Prevenire i malfunzionamenti prima che si verifichino è un fattore molto importante che influisce sui costi e i tempi di sostituzione e manutenzione delle macchine o dei loro componenti. È molto più facile pianificare tali azioni, che reagire a malfunzionamenti improvvisi. Un dispositivo utile che consente misurazioni approfondite per facilitare la diagnostica e l'esame dell'usura dei componenti è costituito dal vibrometro. In questo articolo, presenteremo il funzionamento e alcuni modelli popolari.
- Vibrometro – cosa bisogna sapere?
- Cosa sono i sensori di vibrazioni (vibrometri), quali tipi sono disponibili sul mercato
- Applicazione e scelta dei vibrometri
- Vibrometri del marchio UNI-T nell'offerta della TME
- Vibrometri del marchio Fluke nell'offerta della TME
- Vibrometri del marchio Extech nell'offerta della TME
VIBROMETRO – COSA BISOGNA SAPERE?
La diagnostica delle vibrazioni, ossia l'esame delle vibrazioni, è uno dei sistemi base per la diagnostica meccanica dei macchinari. È indispensabile per valutare l'equilibratura della macchina e dei suoi singoli componenti mediante la valutazione dei cuscinetti e dell'allineamento in primo luogo. Inoltre, consente di rilevare qualsiasi cambiamento nello stato delle fondamenta della macchina. Le vibrazioni meccaniche sono movimenti oscillanti molto veloci di un particolare sistema meccanico intorno all'asse del suo equilibrio, e sono causati dall'inerzia dei singoli elementi (movimento alternativo) o dallo sbilanciamento (assenza di allineamento) delle parti rotanti. La misurazione delle vibrazioni viene solitamente eseguita nel luogo di installazione della macchina e utilizzando vari tipi di strumenti di misura e sensori. Studi dettagliati mostrano spostamenti, velocità e accelerazioni delle vibrazioni, mentre l'analisi della frequenza delle vibrazioni consente di distribuire il segnale in componenti. Questi dati, in combinazione con i parametri di movimento e la struttura della macchina, consentono agli ispettori di assegnare alle singole componenti dello spettro gli elementi specifici della macchina o consentono di determinarne gli stati in un momento specifico.
Le informazioni diagnostiche descritte in precedenza vengono ottenute attraverso l'utilizzo delle più recenti generazioni di vibrometri che costituiscono una parte importante della gamma dell'offerta della TME. La diversità in questo gruppo di strumenti di misura è grande, e i dispositivi stessi sono tanto interessanti da essere presentati e descritti in modo accurato.
COSA SONO I SENSORI DI VIBRAZIONI (VIBROMETRI), QUALI TIPI SONO DISPONIBILI SUL MERCATO
Sensori, strumenti di misura e analizzatori di vibrazioni, comunemente chiamati vibrotometri, sono dispositivi portatili che grazie a differenti metodi di rilevamento delle vibrazioni, basati su accelerometri e tecnica laser, misurano il livello delle vibrazioni, della macchina o dei suoi componenti. Queste riflettono le condizioni tecniche e un'analisi approfondita offre la possibilità di diagnosticare guasti o l'usura di cuscinetti, determinare possibili disallineamenti o asimmetrie, rilevare eventuali giochi e oscillazioni Il monitoraggio costante o ripetuto regolarmente dei livelli di vibrazione consente inoltre di prevedere i guasti prima che questi si verifichino.
I vibrometri mobili attualmente prodotti spesso assomigliano ai tipici strumenti di misura dei parametri elettrici: presentano un alloggiamento simile e sono dotati di display LCD multi-linea simile. I vibrometri più all'avanguardia combinano le funzioni del misuratore e dell'analizzatore di vibrazioni, del tachimetro e della bilanciatrice. Grazie a questi dispositivi, l'addetto alla diagnostica può eseguire misurazioni generali delle vibrazioni, valutare le condizioni della macchina in base a norme specifiche, controllare la temperatura e la velocità di rotazione dei cuscinetti volventi, determinare la temperatura e la velocità di rotazione dell'elemento rotante, nonché bilanciare il rotore. Durante questi processi, un moderno vibrometro memorizza tutti i dati in memoria e successivamente li trasmette su un PC o un dispositivo mobile dotato di software utilizzato per l'analisi e l'archiviazione di questi ultimi.
Vibrometri basati su un accelerometro
I vibrometri più comuni presenti sul mercato appartengono ad uno dei due tipi: vibrometri basati su un accelerometro o vibrometri laser. Il primo tipo misura sia lo spostamento, che l'accelerazione, ciò consente di installare il sensore direttamente sulla macchina e registrare con elevata precisione le vibrazioni. Il sensore può essere parte integrante di questi strumento – così come può costituire un piccolo accessorio collegato allo strumento di misura mediante un connettore speciale, montato sulla macchina con un magnete, caratteristica utile negli spazi confinati. Il loro elemento chiave – l'accelerometro, o meglio il trasduttore utilizzato all'interno di questi strumenti – può essere di uno dei tre tipi diversi: piezoelettrico, piezoresistivo o capacitivo. Nei trasduttori piezoelettrici i cristalli generano una carica elettrica a seguito di un carico meccanico, nei traduttori piezoresistivi viene misurata la resistenza elettrica che varia al variare del carico meccanico, mentre nei trasduttori capacitivi vengono misurate le variazioni di capacità in funzione della posizione degli elettrodi mobili.
Vibrometri laser
I vibrometri laser sfruttano una tecnologia completamente differente. Il loro funzionamento si basa sul rilevamento e l'analisi della radiazione laser, che viene dissipata sull'elemento vibrante della macchina. In questi viene utilizzato un fenomeno ben noto, chiamato effetto Doppler: quando l'oggetto vibra, la frequenza della luce cambia e la misurazione della differenza di frequenze consente il calcolo della velocità di movimento dell'oggetto misurato, dell'ampiezza delle sue vibrazioni o dell'accelerazione.
APPLICAZIONE E SCELTA DEI VIBROMETRI
Le vibrazioni possono essere misurate con vibrometri su qualsiasi parte della macchina da diagnosticare; tuttavia le raccomandazioni delle norme pertinenti indicano prima di tutto, i luoghi più vulnerabili, come gli involucri dei cuscinetti, poiché in questi ultimi i livelli di vibrazioni e le ampiezze delle vibrazioni sono generalmente i più alti. Tuttavia è importante tenere a mente i principi base per effettuare misurazioni affidabili delle vibrazioni: eseguire le prove sempre nelle stesse condizioni, nello stesso luogo (punto) e applicare nello stesso modo lo strumento di misura delle vibrazioni. Senza il rispetto di questi requisiti è difficile confrontare i risultati delle singole misurazioni, valutare il possibile deterioramento delle condizioni della macchina rispetto ai risultati precedenti, per non parlare del rilevamento dell'andamento dei cambiamenti nei livelli di vibrazione nel tempo.
L'uso più comune dei vibrometri è quello di valutare il grado di usura del cuscinetto. Tale usura aumenta sempre a causa dei giochi radiali o assiali o a seguito di difetti all'interno della gabbia che tiene gli elementi volventi. Con il deteriorarsi delle condizioni del cuscinetto, aumenta la resistenza al movimento, l'attrito e la temperatura, ciò accelera ulteriormente il processo di degradazione del componente. Un altro utilizzo comune dei vibrometri è la diagnostica degli ingranaggi, che generando vibrazioni eccessive, segnalano la loro usura a causa dell'effetto della fatica superficiale (pitting). Ciò comporta la formazione di micro-fessure a contatto di due superfici metalliche, la perdita della forma cuneiforme e infine la perdita di particelle di materiale dalla superficie dell'ingranaggio. Il terzo uso più comune dei vibrometri è quello di rilevare lo sbilanciamento del rotore di una macchina o di un sotto-assieme. Il rotore, se non è bilanciato correttamente, tende a ruotare intorno all'asse centrale della massa, tuttavia è limitato dai cuscinetti. Questa divergenza dovuta all'azione di forze centrifughe si manifesta con vibrazioni caratteristiche, che possono eventualmente portare a danni ai cuscinetti o al rotore stesso.
Il problema del sensore di vibrazioni in primo luogo impone la scelta del vibrometro adatto al tipo di diagnostica, ad es. se è sufficiente un vibrometro tattile o se le condizioni impongono l'utilizzo di vibrometri laser senza contatto. Nel primo caso può risultare che con i vibrometri portatili standard non sia sempre possibile raggiungere tutti i punti di misurazione a causa della difficoltà di raggiungere tutti i punti della struttura della macchina; in questo caso sarà necessario puntare ad un modello dotato di sensori e sonde collegabili, facili da installare persino in luoghi difficili da raggiungere. Ulteriori problemi durante la scelta sono costituiti dalle possibilità dello strumento stesso e dalle esigenze degli addetti alla diagnostica: i modelli più semplici forniscono informazioni sulle misurazioni, tuttavia se è necessaria un'analisi più approfondita (3D), è necessario scegliere modelli più avanzati di produttori affidabili.
Scopri l'offerta di vibrometri e accessori disponibili presso la TME
VIBROMETRO DEL MARCHIO UNI-T
La gamma di vibrometri disponibili presso la TME è aperta dal vibrometro UNI-T contrassegnato con il simbolo UT312. Questo pratico strumento di misura leggero e portatile, di appena 0,25 kg di peso, è un dispositivo che consente l'esecuzione di misurazioni meccaniche dello spostamento, dell'accelerazione e della velocità lineare e visualizza i risultati su un display LCD. L'intervallo di misurazione di questo vibrometro deve essere rispettivamente: 199.9 m/s2, 199.9 m/s e 1999 µm, con una precisione di +/- 5% e una frequenza di 0.01 – 1,5 kHz. Ulteriori caratteristiche includono l'arresto delle letture del display (Auto-Hold), la segnalazione della batteria scarica (tipo 9V 6F22) e lo spegnimento automatico del strumento di misura.
VIBROMETRI DEL MARCHIO FLUKE
Il marchio Fluke, rappresentato nell'offerta della TME da tre modelli, non ha bisogno di essere presentato. Il catalogo della TME comprende due modelli gemelli compatti e portatili – il modello Fluke 805 e 805 FC – e un modello più grande, il Fluke 810, che esegue analisi più avanzate sulla base delle misurazioni effettuate. Di seguito presenteremo brevemente i singoli vibrometri Fluke nell'offerta della TME.
Il modello Fluke 805 è uno strumento di misura per tecnici addetti alla manutenzione che necessitano di eseguire misurazioni ripetibili delle vibrazioni e controllare le condizioni dei cuscinetti in base alla scala di importanza. Pesa appena 400 g, necessita di 2 batterie AA e rientra nei dispositivi abbastanza compatti per via delle sue dimensioni: 58 x 241 x 71 mm. Questo dispositivo viene utilizzato per misurare le vibrazioni meccaniche e altri parametri come ad es. lo stato e la temperatura del cuscinetto (senza contatto), e inoltre grazie alla combinazione del sensore di vibrazione e i puntali di misurazione, assicura risultati ripetibili a diversi angoli di posizionamento o forza di pressione. I quattro gradi della scala di significatività presentano i risultati in modo leggibile attraverso messaggi di testo (livello buono, soddisfacente, insoddisfacente e inaccettabile). Il sensore di vibrazioni legge un'ampia gamma di frequenze (da 10 a 1000 Hz e da 4000 a 20.000 Hz), copre la maggior parte dei tipi di macchine e l'esecuzione delle misurazioni è supportata da un'interfaccia utente intuitiva.
La procedura di misurazione stessa è ulteriormente facilitata da un LED colorato (verde, rosso) e dalle istruzioni visualizzate sullo schermo, che suggeriscono la corretta pressione necessaria per una corretta misurazione. Il modello Fluke 805 inoltre supporta un sensore esterno, utile nelle aree difficili da raggiungere. Il modello gemello 805 FC è lo stesso vibrometro, tuttavia viene fornito con la possibilità di eseguire l'abbinamento con l'applicazione Fluke Connect®, grazie alla quale il tecnico può condividere i risultati delle proprie misurazioni e approvare le azioni successive quando lavora sul campo. Questa funzione consente inoltre allo specialista di gestire le misurazioni in base alle risorse da qualsiasi luogo, utilizzando il registro storico EquipmentLogTM, nonché di connettersi in modalità wireless con altri tecnici (dotati di dispositivi con la stessa funzionalità) per presentare loro mediante videochiamata, ciò che vede in tempo reale.
Gli altri parametri chiave di questo modello sono i seguenti: intervallo di misurazione dell'accelerazione da 0,01 a 50 G, misurazione della temperatura (a infrarossi) nell'intervallo da -20 a +200°C e della temperatura di esercizio da -20 a +50°C.
La funzionalità importante è la possibilità di esportare i dati (memoria fino a 3500 misurazioni) tramite connettore USB e visualizzare le tendenze in Microsoft® Excel, utilizzando modelli integrati. La funzione "Crest Factor+" consente una valutazione abbastanza accurata della condizione del cuscinetto mediante misurazioni dirette con la punta del sensore nell'intervallo da 4000 a 20 000 Hz. Inoltre vale la pena di apprezzare l'uscita audio per l'ascolto diretto del rumore del cuscinetto e la funzione di torcia elettrica per l'illuminazione dei luoghi di misurazione in condizioni di scarsa illuminazione.
Il modello Fluke 810 è uno strumento diagnostico molto avanzato che fornisce risultati di misurazione istantanei. Grazie all'esclusiva tecnologia Fluke, questo apparecchio riconosce rapidamente i problemi meccanici e suggerisce le priorità per la loro rimozione. Infatti il modello Fluke 810 segnala i difetti nella macchina esaminata durante la prima misurazione, senza sfruttare lo storico delle misurazioni precedenti, dopo di che valuta la gravità dei difetti e fornisce raccomandazioni correttive. Questo modello è un apparecchio abbastanza compatto se considerato il suo peso (18,6 x 7 x 26,7 cm con un peso di 1,9 kg), tuttavia allo stesso tempo molto più grande del pratico vibrometro Fluke 805.
L'affidabilità della diagnostica nell'esecuzione di questo modello è migliorata dalla presenza di un tachimetro laser per misurazioni precise della velocità di funzionamento della macchina ed un accelerometro a 3 assi. La memoria interna da 2GB, espandibile e da cui i risultati possono essere trasferiti sul PC tramite Mini USB 2.0, assicura lo spazio necessario per memorizzare le misurazioni. Una funzionalità particolarmente utile è costituita dalla possibilità di condurre un test automatico dell'apparecchio, che consente un tempo di funzionamento più lungo e alte prestazioni dello strumento di misura. Il modello Fluke 810 consente l'analisi di dispositivi quali motori, ventilatori, trasmissioni a cinghia e a catena, riduttori, giunti, pompe e compressori di vario tipo, così come mandrini e macchine ad anello chiuso. I suoi parametri tecnici più importanti sono i seguenti: cambiamento automatico degli intervalli, banda utile da 2 Hz a 20 kHz (campionamento a 51 kHz), complesse funzioni di elaborazione del segnale digitale (filtro anti-aliasing, filtro passa-alto, decimazione, applicazione, windowing, trasformatore di Fourier veloce (FFT) e funzione media. Vale la pena aggiungere che l'apparecchio è alimentato mediante una batteria Li-Ion da 2,55 Ah, che assicura effettivamente un funzionamento prolungato con una singola carica. Naturalmente il modello Fluke 810, come tutti i vibrometri di questa classe, fornisce dati numerici precisi, consente di descrivere lo stato reale del componente, nonché permette di riconoscere e individuare i guasti meccanici più comuni (tipo di guasto - cuscinetto, disallineamento, asimmetria, gioco), offre una scala di 4 livelli di gravità dei guasti (come i modelli 805 / 805 FC) e presenta azioni correttive specifiche o consigli in tempo reale (utili per i nuovi utenti).
VIBROMETRO DEL MARCHIO EXTECH NELL'OFFERTA DELLA TME
I vibrometri dell'azienda Extech, di proprietà del gruppo FLIR, sono disponibili in sei modelli portatili; due dei quali – SDL 800 e SDL 800-NIST – sono prodotti gemelli, quest'ultimo è arricchito con un certificato di calibrazione del produttore NIST. Tra i restanti modelli vi è il classico EX 407860, uno dei più piccoli sul mercato, il modello VB 300 è leggermente più grande del VB 400 ed un modello di dimensioni medie VB 450.
Di particolare nota sono degni il modello EX 407860 e VB 300, il primo dei quali è un vibrometro classico con display LCD e funzione HOLD, che può essere gestito con una mano. Questo modello funziona in tre gamme, consente la misurazione dell'accelerazione (200 m/s2), della velocità (200 m/s) e dello spostamento (2 mm) grazie a un sensore di vibrazione magnetico remoto, montato su un cavo di 1 metro. L'intervallo di frequenza varia da 10 Hz a 1 kHz e la precisione di misura base è di +/- 5%. Il dispositivo consente il salvataggio dei valori Max e Min, che possono essere successivamente richiamati dalla memoria interna. Degno di nota è anche la modalità di misurazione del valore efficace o di picco e l'interfaccia di comunicazione RS-232 integrata con software di distribuzione dei dati opzionale. Il modello EX 407860 viene offerto in una valigetta assieme alla batteria, fondina per il fissaggio sulla cintura e una sonda di misura.
A differenza del modello EX 407860, il modello in miniatura VB 300 essenzialmente non è solo un vibrometro, ma piuttosto un accelerometro a 3 assi con data logger, dotato di un'interfaccia USB per il trasferimento dei dati. Un utente non addestrato potrebbe scambiarlo per una chiavetta USB, ma naturalmente si tratta di un dispositivo completamente diverso.
Questo registratore di vibrazioni, forse il più piccolo tra quelli disponibili sul mercato, analizza le vibrazioni nel campo della frequenza FTT, consente il salvataggio di oltre 100 mila campioni per asse (a scelta asse X, Y, Z o qualsiasi loro combinazione) o di oltre 150 mila campioni normali , offre un tempo di campionamento regolabile (50 ms -24 h) e modalità di attivazione programmabile o manuale. Il kit offerto dalla TME include un accelerometro, una piccola batteria Li-Ion e un software per l'analisi dei dati compatibile con l'ambiente Windows®.
