Compreendendo a turbulência na análise de vibração

Definição: O que é turbulência?

No contexto da análise de vibração, turbulência refere-se ao fluxo caótico, aleatório e instável de um fluido (líquido ou gás) através de uma máquina, como uma bomba, ventilador ou turbina. Esse fluxo errático cria flutuações de pressão que atuam como uma função de força, induzindo uma vibração aleatória de baixa frequência na estrutura da máquina.

Ao contrário das forças discretas e periódicas causadas por desequilíbrio ou desalinhamento, a vibração da turbulência não ocorre em uma única frequência nítida. Em vez disso, ela aparece como uma “saliência” de energia de banda larga e não sincronizada no Espectro FFT.

Características da vibração de turbulência

• Freqüência: É um fenômeno de baixa frequência, que normalmente ocorre abaixo de 10-20 Hz e bem abaixo da velocidade de operação da máquina.
• Natureza da banda larga: Ele não produz um pico nítido e distinto. Em vez disso, eleva o nível de ruído na região de baixa frequência do espectro, frequentemente descrito como uma "saliência aleatória" ou "palheiro".
• Aleatório e não periódico: A vibração não é constante. A amplitude e a fase flutuam constante e aleatoriamente. Quando visualizada no forma de onda temporal, aparece como um sinal caótico e não repetitivo.
• Direção: A vibração é tipicamente radial e pode estar presente nas direções horizontal e vertical.

Causas comuns de turbulência

Turbulência é um problema hidráulico ou aerodinâmico causado por interrupções no fluxo suave e projetado do fluido. Causas comuns incluem:

• Operando longe do melhor ponto de eficiência (BEP): Bombas e ventiladores são projetados para operar com a máxima eficiência e suavidade em um ponto específico de sua curva de desempenho. Operá-los com uma vazão significativamente maior ou menor do que o BEP fará com que o fluido flua de forma ineficiente, criando turbulência.
• Obstruções no caminho do fluxo: Qualquer coisa que obstrua ou interrompa o caminho do fluido pode causar turbulência. Isso inclui tubulações mal projetadas (por exemplo, curvas acentuadas logo antes da entrada de sucção de uma bomba), válvulas parcialmente fechadas, filtros entupidos ou objetos estranhos.
• Arrasto de ar ou cavitação: A presença de bolhas de ar em um líquido (arrastamento) ou a formação e colapso de bolhas de vapor (cavitação) cria condições altamente turbulentas e impulsivas, que geram vibração aleatória significativa.
• Projeto de poço ou entrada inadequado: Em bombas, um reservatório mal projetado pode criar vórtices que introduzem ar e turbulência na sucção da bomba.

Diagnóstico e Diferenciação

A chave para diagnosticar a turbulência é sua natureza aleatória, de banda larga e de baixa frequência. Um analista experiente geralmente consegue identificá-la observando a natureza "instável" e "pulsante" da vibração na própria máquina.

É importante diferenciar a turbulência de outros problemas de baixa frequência:

• Frouxidão mecânica: A frouxidão também cria ruído de banda larga, mas geralmente é caracterizada por um nível de ruído elevado em todo o espectro e harmônicos distintos de velocidade de execução, que estão ausentes na turbulência pura.

– Redemoinho de óleo: Este é um pico subsíncrono distinto em ~0,4-0,48X, não uma grande elevação de energia aleatória.

– Fricção: Uma fricção pode gerar uma ampla gama de frequências, mas geralmente inclui muitos harmônicos e subharmônicos de alta frequência, e a forma de onda temporal pode mostrar picos truncados ou cortados.

Como a turbulência é um problema relacionado ao processo, e não uma falha mecânica, a solução normalmente envolve a correção do problema operacional ou de projeto do sistema. Isso pode incluir o ajuste do ponto de operação da bomba ou do ventilador, a abertura de válvulas, a limpeza de filtros ou a modificação do projeto da tubulação.

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