Comprensión de la turbulencia en el análisis de vibraciones

Definición: ¿Qué es la turbulencia?

En el contexto del análisis de vibraciones, turbulencia Se refiere al flujo caótico, aleatorio e inestable de un fluido (líquido o gas) a través de una máquina, como una bomba, un ventilador o una turbina. Este flujo errático crea fluctuaciones de presión que actúan como una función de fuerza, induciendo una vibración aleatoria de baja frecuencia en la estructura de la máquina.

A diferencia de las fuerzas discretas y periódicas causadas por desequilibrar o desalineaciónLa vibración de la turbulencia no se produce en una frecuencia única y nítida. En cambio, aparece como una "joroba" de energía de banda ancha y no sincrónica en el Espectro FFT.

Características de la vibración turbulenta

• Frecuencia: Es un fenómeno de baja frecuencia, que normalmente ocurre por debajo de 10-20 Hz y muy por debajo de la velocidad de funcionamiento de la máquina.
• Naturaleza de la banda ancha: No produce un pico agudo y definido. En cambio, eleva el ruido de fondo en la región de baja frecuencia del espectro, a menudo descrito como una "joroba aleatoria" o un "pajar".
• Aleatorio y no periódico: La vibración no es constante. La amplitud y la fase fluctúan constante y aleatoriamente. Cuando se observa en el forma de onda de tiempoAparece como una señal caótica y no repetitiva.
• Dirección: La vibración es típicamente radial y puede estar presente tanto en dirección horizontal como vertical.

Causas comunes de turbulencia

La turbulencia es un problema hidráulico o aerodinámico causado por interrupciones en el flujo fluido, diseñado para ello. Las causas comunes incluyen:

• Operando lejos del punto de máxima eficiencia (BEP): Las bombas y ventiladores están diseñados para funcionar con la máxima eficiencia y suavidad en un punto específico de su curva de rendimiento. Operarlos a un caudal significativamente mayor o menor que el BEP provocará un flujo ineficiente del fluido, lo que generará turbulencia.
• Obstrucciones en el camino del flujo: Cualquier cosa que obstruya o interrumpa el recorrido del fluido puede causar turbulencia. Esto incluye tuberías mal diseñadas (por ejemplo, curvas cerradas justo antes de la entrada de succión de una bomba), válvulas parcialmente cerradas, filtros obstruidos u objetos extraños.
• Arrastre de aire o cavitación: La presencia de burbujas de aire en un líquido (arrastre) o la formación y colapso de burbujas de vapor (cavitación) crea condiciones altamente turbulentas e impulsivas, que generan una vibración aleatoria significativa.
• Mal diseño del cárter o de la entrada: En las bombas, un sumidero mal diseñado puede crear vórtices que introducen aire y turbulencia en la succión de la bomba.

Diagnóstico y diferenciación

La clave para diagnosticar la turbulencia reside en su naturaleza aleatoria, de banda ancha y baja frecuencia. Un analista experimentado suele identificarla observando la naturaleza inestable y palpitante de la vibración en la propia máquina.

Es importante diferenciar la turbulencia de otros problemas de baja frecuencia:

• Flojedad mecánica: La holgura también crea ruido de banda ancha, pero a menudo se caracteriza por un nivel de ruido elevado en todo el espectro y armónicos distintivos de velocidad de funcionamiento, que están ausentes en la turbulencia pura.

– Remolino de aceite: Se trata de un pico subsincrónico distintivo de ~0,4-0,48X, no de una joroba amplia de energía aleatoria.

– Frotamiento: Un frotamiento puede generar una amplia gama de frecuencias, pero a menudo incluye muchos armónicos y subarmónicos de alta frecuencia, y la forma de onda del tiempo puede mostrar picos truncados o recortados.

Dado que la turbulencia es un problema relacionado con el proceso, no una falla mecánica, la solución suele consistir en corregir el problema operativo o de diseño del sistema. Esto puede incluir ajustar el punto de operación de la bomba o el ventilador, abrir válvulas, limpiar filtros o modificar el diseño de las tuberías.

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