Comprensión de la turbulencia en el análisis de vibraciones
En el 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 genera fluctuaciones de presión que actúan como una función de excitación, induciendo una oscilación aleatoria de baja frecuencia vibración en la estructura de la máquina. A diferencia de las fuerzas discretas y periódicas producidas 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 — y tener en cuenta que ese síntoma es la clave para diagnosticarlo correctamente.
1. Definición: ¿Qué es la turbulencia?
La turbulencia es, en esencia, un fenómeno de flujo más que un defecto mecánico. Cuando un fluido se desplaza sin obstáculos por su trayectoria prevista, la presión que ejerce sobre las palas, los álabes y las carcasas es constante; cuando ese flujo se fragmenta en remolinos y torbellinos, la presión se convierte en una carga que varía rápidamente y es estadísticamente aleatoria. La estructura de la máquina responde a esta fuerza aleatoria exactamente igual que responde a cualquier otra excitación —vibrando—, pero como la fuerza en sí misma no tiene un periodo fijo, la vibración resultante tampoco tiene una frecuencia fija. Esto sitúa a la turbulencia en la familia más amplia de la excitación inducida por el flujo, junto con fuerzas hidráulicas in pumps and fuerzas aerodinámicas en ventiladores y sopladores, y está estrechamente relacionado con el concepto de turbulencia del flujo como fuente de vibración.
2. Características de la vibración por turbulencia
- Frecuencia: un fenómeno de baja frecuencia, normalmente por debajo de 10-20 Hz y muy por debajo de la velocidad de funcionamiento de la máquina.
- Características 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 fase fluctúan constantemente y de forma aleatoria. En el forma de onda temporal Se presenta como una señal caótica y no repetitiva, sin un patrón de repetición claro.
- Dirección: La vibración suele ser radial y puede darse tanto en dirección horizontal como vertical.
Dado que la energía se distribuye a lo largo de una banda en lugar de concentrarse en una línea, el nivel general de vibración puede aumentar notablemente aunque ningún pico espectral concreto parezca preocupante; un patrón que conviene tener en cuenta al analizar las tendencias de las lecturas generales.
3. Causas habituales de las turbulencias
La turbulencia es un problema hidráulico o aerodinámico causado por interrupciones en el flujo uniforme y regular del fluido. Las causas comunes incluyen:
- Funcionamiento fuera del punto de máxima eficiencia (BEP): Las bombas y los ventiladores están diseñados para funcionar de la forma más eficiente y fluida en un punto concreto de su curva de rendimiento. Un funcionamiento muy por encima o por debajo del caudal del punto de rendimiento óptimo (BEP) obliga al fluido a moverse de forma ineficiente, generando turbulencias; y, con caudales muy bajos, esto puede derivar en recirculación, un reflujo interno que constituye en sí mismo una fuente reconocida de energía de baja frecuencia.
- Obstáculos en el recorrido del flujo: Cualquier elemento que obstruya o altere el recorrido del fluido puede provocar turbulencias, como tuberías mal diseñadas (por ejemplo, un codo cerrado justo antes de la entrada de aspiración de una bomba), válvulas parcialmente cerradas, filtros obstruidos u objetos extraños.
- Incorporación de aire o cavitación: burbujas de aire en un líquido (arrastre), o la formación y el colapso de burbujas de vapor (cavitación), crean condiciones de gran turbulencia e impulsividad que generan vibraciones aleatorias significativas.
- Diseño deficiente del sumidero o de la entrada: En las bombas, un sumidero mal diseñado puede generar remolinos que arrastren aire y provoquen turbulencias directamente hacia la succión.
4. Diagnóstico y diferenciación
La clave para diagnosticar la turbulencia radica en su carácter aleatorio, de amplio espectro y de baja frecuencia. Un analista con experiencia suele detectarla por su carácter «inestable» y paliza-la sensación de vibración que se percibe en la propia máquina. Sin embargo, es importante diferenciar la turbulencia de otros problemas de baja frecuencia que, a simple vista, pueden parecer similares:
- Holgura mecánica: La holgura también genera ruido de banda ancha, pero suele caracterizarse por un aumento del ruido de fondo en todo el entire espectro junto con armónicos característicos de la velocidad de desplazamiento, armónicos que no se dan en la turbulencia pura.
- Remolino de aceite: esto es algo distinto subsincrónico alcanza un pico de aproximadamente 0,4-0,48×, y no una amplia protuberancia de energía aleatoria.
- Frotamiento: Un ruido de fricción puede generar una amplia gama de frecuencias, pero suele incluir muchos armónicos y subarmónicos de alta frecuencia, y su forma de onda temporal puede presentar picos truncados o recortados.
Un diagrama de fallos basado en la frecuencia, como el Identificador de la fuente de vibración puede ayudar a confirmar cuál de estas señales es la que estás observando, y cuando se sospecha que hay cavitación, un Estimador de frecuencia de cavitación de la bomba lo reduce aún más.
5. Corrección de la turbulencia
Dado que la turbulencia es un problema relacionado con el proceso y no un fallo mecánico, la solución suele consistir en corregir el problema operativo o de diseño del sistema, y no en intervenir en el rotor. Las soluciones habituales incluyen ajustar el punto de funcionamiento de la bomba o el ventilador para volver a su punto de máximo rendimiento (BEP), abrir las válvulas estranguladas, limpiar los filtros o modificar las tuberías para eliminar una perturbación del flujo cerca de la entrada. La función diagnóstica del instrumento de vibración en este caso es confirmar que la energía de banda ancha se origina realmente en el flujo y no en un defecto de los componentes giratorios. Un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A facilita esa distinción sobre el terreno: al registrar el espectro y la forma de onda temporal en cada punto de medición, permite confirmar que no hay ningún pico síncrono dominante ni desequilibrio residual identificar la causa de la vibración —centrando la investigación en el proceso en lugar de en la máquina— y evitar el error habitual de intentar equilibrar un problema que el equilibrado no puede solucionar.
