Entendiendo el remolino de aceite
Remolino de aceite es un tipo de vibración autoinducida e inestable que se produce en máquinas equipadas con cojinetes de película de fluido («revista») — entre ellas turbinas grandes, compresores y bombas. Es una forma de inestabilidad inducida por el fluido, en la que la película de aceite que sustenta el eje comienza a empujarlo en un movimiento circular hacia adelante dentro de la holgura del cojinete. Dado que este giro precesional ocurre a una frecuencia inferior a la velocidad de funcionamiento de la máquina (1×), es un subsincrónico vibración — y, al ser autoexcitada, no requiere una función de forzamiento externa para mantenerse.
1. Definición: ¿Qué es el Oil Whirl?
A diferencia de desequilibrar, que es una (1×) sincrónica vibración forzada, el oil whirl es una vibración autoexcitada: la energía que lo impulsa proviene de la propia rotación continua del eje, transmitida a través de la película de aceite del cojinete. Esta distinción es importante desde el punto de vista diagnóstico, porque las inestabilidades autoexcitadas pueden aparecer de forma repentina, crecer con rapidez y no pueden “corregirse mediante el equilibrado” como sí ocurre con un desequilibrio 1×.
2. Características del Oil Whirl
El oil whirl presenta varias firmas características e identificables en los datos de vibración:
- Frecuencia: la característica más destacada es un pico de gran amplitud a una frecuencia ligeramente inferior a la mitad de la velocidad de funcionamiento — típicamente entre 0.4× and 0.48× (del 40% al 48% de la velocidad del eje). En una máquina que funciona a 3000 rpm (50 Hz), el oil whirl aparecería a aproximadamente 1200–1440 rpm (20–24 Hz).
- Dirección: la vibración es principalmente radial (horizontal y vertical) y con frecuencia presenta una dirección marcadamente preferente.
- Orbit plot: visto en un diagrama de órbita en X–Y sondas de proximidad, el remolino de aceite aparece como una órbita grande, de precesión directa, frecuentemente distorsionada (no circular) que contiene un único bucle interno bien definido.
- Behaviour: el oil whirl no está vinculado a una frecuencia fija. A medida que la máquina acelera, la frecuencia de whirl la sigue, manteniendo siempre la relación característica de ~0.4×–0.48× respecto a la nueva velocidad de funcionamiento. Este comportamiento de seguimiento de velocidad es el diferenciador clave respecto a una resonancia estructural, que se sitúa en una frecuencia fija independientemente de la velocidad del eje.
Capturar estas características con claridad requiere una medición multicanal con referencia de fase. Un gráfico en cascada (waterfall) tomado durante un run-up o descenso resulta especialmente revelador, porque se observa que el pico sub-síncrono avanza junto con la velocidad de funcionamiento en lugar de permanecer fijo.
3. El Mecanismo: ¿Cómo se Produce el Oil Whirl?
El oil whirl surge de la dinámica de la cuña hidrodinámica de aceite que sustenta el eje en un cojinete de deslizamiento. En condiciones normales de funcionamiento, el eje en rotación arrastra el aceite hacia una holgura en forma de cuña, generando un campo de presión que eleva y soporta el eje. El eje no se sitúa en el centro del cojinete, sino que se desplaza ligeramente, formando un ángulo de actitud respecto a la línea de carga.
El aceite dentro de esa cuña circula alrededor del cojinete a aproximadamente la mitad de la velocidad superficial del eje’s — razón por la cual la inestabilidad resultante aparece justo por debajo de 0.5×. Si el cojinete está poco cargado o presenta un exceso de autorización, las fuerzas estabilizadoras se debilitan. Una pequeña perturbación puede entonces permitir que el eje quede “capturado” por la película circulante, que comienza a arrastrarlo en una trayectoria circular alrededor del cojinete. El resultado es una vibración autosostenida que puede crecer hasta alcanzar amplitudes muy elevadas, a menudo limitada únicamente por la propia holgura del cojinete — momento en el que el eje comienza a entrar en contacto con la superficie del cojinete.
4. Látigo de aceite: la forma más grave
Si la máquina se acelera hasta el punto en que la frecuencia de precesión por aceite (~0,4×–0,48×) coincide con una de las frecuencias naturales del rotor’s frecuencias naturales — a velocidad crítica — la condición escala de forma drástica. Esto se denomina látigo de aceite, el fenómeno más extremo y violento dentro del conjunto más amplio de whirl-and-whip familia de inestabilidades.
- Frecuencia bloqueada: la vibración “se ancla” a la frecuencia natural del rotor’s y ya no aumenta aunque la máquina siga acelerando.
- Alta amplitud: la condición de resonancia eleva la amplitud a valores extremadamente altos.
- Peligro: el látigo de aceite es una condición inestable muy peligrosa que puede provocar un fallo catastrófico, incluido el gripado del cojinete y graves roce del rotor.
5. Causas frecuentes y soluciones
- Causas: cojinetes con carga ligera, holgura excesiva en el cojinete, viscosidad del aceite demasiado baja, presión de suministro de aceite excesiva, o un diseño de máquina que sitúa una velocidad crítica aproximadamente al doble de la velocidad de funcionamiento (de modo que el rotor alcanza su velocidad crítica exactamente cuando llega la frecuencia de precesión).
- Soluciones: los remedios tienen como objetivo interrumpir la película de aceite inestable. Las opciones incluyen aumentar la carga sobre el cojinete, corregir la viscosidad del aceite y rediseñar el cojinete con geometría antipresióngiratoria — perfil de limón (elíptico), cojinete con escalón de presión o diseños multilóbulo y de patines oscilantes que rompen la circulación simétrica de la película. La incorporación de amortiguador de película comprimida puede añadir amortiguamiento estabilizador en algunas máquinas.
Confirmar un diagnóstico en campo implica medir el pico subsincrónico y su fase, y descartar primero las causas sincrónicas — desequilibrio y desalineación — en primer lugar. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A captura la amplitud y fase across the espectro de vibración y verifica si la componente 1× es aceptable; si el residual 1× es limpio pero persiste un pico fuerte de ~0,45× que sigue la velocidad, el problema es una inestabilidad de película fluida como la precesión por aceite, no un fallo de equilibrado — y la solución reside en el cojinete, no en masas de corrección. Las frecuencias características de inestabilidad pueden cotejarse con una Calculadora de frecuencias de cojinete hidrodinámico (precesión por aceite & látigo de aceite).
