Come si legge una vibrazione, quando quel numero dice qualcosa

La grandezza giusta, e la banda giusta

Su una macchina rotante puoi misurare accelerazione, velocità o spostamento: è la stessa vibrazione raccontata in tre modi. L’accelerazione pesa le frequenze alte, lo spostamento quelle basse. La velocità sta nel mezzo: su un arco ampio di frequenze un livello costante corrisponde a una sollecitazione confrontabile. Il criterio della norma è questo: si legge sui cuscinetti, o subito accanto, e si tiene come indice di severità la più alta fra le velocità efficaci a banda larga rilevate. Che si scelga proprio la velocità è pratica ingegneristica consolidata prima che una prescrizione. Efficace, o RMS, vuol dire mediato in energia. A banda larga vuol dire che nel numero finisce tutto quello che cade dentro la banda, senza distinguere le righe dello spettro. Ne esce un valore solo: ti dice quanto vibra, non che cosa ha.

Banda larga non vuol dire tutta la banda. Il valore va calcolato fra 10 Hz e 1000 Hz. Sotto i 600 giri al minuto la banda parte da 2 Hz, altrimenti la prima armonica di rotazione resta fuori dal conto. Sotto i 120 giri al minuto la scala in velocità non si applica più. Se lo strumento integra fino a 3 kHz invece che fino a 1000 Hz, il numero in mm/s viene uguale o più alto: sommi energia che la scala non considera. Con un accelerometro su parte fissa il segnale va integrato in velocità, e la risposta dello strumento deve essere piatta almeno su quella banda.

Le quattro zone, e perché i confini non sono uguali per tutti

La norma non dà un limite unico. Dà quattro zone di valutazione, A, B, C e D, separate da tre confini. I valori dei confini cambiano con il gruppo della macchina e con il tipo di supporto. Le descrizioni qui sotto sono riformulate con parole nostre: il testo integrale è nella norma, consultabile presso UNI.

Zona A. Fascia in cui di norma si colloca una macchina appena messa in servizio.

Zona B. Compatibile con l’esercizio prolungato, senza limitazioni di impiego.

Zona C. Non adatta all’esercizio continuo prolungato: si tira avanti il tempo che serve a organizzare l’intervento.

Zona D. Livello abbastanza alto da poter danneggiare la macchina.

C’è un secondo criterio, e nel lavoro di tutti i giorni è il più utile. Un aumento oppure una diminuzione del valore a banda larga che superi il 25% del confine B/C va considerato significativo, soprattutto se improvviso, e apre un’indagine. Attenzione al riferimento: è il 25% del confine B/C, non del valore di partenza. Il 25% la norma lo dà come linea guida: su una macchina che conosci bene l’esperienza può suggerire un valore diverso.

Zona B non vuol dire “a norma”. I confini di zona non sono specifiche di accettazione, e la norma lo dice espressamente: l’accettazione di una macchina nuova è sempre oggetto di accordo fra costruttore e cliente. Non sono nemmeno i livelli di allarme e di blocco, che la norma tratta a parte. La frase corretta è “ricade in zona B secondo i criteri della ISO 20816-3”. Non esiste una certificazione ISO 20816-3: è una norma di valutazione, non uno schema di certificazione.

Due gruppi soli, e come ci si finisce dentro

Prima di guardare qualsiasi numero devi assegnare la macchina a un gruppo. I gruppi sono due. Se da qualche parte ne hai visti quattro, era l’edizione del 1998: i gruppi 3 e 4 erano le pompe, eliminati nel 2009.

Gruppo	Come si riconosce	Costruzione tipica
Gruppo 1	Oltre 300 kW nominali. Macchine elettriche con altezza d’asse H da 315 mm in su	Di norma cuscinetti a strisciamento
Gruppo 2	Oltre 15 kW e fino a 300 kW inclusi. Macchine elettriche con H da 160 a meno di 315 mm	Di norma cuscinetti volventi, oltre 600 giri/min

L’altezza d’asse H è la quota fra asse di rotazione e piano di appoggio, secondo la ISO 496 richiamata dalla norma, e su un motore normalizzato la leggi dalla designazione. Su una macchina elettrica non usare mai la sola potenza come criterio. Conta la potenza nominale della macchina rotante, non la resa termica o di processo dell’impianto. Una macchina da 50 kW di resa può avere un motore ben sotto i 15 kW, e in quel caso è fuori campo.

Supporto rigido o flessibile, non si decide a occhio

Rigido e flessibile non descrivono quanto è massiccio il basamento. Confrontano due frequenze: quella con cui la macchina scuote il proprio supporto, di norma la frequenza di rotazione, e la più bassa frequenza propria dell’insieme macchina più supporto, nella direzione in cui stai misurando. Se la seconda sta sopra la prima con un margine dell’ordine di un quarto, in quella direzione il supporto è rigido. Altrimenti flessibile.

Se la classe non si ricava da disegni e calcolo, si determina per prova. Casi tipici indicati dalla norma: motori elettrici medi e grandi, soprattutto lenti, rigidi; gruppi verticali e macchine oltre 10 MW, flessibili.

La stessa macchina, due classi diverse. Un supporto può essere rigido in verticale e flessibile in orizzontale: è comune, non un’eccezione. Ogni misura si confronta con la classe della propria direzione. Una sola colonna per tutte le direzioni porta a classificare male.

I confini di zona per il gruppo 2, le macchine medie

Confine di zona	Supporto rigido	Supporto flessibile
A / B	1,4 mm/s	2,3 mm/s
B / C	2,8 mm/s	4,5 mm/s
C / D	4,5 mm/s	7,1 mm/s

Valori efficaci, banda da 10 Hz a 1000 Hz, misura radiale su cuscinetti, supporti e alloggiamenti, assiale sui reggispinta, in regime stazionario. Per il gruppo 1 i confini sono più alti: 4,5 mm/s è il limite superiore della zona C per una macchina di gruppo 2 su supporto rigido, ed è il confine fra B e C per una di gruppo 1 nella stessa condizione. Stesso numero, giudizio opposto.

Onestà sui numeri. Qui ci sono i confini in velocità del solo gruppo 2. La tabella della norma è più ampia, comprende il gruppo 1 e i valori di spostamento, e non è riprodotta perché protetta da copyright: si consulta presso UNI. Se questi valori devono finire in un capitolato o in una soglia di allarme, riscontrali sulla copia ufficiale e verifica l’edizione.

Che cosa questa scala non copre

Il campo di applicazione è preciso: macchine industriali accoppiate, oltre 15 kW nominali, fra 120 e 30 000 giri al minuto, misurate in situ. Dentro ci sono, fra le altre, turbine a vapore e generatori fino a 40 MW, compressori rotativi dinamici e motori elettrici con giunto flessibile. Fuori resta parecchia della roba che trovi in un capannone. E c’è una cosa che questa scala non fa mai: dire che cosa si è rotto.

Le macchine che restano fuori, e dove guardare invece.

• Pompe rotodinamiche: ISO 10816-7:2009, sopra 1 kW. Uscite da questa parte della norma nel 2009.
• Compressori volumetrici rotativi, a vite per esempio, e motopompe sommerse: fuori campo. Compressori alternativi: ISO 20816-8.
• Macchine alternative, e macchine accoppiate rigidamente a una alternativa: ISO 10816-6. Turbine eoliche: ISO 10816-21.
• Turbine a gas sopra 3 MW: ISO 20816-4. Turbine a vapore e generatori sopra 40 MW a 1500, 1800, 3000 o 3600 giri/min: ISO 20816-2; ad altre velocità restano qui.
• Centrali idroelettriche e di pompaggio: ISO 20816-5.
• Ventilatori: criteri applicabili in genere solo sopra 300 kW, o se non su supporti flessibili. Per gli altri valgono l’accordo fra costruttore e cliente e la ISO 14694.

Il caso che si sbaglia più spesso: la pompa. Su un gruppo pompa più motore separato con giunto flessibile i due lati si valutano con norme diverse: i cuscinetti del motore con la ISO 20816-3, il corpo pompa con la ISO 10816-7, che ha soglie proprie. Applicare al corpo pompa i confini del gruppo 2 è tecnicamente scorretto, anche se lo fanno in tanti.

Perché il confronto con la scala sia valido

Da controllare prima di dare un giudizio.

1. Misura sul cuscinetto, sull’alloggiamento del supporto o su una parte strutturale che risponde alle forze dinamiche. Mai su carter di ventole, lamiere sottili o coperture.
2. Due direzioni radiali ortogonali per ogni supporto di cuscinetto. Il trasduttore singolo è ammesso con cautela: può non dare il massimo su quel piano. Su macchine verticali o inclinate aggiungi la posizione con la lettura più alta.
3. Macchina in regime: rotore e cuscinetti a temperatura di esercizio, velocità, tensione, carico, portata e pressione nominali. In avviamento, in arresto e nel passaggio per una risonanza questi confini non si applicano.
4. Velocità o carico variabili: misura in tutte le condizioni in cui la macchina resta a lungo, e prendi il valore più alto.
5. Confronti nel tempo: stessa posizione, stesso orientamento, condizioni equivalenti. Se sospetti vibrazione trasmessa da fuori, misura anche a macchina ferma: intervieni sull’ambiente quando quella lettura supera il minore fra il 25% del valore misurato in marcia e il 25% del confine B/C.