto-circuito. Contato da sonda significa que o eixo está raspando na sonda — desligue imediatamente. Perda da sonda lê −24 V — verifique a continuidade do cabo de extensão.
• Ruído de 50 Hz no sinal 4–20 mA: Uma onda senoidal de 50 Hz indica interferência da frequência da rede elétrica. Verifique o aterramento da blindagem. Uma forma de onda em dente de serra na frequência do VFD indica interferência eletromagnética — reconfigure o cabo ou instale núcleos de ferrite.
• Verificação do relé de desligamento: Injete um sinal usando um gerador Bently Nevada 130773-1. O desligamento deve ocorrer dentro de ±5% do ponto configurado. Se falhar, verifique a tensão da fonte do rack. Substitua se a tensão cair abaixo de 20 V DC sob carga.

Conclusão e Recomendações

A proteção de máquinas economiza milhões em danos evitados, mas somente quando as sondas são instaladas corretamente. Use um voltímetro calibrado para ajustar o gap. Verifique o fator de escala da sonda. Passe os cabos separadamente da energia. Teste os relés de desligamento anualmente. Mantenha uma sonda reserva para cada máquina crítica. A vibração não dá avisos — esteja preparado na primeira vez.

Autor: Weijie Chen é engenheiro de automação industrial com mais de 10 anos de experiência em PLC, DCS e sistemas de controle.