Cosa dice una vibrazione, e cosa non dice

In breve

• Una macchina ripete se stessa a ogni giro: le firme dei difetti si leggono in multipli della rotazione (1x, 2x…).
• La tabella delle firme è un orientamento consolidato, non un verdetto né un requisito normativo.
• Senza riferimento di fase, squilibrio, disallineamento, risonanza e strisciamenti non si separano.
• Una misura continua non fa la diagnosi: si accorge che qualcosa è cambiato, e ti dice dove e quando guardare.

La macchina ripete se stessa a ogni giro

Una macchina rotante ripete se stessa giro dopo giro, difetti compresi. Per questo si ragiona in multipli della frequenza di rotazione, detti ordini. Un motore a 1.480 giri/min compie circa 24,7 rotazioni al secondo: la 1x sta intorno a 24,7 Hz, la 2x a 49,3 Hz. Se cambia la velocità, le righe legate alla rotazione si spostano insieme; quelle che restano ferme non nascono dalla rotazione, come la componente elettrica a 100 Hz di cui parliamo più avanti.

Senza segnale di giri, la 1x è una stima. Senza tachimetro o encoder la velocità va ricavata dal segnale stesso: funziona con 1x pulita e velocità quasi costante, ma resta un’inferenza. Se cade la 1x, cade il giudizio su cosa è 2x e 3x.

Le firme tipiche

Questa è la tabella appesa in mezzo mondo. Serve come orientamento, non come verdetto.

Difetto	Nel segnale	In reparto
Squilibrio	1x stabile a velocità costante	Cresce con la velocità, ronzio uniforme sul supporto
Disallineamento d’albero	1x, 2x o armoniche superiori, a volte assiale	Giunto caldo, inserti consumati, tenute che perdono
Lasco meccanico	1x e armoniche, a volte subarmoniche, valori erratici fra avviamenti	Ancoraggi lenti, spessori che ballano, rumore che cambia
Degrado cuscinetto volvente	Energia a banda larga in alta frequenza, letture instabili e in crescita	Fischio o raspa metallica, supporto che scalda
Cavitazione su pompa	Rumore di fondo che sale sopra 1-2 kHz, senza righe nette	Rumore di ghiaia in girante, portata che balla
Risonanza	Amplificazione vicino a una frequenza naturale, forti variazioni di fase	Esplode a una certa velocità, si calma sopra e sotto

Queste righe sono pratica ingegneristica consolidata, non requisiti. Una tabella simile sta in un allegato informativo della ISO 13373-1:2002, e la ISO 13373-3:2015 usa tabelle dei guasti come buona pratica fra esperti, ammettendo altri approcci.

Tre livelli da non confondere

• Lo dice la norma: la severità a banda larga con zone e baseline (serie ISO 20816) e il percorso diagnostico strutturato (ISO 13373-3 e ISO 13379-1), che chiede ampiezza e fase di 1x e 2x, più punti di misura, dati di macchina e un livello di confidenza dichiarato.
• È pratica ingegneristica: le associazioni firma-difetto nel dettaglio dei corsi, le mezze armoniche nel lasco, la cavitazione come rumore di fondo, che non compare in nessuna tabella ISO.
• È un ragionamento tuo: l’ipotesi costruita conoscendo quella macchina, quel processo, quella storia di guasti. Legittimo, purché dichiarato per quello che è.

Quanto sia scivoloso il secondo livello lo mostra un banco prova del 1999 (IMAC): disallineamenti controllati, variando giunto, entità e velocità, non hanno prodotto nessuno spettro caratteristico garantito. L’armonica dominante cambiava da prova a prova. Quindi no: 2x dominante non significa disallineamento.

Senza fase molte diagnosi non si separano

La fase è la posizione angolare della vibrazione rispetto a un riferimento che gira con l’albero: serve una tacca, un encoder o una sonda. Senza, la fase non è meno precisa: proprio non c’è.

La ISO 13373-3 la indica come strumento per distinguere disallineamento, risonanza, strisciamenti e squilibrio: le quattro cause che, senza riferimento di fase, collassano in una, perché producono tutte energia a 1x o ai suoi multipli.

La trappola elettrica. Sulla rete a 50 Hz la forza elettromagnetica genera una componente esatta a 100 Hz. Un motore a due poli a pieno carico gira fra 2.900 e 2.950 giri/min: la sua 2x meccanica cade fra 96,7 e 98,3 Hz, a pochi hertz dai 100 Hz elettrici. Senza riferimento di velocità e risoluzione sufficiente le due si confondono.

Non è un limite degli strumenti economici, è un fatto codificato: la ISO 13379-1 chiede di assegnare a ogni modo di guasto punteggi di rilevabilità e confidenza, e i punteggi bassi marcano proprio i sintomi non distinguibili da quelli di altri modi.

I cuscinetti: cosa si calcola e cosa si vede e basta

Le frequenze caratteristiche di un cuscinetto (pista esterna, pista interna, corpo volvente, gabbia) sono pura cinematica: dipendono dalla geometria e si scalano con i giri. Senza geometria e senza velocità non si calcolano. Chi dichiara un difetto di pista esterna senza quei due dati sta saltando un passaggio.

Anche calcolate non sono esatte: l’angolo di contatto cambia con il carico e i corpi volventi slittano, i valori reali si scostano di qualche punto percentuale. È questo a distinguerle dalle armoniche meccaniche: non sono multipli interi della rotazione.

Sull’inviluppo: l’analisi classica demodula una banda di risonanza in alta frequenza, spesso intorno a 8-10 kHz. Con una banda utile di pochi kilohertz si lavora su risonanze più basse, di macchina e di supporto: tecnica diversa, sensibilità diversa. Chiedi sempre su quale banda viene fatta.

Cosa resta visibile anche senza i dati del cuscinetto:

• livello e andamento nel tempo dell’energia in alta frequenza;
• gli indicatori di impulsività, come fattore di cresta e kurtosis;
• una periodicità non intera nello spettro di inviluppo, da nominare solo dopo aver inserito i dati del cuscinetto.

Cosa serve per chiudere una diagnosi

Scala di severità e diagnostica sono due mondi diversi. La ISO 20816-3 valuta la vibrazione a banda larga, senza componenti in frequenza né fase, ed esclude la valutazione di cuscinetti e ingranaggi: una zona A, B, C o D non è una diagnosi di cuscinetto.

Il punto onesto, e non è scoraggiante: una misura continua non fa la diagnosi. Si accorge che qualcosa è cambiato, quando e quanto in fretta, e ti dice dove guardare e quando conviene andarci. La diagnosi viene dopo, con:

1. più punti di misura, su ogni cuscinetto;
2. le tre direzioni: radiale orizzontale, radiale verticale, assiale;
3. un riferimento di fase e un segnale di velocità dell’albero;
4. i dati macchina: geometria dei cuscinetti, rapporti di trasmissione, numero di pale o barre rotoriche;
5. le condizioni operative del momento: una misura in transitorio non è confrontabile;
6. chi conosce quella macchina e, per la lettura fine, una competenza certificata.

E nessuna misura prevede la data di un guasto: chi te la promette sta vendendo, non misurando.