El monitor de proximidad 3500/40M es un módulo de monitoreo de condición y protección de maquinaria de cuatro canales y alto rendimiento desarrollado por Baker Hughes bajo la marca Bfully Nevada, diseñado específicamente para el sistema de monitoreo de maquinaria serie 3500. Su función principal es aceptar señales sin procesar de los transductores de proximidad de Bfully Nevada (como sensores de corrientes parásitas), realizar acondicionamiento, cálculo y análisis de señales precisos y, en última instancia, convertirlas en parámetros clave que reflejen el estado de la máquina, que se comparan continuamente con puntos de ajuste de alarma programables por el usuario para lograr una protección continua y un diagnóstico temprano de fallas para maquinaria crítica.
El monitor es conocido por su flexibilidad, alta precisión y alta confiabilidad. Los usuarios pueden configurar cada canal de forma independiente a través del software de configuración del bastidor 3500 para realizar diferentes funciones de monitoreo, incluidas vibración radial, excentricidad, REBAM (monitoreo de actividad de rodamientos de elementos rodantes), posición de empuje y expansión diferencial. El módulo se configura y gestiona en Pares de Canales; Los canales 1 y 2 forman un par y los canales 3 y 4 forman otro par. Cada par de canales puede realizar una función de monitoreo, lo que permite que un único módulo 3500/40M admita dos aplicaciones de monitoreo diferentes simultáneamente.
2. Características principales y principios funcionales detallados
2.1 Función principal: acondicionamiento de señales y generación de parámetros
El 3500/40M no es simplemente un repetidor de señal; es un sofisticado centro de procesamiento de señales. Su flujo de trabajo principal es el siguiente:
Entrada de señal y fuente de alimentación: el módulo acepta señales de voltaje analógico sin procesar de hasta cuatro transductores de proximidad. Simultáneamente, el panel frontal proporciona un conector coaxial de salida de transductor con búfer para cada canal, que está protegido contra cortocircuitos y puede suministrar aproximadamente ~24 VCA de alimentación del transductor para alimentar directamente los proximitores, simplificando el cableado del sistema.
Acondicionamiento y filtrado de señales: la señal sin procesar de entrada contiene rica información dinámica de la máquina, pero también está mezclada con varios ruidos. El 3500/40M incorpora un potente procesador de señal digital y bancos de filtros programables por el usuario para acondicionar con precisión la señal.
Cálculo de valores estáticos: las señales condicionadas se utilizan para calcular varios parámetros conocidos como valores estáticos. Estos valores son las medidas que reflejan el estado de la máquina y forman la base para las decisiones de alarma. Dependiendo de la configuración del canal, se generan diferentes valores estáticos. Por ejemplo, un canal configurado para vibración radial puede generar múltiples valores estáticos, incluidos directo (espacio), amplitud 1X, fase 1X, amplitud 2X, fase 2X, amplitud no 1X y amplitud Smax, que describen la condición de vibración del rotor desde diferentes dimensiones.
Decisión y salida de alarma: los usuarios pueden establecer puntos de ajuste de alerta para cada valor estático activo y pueden seleccionar dos de los valores estáticos más críticos para establecer puntos de ajuste de peligro. El monitor compara continuamente los valores estáticos calculados en tiempo real con estos puntos de ajuste. En caso de excederse, el módulo, basándose en la lógica de retardo de alarma configurada, activa las salidas de alarma correspondientes, accionando sistemas externos de alarma o apagado a través de módulos de relé, logrando así la protección de la maquinaria.
2.2 Principios de funcionamiento detallados para cada función de monitoreo
a) Vibración radial
Principio: Mide el desplazamiento de vibración del eje en relación con la carcasa del rodamiento utilizando dos sensores de corrientes parásitas montados a 90 grados de distancia. Este es un parámetro clave para evaluar el equilibrio del rotor, la alineación y las fallas de rozamiento en las primeras etapas.
Procesamiento de señal:
Filtro directo: programable por el usuario, que proporciona una respuesta de frecuencia de banda ancha de 4 Hz a 4000 Hz o de 1 Hz a 600 Hz, capturando el nivel de vibración general.
Filtro de espacio: un filtro de paso alto (~3 dB a 0,09 Hz) que se utiliza para extraer y monitorear el voltaje de espacio promedio (DC Gap) del transductor. Este voltaje está directamente relacionado con la posición promedio del eje dentro del rodamiento y puede usarse para monitorear procesos lentos como cambios en el espesor de la película de aceite.
Filtros vectoriales 1X y 2X: utilice filtros de paso de banda Q constante de alto Q (factor de calidad) para extraer con precisión los componentes de vibración sincronizados con la velocidad de funcionamiento (1X) y el doble de velocidad de funcionamiento (2X). Su rechazo de banda suprimida es tan alto como ~57,7 dB, aislando efectivamente la interferencia de otras frecuencias, permitiendo un cálculo preciso de amplitud y fase para el análisis de alineación y equilibrio dinámico.
Filtro no 1X: Un filtro de muesca Q constante que se utiliza para rechazar el componente 1X, extrayendo así componentes de vibración no síncronos (p. ej., oscilaciones subsíncronas, remolinos de aceite).
Filtro Smax: identifica el componente de frecuencia con la amplitud máxima dentro de un rango de frecuencia de 0,125 a 15,8 veces la velocidad de carrera, lo que ayuda a identificar problemas destacados de vibración no sincrónica.
b) Posición de empuje
Principio: Utiliza uno o más transductores de proximidad para medir la posición del collar de empuje, monitoreando el movimiento axial del rotor en maquinaria giratoria (por ejemplo, turbinas de vapor, compresores centrífugos) para evitar el contacto entre los impulsores y los componentes estacionarios.
Procesamiento de señal: utiliza principalmente el filtro directo (~3 dB a 1,2 Hz) y el filtro de espacio (~3 dB a 0,41 Hz), enfocándose en el desplazamiento axial que cambia lentamente y el voltaje de espacio promedio.
c) Expansión diferencial
Principio: Mide la diferencia de expansión térmica entre el rotor de la máquina y la carcasa (parte estacionaria). Crítico para turbinas grandes y otros equipos con procesos lentos de arranque/apagado para evitar colisiones internas debido a la expansión diferencial.
Procesamiento de señal: similar a Thrust Position, utiliza filtros directos y de brecha de baja frecuencia para rastrear el lento proceso de expansión. Su sensibilidad de entrada suele ser menor (0,394 mV/μm) para adaptarse a mediciones de desplazamiento de gran alcance.
d) Excentricidad
Principio: Mide la curvatura del eje (excentricidad mecánica) o la flexión temporal debido al calentamiento desigual (excentricidad térmica) a bajas velocidades, especialmente durante el funcionamiento del engranaje giratorio.
Procesamiento de señal: utiliza el filtro directo (~3 dB a 15,6 Hz) y el filtro Gap (~3 dB a 0,41 Hz) para capturar el arco del eje estático o dinámico lento a bajas velocidades.
e) REBAM (Monitoreo de actividad de rodamientos de elementos rodantes)
Principio: Diseñado específicamente para monitorear daños en etapas tempranas en rodamientos de elementos rodantes. Detecta defectos en los rodamientos analizando la energía de vibración alrededor de las frecuencias de falla características (por ejemplo, pista exterior de frecuencia de paso de bola (BPFO), pista interior de frecuencia de paso de bola (BPFI), frecuencia de giro de bola (BSF)).
Procesamiento de señal: este es uno de los modos de procesamiento más complejos, que involucra un conjunto de filtros dedicado:
Filtro de picos: un filtro de paso alto programable (0,152 a 8678 Hz) que se utiliza para extraer señales de impacto de alta frecuencia.
Filtro de elemento: un filtro de paso de banda programable cuya frecuencia central se calcula en función de los parámetros del rodamiento ingresados por el usuario (por ejemplo, BPFO), que se utiliza para monitorear directamente la frecuencia de falla de componentes específicos del rodamiento.
Filtro de rotor: un filtro de paso bajo programable (0,108 a 2221 Hz).
El uso combinado de estos filtros aísla eficazmente la información característica de fallas de los rodamientos de señales de vibración complejas, generando varios valores estáticos que incluyen Spike, Element, Rotor, Direct, Gap, 1X Amplitude y 1X Phase para una evaluación integral del estado del rodamiento.
2.3 Función de seguimiento y paso del filtro
Para los filtros que dependen de la velocidad de funcionamiento (por ejemplo, filtros vectoriales 1X, 2X), el 3500/40M presenta una función avanzada de seguimiento/paso de filtro. Cuando el módulo recibe una señal de velocidad de fase clave válida, los filtros pueden cambiar automáticamente entre conjuntos de filtros predefinidos en función de los cambios en la velocidad real del eje. Por ejemplo:
Condición inicial: utiliza el conjunto de filtros nominal configurado para la velocidad nominal.
Disminución de velocidad: Cambia al conjunto de filtros inferior optimizado para velocidades bajas cuando la velocidad actual del eje ≤ 0,9 x (velocidad nominal del eje).
Aumento de velocidad (desde baja): vuelve al conjunto de filtro nominal cuando la velocidad actual del eje es ≥ 0,95 x (velocidad nominal del eje).
Aumento de velocidad (desde nominal): Cambia al conjunto de filtros superior optimizado para altas velocidades cuando la velocidad actual del eje ≥ 1,1 x (velocidad nominal del eje).
Disminución de velocidad (desde alta): vuelve al conjunto de filtro nominal cuando la velocidad actual del eje ≤ 1,05 x (velocidad nominal del eje).
Error de señal de velocidad: en caso de pérdida de una señal de velocidad válida, el módulo utiliza automáticamente el conjunto de filtros nominales, lo que garantiza la continuidad del monitoreo.
Esta función garantiza que durante el arranque de la máquina, la desaceleración o las fluctuaciones de velocidad, los filtros siempre estén funcionando dentro de su rango de respuesta de frecuencia óptimo, lo que garantiza una medición precisa de los componentes de vibración.
2.4 Precisión y rendimiento
El 3500/40M ofrece una precisión de medición excepcional. A +25 °C, para la mayoría de las mediciones directas, de separación, 1X y 2X, la precisión típica está dentro del ±0,33 % de la escala completa, con un máximo de ±1 % de la escala completa. La precisión de fase del filtro vectorial 1X es de hasta 3 grados de error como máximo. Este alto nivel de precisión proporciona una base de datos confiable para un diagnóstico de fallas preciso y decisiones de protección confiables.
2.5 Alarmas y Retrasos
Puntos de ajuste de alarma: Los puntos de ajuste de alerta y peligro para cada valor estático se pueden ajustar mediante software de 0 a 100 % de la escala completa. La precisión de los propios puntos de ajuste de alarma está dentro del ±0,13% del valor deseado.
Retrasos de alarma: para evitar falsas alarmas, los usuarios pueden programar retrasos en el tiempo de alarma.
Para parámetros como Vibración radial y Empuje, los retrasos de alerta se pueden configurar de 1 a 60 segundos (en intervalos de 1 segundo) y los retrasos de peligro pueden ser de 0,1 segundos o de 1 a 60 segundos (en intervalos de 0,5 segundos).
Para REBAM, el rango de retardo es más amplio, desde un valor mínimo calculado hasta 400 segundos, acomodando la naturaleza potencialmente intermitente de las señales de falla de rodamiento.
3. Características del hardware y opciones de configuración
Estructura del módulo: Sigue la arquitectura del módulo estándar 3500, que consta de un módulo de monitor principal de altura completa (instalado en la parte frontal del bastidor) y un módulo de E/S correspondiente (instalado en la parte posterior del bastidor).
Tipos de módulos de E/S: Hay tres opciones clave de módulos de E/S disponibles para satisfacer diferentes necesidades ambientales y de instalación:
Módulo de E/S con terminación interna: Todo el cableado se realiza a través de los bloques de terminales integrados del módulo, lo que ofrece una estructura compacta.
Módulo de E/S con terminaciones externas: se conecta mediante cables a bloques de terminaciones externos separados, lo que facilita el mantenimiento y el aislamiento en entornos hostiles.
Módulo de E/S con barreras internas: Integra barreras de seguridad intrínsecas, lo que permite utilizar el monitor en áreas peligrosas (p. ej., Clase I, División 2/Zona 2) sin barreras discretas externas. Esto es clave para obtener certificaciones de áreas peligrosas como ATEX, IECEx y cNRTLus.
Indicación de estado: El panel frontal proporciona múltiples indicadores LED, incluidos OK (funcionamiento normal), TX/RX (comunicación entre módulos) y Bypass (modo Bypass activo), lo que permite realizar diagnósticos de campo rápidos del estado del módulo.
4. Idoneidad ambiental, certificaciones y aplicaciones
Límites ambientales: Amplio rango de temperatura de funcionamiento, de -30 °C a +65 °C cuando se usa con módulos de E/S de terminación interna/externa, y de 0 °C a +65 °C cuando se usa con el módulo de E/S de barrera interna.
Certificaciones de cumplimiento: el módulo cumple con numerosos estándares internacionales, incluidos FCC, directiva EMC, directiva de bajo voltaje, directiva RoHS, y posee certificaciones marinas de DNV GL y ABS, así como certificaciones de áreas peligrosas como ATEX, IECEx y cNRTLus.
Escenarios de aplicación: El 3500/40M es una piedra angular para proteger equipos rotativos críticos en todas las industrias, ampliamente utilizado en:
Generación de Energía: Turbinas de vapor, turbinas de gas, generadores, turbinas hidráulicas.
Petróleo y Gas: Compresores de tuberías, turbinas de gas, grupos de bombas.
Industrias químicas y de procesos: varios compresores grandes, turbomaquinaria.
Sistemas de propulsión marina.
