O Monitor Proximitor 3500/40M é um módulo de monitoramento de condições e proteção de máquinas de quatro canais e alto desempenho desenvolvido pela Baker Hughes sob a marca Bently Nevada, projetado especificamente para o Sistema de Monitoramento de Máquinas da Série 3500. Sua função principal é aceitar sinais brutos de transdutores de proximidade Bently Nevada (como sensores de correntes parasitas), realizar condicionamento, cálculo e análise precisos de sinais e, por fim, convertê-los em parâmetros-chave que refletem a saúde da máquina, que são continuamente comparados com pontos de ajuste de alarme programáveis pelo usuário para obter proteção contínua e diagnóstico precoce de falhas para máquinas críticas.
O monitor é conhecido por sua flexibilidade, alta precisão e alta confiabilidade. Os usuários podem configurar cada canal de forma independente por meio do software de configuração de rack 3500 para executar diferentes funções de monitoramento, incluindo vibração radial, excentricidade, REBAM (monitoramento de atividade de rolamento de elementos rolantes), posição de impulso e expansão diferencial. O módulo é configurado e gerenciado em Pares de Canais; Os canais 1 e 2 formam um par e os canais 3 e 4 formam outro par. Cada par de canais pode executar uma função de monitoramento, permitindo que um único módulo 3500/40M suporte duas aplicações de monitoramento diferentes simultaneamente.
2. Recursos principais e princípios funcionais detalhados
2.1 Função Principal: Condicionamento de Sinais e Geração de Parâmetros
O 3500/40M não é apenas um repetidor de sinal; é um sofisticado centro de processamento de sinais. Seu fluxo de trabalho principal é o seguinte:
Entrada de sinal e fonte de alimentação: O módulo aceita sinais de tensão analógicos brutos de até quatro transdutores de proximidade. Simultaneamente, o painel frontal fornece um conector coaxial de saída de transdutor com buffer para cada canal, que é protegido contra curto-circuito e pode fornecer energia de transdutor de aproximadamente ~24 Vca para alimentar diretamente os proximitores, simplificando a fiação do sistema.
Condicionamento e filtragem de sinal: O sinal bruto de entrada contém informações dinâmicas ricas da máquina, mas também é misturado com vários ruídos. O 3500/40M incorpora um poderoso processador de sinal digital e bancos de filtros programáveis pelo usuário para condicionar o sinal com precisão.
Cálculo de valores estáticos: Os sinais condicionados são usados para calcular vários parâmetros conhecidos como valores estáticos. Esses valores são as medições que refletem o estado da máquina e formam a base para decisões de alarme. Dependendo da configuração do canal, são gerados diferentes valores estáticos. Por exemplo, um canal configurado para Vibração Radial pode gerar vários valores estáticos, incluindo Direto (Gap), Amplitude 1X, Fase 1X, Amplitude 2X, Fase 2X, Amplitude Não 1X e Amplitude Smax, descrevendo a condição de vibração do rotor em diferentes dimensões.
Decisão e saída de alarme: Os usuários podem definir pontos de ajuste de alerta para cada valor estático ativo e podem selecionar quaisquer dois dos valores estáticos mais críticos para definir pontos de ajuste de perigo. O monitor compara continuamente os valores estáticos calculados em tempo real com esses pontos de ajuste. Após uma excedência, o módulo, com base na lógica de atraso de alarme configurada, aciona as saídas de alarme correspondentes, acionando alarmes externos ou desligamento de sistemas através de módulos de relé, alcançando assim a proteção do maquinário.
2.2 Princípios de Trabalho Detalhados para Cada Função de Monitoramento
a) Vibração Radial
b) Posição de impulso
Princípio: Utiliza um ou mais transdutores de proximidade para medir a posição do colar de impulso, monitorando o movimento axial do rotor em máquinas rotativas (por exemplo, turbinas a vapor, compressores centrífugos) para evitar o contato entre impulsores e componentes estacionários.
Processamento de sinal: usa principalmente o filtro direto (~3 dB a 1,2 Hz) e o filtro Gap (~3 dB a 0,41 Hz), com foco na mudança lenta do deslocamento axial e na tensão média do gap.
c) Expansão Diferencial
Princípio: Mede a diferença de dilatação térmica entre o rotor da máquina e a carcaça (parte estacionária). Crítico para grandes turbinas e outros equipamentos com processos lentos de inicialização/desligamento para evitar colisões internas devido à expansão diferencial.
Processamento de Sinal: Semelhante à Posição de Impulso, usa Filtros Diretos e de Gap de baixa frequência para rastrear o lento processo de expansão. Sua sensibilidade de entrada é normalmente mais baixa (0,394 mV/μm) para acomodar medições de deslocamento de grande alcance.
d) Excentricidade
Princípio: Mede o arqueamento do eixo (excentricidade mecânica) ou flexão temporária devido ao aquecimento desigual (excentricidade térmica) em baixas velocidades, especialmente durante a operação da engrenagem giratória.
Processamento de sinal: usa o filtro direto (~3 dB a 15,6 Hz) e o filtro Gap (~3 dB a 0,41 Hz) para capturar arco de eixo dinâmico estático ou lento em baixas velocidades.
e) REBAM (Monitoramento da Atividade de Rolamentos de Elementos Rolantes)
Princípio: Projetado especificamente para monitorar danos em estágio inicial em rolamentos de elementos rolantes. Ele detecta defeitos de rolamento analisando a energia de vibração em torno das frequências de falha características (por exemplo, pista externa de frequência de passagem de bola (BPFO), pista interna de frequência de passagem de bola (BPFI), frequência de rotação de bola (BSF)).
Processamento de Sinal: Este é um dos modos de processamento mais complexos, envolvendo um conjunto dedicado de filtros:
Filtro Spike: Um filtro passa-alta programável (0,152 a 8.678 Hz) usado para extrair sinais de impacto de alta frequência.
Filtro de Elemento: Um filtro passa-faixa programável cuja frequência central é calculada com base em parâmetros de rolamento inseridos pelo usuário (por exemplo, BPFO), usado para monitorar diretamente a frequência de falha de componentes específicos do rolamento.
Filtro Rotor: Um filtro passa-baixa programável (0,108 a 2221 Hz).
O uso combinado desses filtros isola efetivamente informações características de falhas de rolamento de sinais de vibração complexos, gerando vários valores estáticos, incluindo Spike, Element, Rotor, Direct, Gap, 1X Amplitude e 1X Phase para uma avaliação abrangente da saúde do rolamento.
2.3 Função de rastreamento e etapa de filtro
Para filtros que dependem da velocidade de execução (por exemplo, filtros vetoriais 1X, 2X), o 3500/40M apresenta uma função avançada de rastreamento/passo de filtro. Quando o módulo recebe um sinal de velocidade Keyphasor válido, os filtros podem alternar automaticamente entre conjuntos de filtros predefinidos com base nas alterações na velocidade real do eixo. Por exemplo:
Condição Inicial: Utiliza o Conjunto de Filtros Nominais configurado para a velocidade nominal.
Diminuição de velocidade: Muda para o conjunto de filtros inferior otimizado para baixas velocidades quando a velocidade atual do eixo ≤ 0,9 x (velocidade nominal do eixo).
Aumento de velocidade (de baixo): Volta para o conjunto de filtros nominais quando a velocidade atual do eixo ≥ 0,95 x (velocidade nominal do eixo).
Aumento de velocidade (do nominal): Muda para o conjunto de filtros mais alto otimizado para altas velocidades quando a velocidade atual do eixo ≥ 1,1 x (velocidade nominal do eixo).
Diminuição de velocidade (de alta): Volta para o conjunto de filtros nominais quando a velocidade atual do eixo ≤ 1,05 x (velocidade nominal do eixo).
Erro de Sinal de Velocidade: Em caso de perda do sinal de velocidade válido, o módulo utiliza automaticamente o Conjunto de Filtros Nominais, garantindo a continuidade do monitoramento.
Esta função garante que durante a partida da máquina, parada por inércia ou flutuações de velocidade, os filtros estejam sempre operando dentro de sua faixa ideal de resposta de frequência, garantindo uma medição precisa dos componentes de vibração.
2.4 Precisão e Desempenho
O 3500/40M oferece precisão de medição excepcional. A +25°C, para a maioria das medições Diretas, Gap, 1X e 2X, a precisão típica está dentro de ±0,33% da escala completa, com um máximo de ±1% da escala completa. A precisão de fase do filtro vetorial 1X chega a um erro máximo de 3 graus. Esse alto nível de precisão fornece uma base de dados confiável para diagnósticos precisos de falhas e decisões de proteção confiáveis.
2.5 Alarmes e Atrasos
Pontos de ajuste de alarme: Os pontos de ajuste de alerta e perigo para cada valor estático podem ser ajustados via software de 0 a 100% da escala completa. A precisão dos próprios pontos de ajuste do alarme está dentro de ±0,13% do valor desejado.
Atrasos de alarme: Para evitar alarmes falsos, os usuários podem programar atrasos de alarme.
Para parâmetros como vibração radial e impulso, os atrasos de alerta podem ser definidos de 1 a 60 segundos (em intervalos de 1 segundo) e os atrasos de perigo podem ser de 0,1 segundos ou de 1 a 60 segundos (em intervalos de 0,5 segundos).
Para REBAM, a faixa de atraso é mais ampla, de um valor mínimo calculado até 400 segundos, acomodando a natureza potencialmente intermitente dos sinais de falha nos rolamentos.
3. Características de hardware e opções de configuração
Estrutura do Módulo: Segue a arquitetura do módulo padrão 3500, consistindo em um Módulo Monitor Principal de altura total (instalado na parte frontal do rack) e um Módulo de E/S correspondente (instalado na parte traseira do rack).
Tipos de módulos de E/S: Três opções principais de módulos de E/S estão disponíveis para atender a diferentes necessidades ambientais e de instalação:
Módulo de E/S com Terminação Interna: Toda a fiação é feita através dos blocos terminais integrados do módulo, oferecendo uma estrutura compacta.
Módulo de E/S com Terminações Externas: Conecta-se por meio de cabos a blocos de terminação externos separados, facilitando a manutenção e o isolamento em ambientes agressivos.
Módulo de E/S com Barreiras Internas: Integra barreiras de segurança intrínsecas, permitindo que o monitor seja usado em Áreas Classificadas (por exemplo, Classe I, Divisão 2 / Zona 2) sem barreiras externas discretas. Isto é fundamental para obter certificações de áreas perigosas como ATEX, IECEx e cNRTLus.
Indicação de status: O painel frontal fornece vários indicadores LED, incluindo OK (operando normalmente), TX/RX (comunicação entre módulos) e Bypass (Modo Bypass ativo), permitindo diagnósticos de campo rápidos do status do módulo.
4. Adequação Ambiental, Certificações e Aplicações
Limites ambientais: Ampla faixa de temperatura operacional, de -30°C a +65°C quando usado com módulos de E/S de terminação interna/externa, e de 0°C a +65°C quando usado com o módulo de E/S de barreira interna.
Certificações de conformidade: O módulo está em conformidade com vários padrões internacionais, incluindo FCC, Diretiva EMC, Diretiva de Baixa Tensão, Diretiva RoHS, e possui certificações marítimas da DNV GL e ABS, bem como certificações de áreas perigosas como ATEX, IECEx e cNRTLus.
Cenários de aplicação: O 3500/40M é a base para a proteção de equipamentos rotativos críticos em todos os setores, amplamente utilizado em:
Geração de energia: Turbinas a vapor, turbinas a gás, geradores, turbinas hidrelétricas.
Petróleo e Gás: Compressores de dutos, turbinas a gás, conjuntos de bombas.
Indústrias Químicas e de Processo: Vários compressores de grande porte, turbomáquinas.
Sistemas de Propulsão Marinha.
