Comprensión de la norma API 670
API 670 (Norma 670 del Instituto Americano del Petróleo: “Sistemas de Protección de Maquinaria”) es la norma industrial reconocida a nivel mundial que especifica los requisitos mínimos para los sistemas de monitoreo de vibración, temperatura y posición que proporcionan alarma automática y protección de parada de emergencia para maquinaria rotativa crítica en las industrias petrolera, química y de generación de energía. Define tipos y cantidades de sensores, funcionalidad de alarma y parada de emergencia, requisitos de redundancia, procedimientos de prueba y criterios de diseño del sistema, todo orientado a una protección confiable protección de maquinaria contra fallas catastróficas. Donde la orientación general, como ISO 20816 le indica cómo evaluar la severidad de vibración, la API 670 le indica cómo construir el sistema instalado permanentemente que vigila la máquina y la para antes de que se destruya a sí misma.
API 670 se especifica comúnmente por parte de los compradores para turbomaquinaria crítica en servicio de hidrocarburos: su aplicabilidad está definida por el comprador, la criticidad de la máquina y la especificación del proyecto, más que por cualquier umbral universal de potencia, y se adopta ampliamente como mejor práctica mucho más allá de la industria petrolera. Representa el enfoque consensuado para proteger maquinaria crítica, ponderando la seguridad y la confiabilidad frente a la implementación práctica.
1. Alcance y aplicabilidad
La norma se dirige a las máquinas cuya falla no planificada sería la más peligrosa o la más costosa, generalmente equipos grandes, de alta velocidad y de tren único sin repuesto instalado.
Equipos cubiertos
- Turbinas de vapor y de gas
- Compresores centrífugos y axiales
- Bombas centrífugas en servicio crítico
- Generadores y motores grandes en servicio crítico
- Expansores y sopladores
- En general, turbomáquinas críticas en los sectores petrolero y energético
Cuándo es obligatorio
- Donde el comprador o la especificación del proyecto lo invoque: típicamente trenes de máquinas grandes, sin repuesto instalado y de alta consecuencia
- Servicio crítico (sin respaldo, alta consecuencia de falla)
- Requisitos contractuales entre el comprador y el proveedor
- Normas de ingeniería corporativas
- A menudo se aplica de forma voluntaria como mejor práctica reconocida
2. Requisitos clave
La API 670 prescribe qué qué medir, cuántos sensores a utilizar y cómo deben comportarse las funciones de alarma y parada de emergencia. Los valores reales de los puntos de ajuste no están fijos por la norma: se establecen para cada máquina por el comprador y el fabricante original (OEM), basándose en el diseño de la máquina, los juegos de los rodamientos y el comportamiento dinámico del rotor. Las mediciones principales son vibración radial, posición axial, una referencia de fase y temperatura del rodamiento.
Monitoreo de vibración radial
- Sensores: XY sonda de proximidad pares en cada rodamiento (un mínimo de cuatro sondas por máquina, dos por rodamiento).
- Medición: eje desplazamiento respecto al rodamiento, las sondas de corrientes inducidas sin contacto vigilan el eje en sí, no el soporte.
- Alarma/Parada: puntos de ajuste en pico a pico desplazamiento son específicos de la máquina: definidos por el comprador y el fabricante original (OEM) a partir de los juegos de los rodamientos y el análisis dinámico del rotor, no fijos como valores universales por la norma.
- Tiempo de respuesta: menos de 1 segundo desde la detección de la parada hasta el inicio de la parada.
Monitoreo de posición axial
- Sensores: dos sondas de desplazamiento axial (redundantes).
- Propósito: monitorear cojinete de empuje la condición y la posición axial del rotor.
- Alarma/Parada: ajustados según el juego axial disponible.
Referencia de fase (Keyphasor)
- Sensores: dos keyphasor sondas (redundantes).
- Propósito: temporización por revolución para fase y medición de velocidad.
- Requisito: obligatorio para un análisis completo del rotor, sin él no se pueden generar gráficas como Bode, polar y órbita.
Temperatura del rodamiento
- Sensores: dos RTDs por rodamiento (redundantes).
- Alarma: generalmente 95–105 °C.
- Parada: generalmente 110–120 °C.
3. Redundancia y votación
Un sistema de protección solo es útil si para ante fallas reales y permanece silencioso ante falsas alarmas. La API 670 logra este equilibrio mediante sensores redundantes que alimentan la lógica de votación.
Redundancia de sensores
- Un mínimo de dos sensores para cada parámetro crítico.
- Evita que una falla de sensor en un solo punto deshabilite la protección.
- Permite que la lógica de votación discrimine eventos genuinos de fallas de sensores.
Lógica de votación
- 2 de 2 (AND): ambos sensores deben coincidir antes de emitir una parada.
- 2 de 3: cualquiera de dos de tres sensores activa la acción, la configuración preferida para las máquinas más críticas.
- Propósito: balance nuisance-trip prevention against the need for dependable failure protection.
Redundancia del monitor
- A veces se especifican bastidores de monitoreo duales.
- Fuentes de alimentación independientes para cada canal.
- Diseño de seguridad intrínseca (fail-safe) en toda la cadena.
4. Características del sistema y pruebas
Funciones requeridas
- Pantallas en tiempo real de todos los parámetros monitoreados.
- Funciones de alarma y parada de emergencia con retardos de tiempo configurables.
- Reconocimiento y reinicio de alarmas.
- Bode y órbita gráficas para diagnóstico.
- Registro de eventos y archivo histórico.
- Herramientas de software de diagnóstico.
Grabación de datos
- Tendencia continua de todos los parámetros.
- Captura de transitorios de arranque y parada, donde muchos problemas se revelan por primera vez.
- Instantáneas de datos de eventos de alarma.
- Archivo histórico a largo plazo.
Pruebas de aceptación y periódicas
API 670 especifica un programa de pruebas estructurado para que la protección se demuestre antes de la puesta en marcha y se mantenga demostrada durante toda la vida útil:
- Prueba de aceptación en fábrica (FAT): el sistema completo se prueba antes del envío: se verifican todas las funciones, se confirma la calibración y se proporciona la documentación.
- Prueba de aceptación en sitio (SAT): después de la instalación, una prueba funcional completa verifica cada canal de sensor, pone a prueba las funciones de alarma y parada de emergencia, y valida el sistema contra su especificación.
- Pruebas periódicas: las pruebas funcionales trimestrales o anuales confirman que los circuitos de parada de emergencia siguen operando, vuelven a verificar la calibración de los sensores y mantienen la documentación actualizada.
5. Revisiones, normas relacionadas y balanceo en campo
El 5.ª edición (2014) modernizó la norma para sistemas digitales, agregó requisitos de ciberseguridad, actualizó las especificaciones de los sensores y mejoró los procedimientos de prueba; es la versión más ampliamente implementada hoy en día. API 670 también forma parte de una familia de documentos relacionados:
- API 617: compresores axiales y centrífugos.
- API 610: bombas centrífugas.
- API 684: análisis de dinámica de rotores.
- ISO 7919: límites de vibración del eje (el contraparte relativa al eje de las mediciones del soporte).
- ISO 20816: límites de vibración del soporte del rodamiento (antes ISO 10816).
Conviene tener claro lo que API 670 hace no y lo que no hace: protege una máquina, pero no la corrige. Cuando el sistema permanente marca un pico creciente de 1× debido a desbalance, la solución sigue siendo un trabajo de balanceo, generalmente realizado en sitio. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A complementa una instalación API 670 exactamente en esta brecha: midiendo la amplitud y fase de 1× en los propios rodamientos de la máquina, calculando los pesos de corrección y verificando el desbalance residual después de la reparación, sin perturbar las sondas de protección fijas.
En resumen, API 670 es la norma fundamental para los sistemas de protección de maquinaria en las industrias petrolera, química y de generación de energía. Al especificar configuraciones de sensores, redundancia, funcionalidad de alarma y parada de emergencia, y pruebas, garantiza una protección consistente y confiable en instalaciones de todo el mundo, previniendo fallas catastróficas de turbomaquinaria mediante monitoreo comprobado y parada automática.
