Compreendendo o Padrão API 670
API 670 (Norma 670 do Instituto Americano do Petróleo: “Sistemas de Proteção de Máquinas”) é a norma da indústria reconhecida globalmente que especifica os requisitos mínimos para os sistemas de monitoramento de vibração, temperatura e posição que fornecem alarme automático e proteção de desligamento para máquinas rotativas críticas nas indústrias de petróleo, química e geração de energia. Ela define tipos e quantidades de sensores, funcionalidade de alarme e desligamento (trip), requisitos de redundância, procedimentos de teste e critérios de projeto do sistema — tudo voltado para proteção confiável proteção de máquinas contra falhas catastróficas. Onde orientações gerais como ISO 20816 dizem como avaliar a severidade de vibração, a API 670 diz como construir o sistema permanentemente instalado que monitora a máquina e a desliga antes que ela se destrua.
A API 670 é comumente especificada pelos compradores para turbomáquinas críticas em serviço de hidrocarbonetos — sua aplicabilidade é definida pelo comprador, pela criticidade da máquina e pela especificação do projeto, e não por qualquer limite universal de potência — e é amplamente adotada como melhor prática muito além da indústria do petróleo. Ela representa a abordagem consensual para proteger máquinas críticas, ponderando segurança e confiabilidade contra a implementação prática.
1. Escopo e Aplicabilidade
O padrão visa as máquinas cuja falha não planejada seria mais perigosa ou mais cara — tipicamente equipamentos grandes, de alta velocidade, de trem único, sem reserva instalada.
Equipamentos Abrangidos
- Turbinas a vapor e a gás
- Compressores centrífugos e axiais
- Bombas centrífugas em serviço crítico
- Grandes geradores e motores em serviço crítico
- Expansores e sopradores
- Geralmente, turbomáquinas críticas em petróleo e energia
Quando é Obrigatório
- Onde quer que o comprador ou a especificação do projeto a invoque — tipicamente trens de máquinas grandes, sem reserva, de alta consequência
- Serviço crítico (sem reserva, alta consequência de falha)
- Requisitos contratuais entre comprador e fornecedor
- Padrões de engenharia corporativa
- Muitas vezes aplicado voluntariamente como melhor prática reconhecida
2. Requisitos Principais
A API 670 prescreve o que o que medir, quantos sensores a serem usados e como as funções de alarme e desligamento (trip) devem se comportar. Os valores reais dos pontos de ajuste não são fixados pela norma — eles são estabelecidos para cada máquina pelo comprador e pelo OEM, com base no projeto da máquina, folgas dos mancais e comportamento dinâmico do rotor. As medições principais são vibração radial, posição axial, uma referência de fase e temperatura do mancal.
Monitoramento de Vibração Radial
- Sensores: XY sonda de proximidade pares em cada mancal (mínimo de quatro sondas por máquina, duas por mancal).
- Medição: eixo deslocamento relativo ao mancal — as sondas de corrente de Foucault sem contato monitoram o próprio eixo, não a carcaça.
- Alarme/Desarme: pontos de ajuste em pico-a-pico deslocamento são específicos da máquina — definidos pelo comprador e pelo OEM a partir das folgas dos mancais e da análise de dinâmica do rotor, não fixados como valores universais pela norma.
- Tempo de resposta: menos de 1 segundo da detecção do desligamento ao início do desligamento.
Monitoramento de Posição Axial
- Sensores: duas sondas de deslocamento axial (redundantes).
- Finalidade: monitorar mancal de empuxo condição e posição axial do rotor.
- Alarme/Desarme: definidos de acordo com a folga axial disponível.
Referência de Fase (Keyphasor)
- Sensores: dois keyphasor sondas (redundantes).
- Finalidade: temporização uma vez por revolução para fase e medição de velocidade.
- Requisito: obrigatório para análise completa do rotor — sem ele, gráficos como Bode, polar e órbita não podem ser produzidos.
Temperatura do Mancal
- Sensores: dois RTDs por mancal (redundantes).
- Alarme: tipicamente 95–105 °C.
- Desarme: tipicamente 110–120 °C.
3. Redundância e Votação
Um sistema de proteção só é útil se desligar para falhas reais e permanecer silencioso para falsas. A API 670 alcança esse equilíbrio por meio de sensores redundantes alimentando lógica de votação.
Redundância de Sensores
- Mínimo de dois sensores para cada parâmetro crítico.
- Impede que uma falha de sensor de ponto único desative a proteção.
- Permite que a lógica de votação discrimine eventos genuínos de falhas de sensor.
Lógica de Votação
- 2-de-2 (E): ambos os sensores devem concordar antes que um desligamento seja emitido.
- 2-de-3: qualquer dois de três sensores acionam a ação — o arranjo preferido para as máquinas mais críticas.
- Finalidade: equilibrar a prevenção de desligamentos inconvenientes com a necessidade de proteção confiável contra falhas.
Redundância de Monitoramento
- Racks de monitoramento duplos são às vezes especificados.
- Fontes de alimentação independentes para cada canal.
- Projeto fail-safe (seguro em caso de falha) em toda a cadeia.
4. Recursos do Sistema e Testes
Funções Obrigatórias
- Exibições em tempo real de todos os parâmetros monitorados.
- Funções de alarme e desligamento (trip) com atrasos de tempo configuráveis.
- Confirmação e reset de alarmes.
- Bode e órbita gráficos para diagnóstico.
- Registro de eventos e arquivamento histórico.
- Ferramentas de software de diagnóstico.
Registro de Dados
- Trend contínua de todos os parâmetros.
- Captura de transientes de partida e parada, onde muitos problemas se revelam pela primeira vez.
- Instantâneos de dados de eventos de alarme.
- Arquivamento histórico de longo prazo.
Testes de Aceitação e Periódicos
A API 670 especifica um programa de testes estruturado para que a proteção seja comprovada antes da comissionamento e permaneça comprovada durante toda a vida útil:
- Teste de Aceitação em Fábrica (FAT): o sistema completo é testado antes do envio — todas as funções verificadas, calibração confirmada, documentação fornecida.
- Teste de Aceitação no Local (SAT): após a instalação, um teste funcional completo verifica cada canal de sensor, exercita as funções de alarme e desligamento (trip) e valida o sistema em relação à sua especificação.
- Testes periódicos: testes funcionais trimestrais ou anuais confirmam que os circuitos de desligamento (trip) ainda operam, reavaliam a calibração dos sensores e mantêm a documentação atualizada.
5. Revisões, Normas Relacionadas e Balanceamento em Campo
O 5ª Edição (2014) modernizou a norma para sistemas digitais, adicionou requisitos de cibersegurança, atualizou as especificações dos sensores e melhorou os procedimentos de teste; é a versão mais amplamente implementada hoje. A API 670 também faz parte de uma família de documentos relacionados:
- API 617: compressores axiais e centrífugos.
- API 610: bombas centrífugas.
- API 684: análise de dinâmica de rotor.
- ISO 7919: limites de vibração do eixo (o contraparte relativa ao eixo das medições da carcaça).
- ISO 20816: limites de vibração da carcaça do mancal (antiga ISO 10816).
Vale a pena deixar claro o que a API 670 faz não e não faz: ela protege uma máquina, mas não a corrige. Quando o sistema permanente sinaliza um pico crescente de 1× de desbalanceamento, a correção ainda é um trabalho de balanceamento, geralmente realizado no local. Um analisador portátil de dois canais, como o Balanset-1A complementa uma instalação API 670 exatamente nessa lacuna — medindo amplitude e fase de 1× nos próprios mancais da máquina, calculando as massas de correção e verificando o desbalanceamento residual após o reparo, sem perturbar as sondas de proteção fixas.
Em suma, a API 670 é a norma fundamental para sistemas de proteção de máquinas nas indústrias de petróleo, química e energia. Ao especificar configurações de sensores, redundância, funcionalidade de alarme e desligamento (trip) e testes, ela garante proteção consistente e confiável em instalações em todo o mundo, prevenindo falhas catastróficas de turbomáquinas por meio de monitoramento comprovado e desligamento automático.
