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Il monitoraggio degli impianti

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Ogni impianto presenta delle variazioni nel tempo di certe grandezze fisiche che, se monitorate con metodo, possono fungere da indicatori di malfunzionamenti. Una corretta attività di manutenzione, oggi, scaturisce da un compromesso: da un lato, è necessario prevenire rotture improvvise di componenti e attrezzature, che potrebbero causare un fermo impianto indesiderato, dall’altro, è necessario, per ovvi motivi economici, sfruttare il più possibile la durata di vita attesa dei componenti stessi.

TP_2011_06Oggi, tuttavia, trovare la soluzione ottimale fra queste due esigenze è possibile, poiché il mercato mette a disposizione un gran numero di strumenti, capaci di captare i “sintomi” dell’imminente cedimento di un componente, permettendo così di intervenire in modo programmato per la sua sostituzione.

Un impianto, infatti, manda dei veri e propri segnali, quali rumori, vibrazioni, sviluppo eccessivo di calore, assorbimenti di potenza anomali, alterazioni di velocità e numeri di giri e così via, che, se adeguatamente letti e interpretati, possono fornire un quadro delle condizioni generali di operatività dell’impianto. Informazioni molto utili, insomma, per pianificare le attività di manutenzione e mantenere nel tempo le prestazioni, la produttività e quindi la redditività dell’impianto.

Saper ascoltare

Fra i principali sintomi che rivelano il funzionamento di un sistema meccanico c’è, sicuramente, il rumore. Un cuscinetto in avaria, una bronzina esausta, così come un problema di lubrificazione, o anche un eccessivo sforzo su un organo rotante, solo per are alcuni esempi, danno luogo alla generazione di vibrazioni, anche nello spettro percepibile dall’orecchio umano. Saper “ascoltare” una macchina è un buon modo per prevenire cedimenti e rotture. Per fare questo, sono disponibili i fonoendoscopi. Questi strumenti sono oggi di tipo elettronico e digitalizzati e sono ingrado di isolare il rumore indagato da quello di fondo dell’ambiente circostante. Algoritmi specifici permettono poi un’analisi delle onde sonore, con strumenti quali l’analisi di Fourier, per capire, mediante la descrizione della funzione d’onda sonora, la tipologia e l’origine della sorgente e quindi prevedere il tipo di guasto correlato. Nel campo delle vibrazioni esistono poi i vibrometri, in grado di fornire dati sulle vibrazioni misurate, comprese velocità e accelerazione della vibrazione e ogni altro dato utile per definire il tipo e la sorgente della vibrazione.

Misurare la velocità

Oltre alle vibrazioni e al rumore, un sistema meccanico ha molti altri parametri che possono essere indagati. Per esempio i numeri di giri al minuto di un organo rotante, che può essere determinato con uno stroboscopio. Lo stroboscopio eroga brevissimi lampi di luce a forte intensità e frequenza, osservando l’oggetto in rotazione e determinandone così la velocità di rotazione. Sempre per la misura della velocità, sia di rotazione sia istantanea, sono utilizzabili anche i tachimetri, sempre più di tipo digitale.

Arrivare ovunque

A volte, per l’ispezione di una macchina, è necessario riuscire a vedere anche dove non è possibile arrivare fisicamente, a meno di non procedere allo smontaggio della macchina stessa. Nel quadro delle attività di manutenzione può essere necessario, inoltre, ispezioanare tubature e condotti, per individuare la presenza di sporcizia, impurità o occlusioni che potrebbero pregiudicare il funzionamento dell’impianto. Per queste situazioni, esistono gli endoscopi, strumenti che, grazie all’uso delle fibre ottiche, possono arrivare, con un tubo flessibile, in punti altrimenti irraggiungibili e fornire all’operatore una visione, mediante immagini, della situazione.

In campo elettrico

Molte volte, un potenziale problema a un impianto industriale può essere rilevato mediante misurazioni sulla parte elettrica: wattmetri, per misurare la potenza, amperometri, per la misura dell’intensità di corrente, voltmetri per la tensione e ohmetri per la misura della resistenza possono dare una diagnosi precisa su correnti di spunto eccessive, assorbimenti di potenza anomali, per esempio da parte di una pompa, rischi di corto circuito e così via. Oggi, tutti questi strumenti sono di tipo digitale e possono essere usati con facilità e in ogni ambiente a bordo macchina.

Quando i macchinari “hanno la febbre”

Se in un macchinario si sviluppa eccessivo attrito, o ci sono dissipazioni di potenza indesiderate, o ancora ci sono problemi di tipo elettrico, viene generato calore. Per esempio, un cuscienetto difettoso tende a creare più attrito, surriscaldando la zona circostante; oppure, per fare un altro esempio, se in un motore elettrico le correnti di spunto o anche di stazionario sono eccessive, si avrà la generazione di calore per effetto Joule. In ogni situazione dove la presenza di calore è indice di un malfunzionamento, la soluzione per l’indagine è una camera termografica. Questi strumenti realizzano immagini a raggi infrarossi dell’impianto e, con un software specifico, possomo creare delle vere e proprie “mappe termiche” dell’impianto e permettere così ai tecnici di localizzare le aree di maggior surriscaldamento, risalendo così alla causa di esso. Le camere termografiche sono molto utilizzate nel monitoraggio delle prestazioni di quadri e motori elettrici. Un’altra soluzione, per il rilevamento delle temperature, è rappresentata dai termometri, a contatto o a raggi infrarossi. Anche con i termometri è possibile localizzare i punti dove la macchina è più calda e trarre da queste informazioni le opportune decisione in materia di manutenzione e anche di sicurezza. Anche un’altra variabile di stato, la pressione, può essere misurata facilmente mediante manometri digitali, per rilevare eventuali malfunzionamenti in sistemi idraulici e penumatici. Una variazione anomala di pressione può essere sintomo di varie problematiche, quali il cedimento di guarnizioni, la presenza di fluido in moto turbolento, a causa di “gomiti” o occlusioni nelle condutture e così via.

I vantaggi del digitale

Oggi, gli strumenti di misura sono in gran parte digitali, o digitalizzati. In altri termini, la misura rilevata non è più riportata su un quadrante a lancetta, di tipo analogico, mediante sistemi meccanici di precisione, ma, con un trasduttore elettronico, la misura viene digitalizzata e riportata, in bit, su un display digitale. Questo ha fatto sì che molti strumenti di misura possono essere dotati di porte seriali, la più comune in questo settore è la RS232, per poter riversare i dati direttamente su un PC, dove un software, fornito dallo stesso costruttore dello strumento, può effettuare l’analisi dei dati e dei segnali.

La manutenzione degli strumenti

In genere, i costruttori degli strumenti corredano i loro prodotti con dei certificati di taratura. Ma anche gli strumenti di misura, necessari, come abbiamo visto, per un corretto monitoraggio di un impianto, necessitano di cura e attenzione, per poter mantenere le loro caratteristiche di precisione e di affidabilità. Gli strumenti di misura digitali sono per questo equipaggiati, mediante il software che li regola, di cicli specifici di taratura, in modo da potere, su comando dell’operatore e a intervalli periodici, recuperare pienamente le loro prestazioni.

UNI – Norme sul Condition Monitoring

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UNI ISO 10816-1; 28 mar. 2007 – Vibrazioni meccaniche – Valutazione delle vibrazioni delle macchine mediante misurazioni sulle parti non rotanti – Parte 1: Linee guida generali
La norma stabilisce condizioni generali e procedimenti per la misurazione e la valutazione delle vibrazioni di vari tipi di macchine quando le misurazioni delle vibrazioni sono eseguite su alberi rotanti

UNI ISO 10816-3; 28 mar. 2007 – Vibrazioni meccaniche – Valutazione delle vibrazioni delle macchine mediante misurazioni sulle parti non rotanti – Parte 3: Macchine industriali con potenza nominale maggiore di 15 kW e velocità di rotazione nominale compresa tra 120 giri/min e 15 000 giri/min, quando misurate in opera.
La norma fornisce i criteri per la misurazione delle vibrazioni a gruppi macchina con potenza maggiore di 15 kW e velocità operativa tra 120 giri/min e 15 000 giri/min. I gruppi macchina trattati nella norma comprendono: turbine a vapore con potenza fino a 50 MW; turbo-gruppi a vapore con potenza maggiore di 50 MW e velocità minori di 1 500 giri/min o maggiori di 3 600 giri/min (non inclusi nella ISO 10816-2);-compressori rotativi; turbine a gas industriali con potenza fino a 3 MW;-pompe centrifughe; generatori, tranne quelli usati negli impianti idroelettrici e di pompaggio; motori elettrici di qualsiasi tipo; soffianti o ventilatori

UNI ISO 10816-5; 28 mar. 2007 – Vibrazioni meccaniche – Valutazione delle vibrazioni delle macchine mediante misurazioni sulle parti non rotanti – Parte 5: Gruppi macchina in centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio
La norma fornisce i criteri per la misurazione delle vibrazioni a gruppi macchina in centrali idroelettriche di generazione e di pompaggio

UNI ISO 10816-6; 28 mar. 2007 – Vibrazioni meccaniche – Valutazione delle vibrazioni delle macchine mediante misurazioni sulle parti non rotanti – Parte 6: Macchine alternative con potenza maggiore di 100 kW.
La norma fornisce i criteri per la misurazione delle vibrazioni a macchine alternative con potenza maggiore di 100 kW

UNI ISO 13373-1; 28 giu. 2006 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Monitoraggio dello stato vibrazionale – Parte 1: Procedure generali
La norma fornisce linee guida generali per le attività di misurazione e di raccolta di dati sulle vibrazioni di macchine, ai fini del monitoraggio del loro stato. Essa è indirizzata a promuovere la coerenza di procedure e di prassi di misurazione che di solito si focalizzano su macchine rotanti. Data la diversità tra gli approcci al monitoraggio delle condizioni, in altre parti della UNI ISO 13373 si farà riferimento a raccomandazioni specifiche a un particolare tipo di programma di monitoraggio. Lo stato vibrazionale di una macchina può essere monitorato mediante misurazioni delle vibrazioni su un cuscinetto o su una struttura di supporto e/o mediante misurazioni delle vibrazioni di elementi rotanti della macchina. Le misurazioni possono essere continue o discontinue e nella norma si fornisce una guida per entrambe le modalità di misurazione

UNI ISO 13373-2; 28 giu. 2006 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Monitoraggio dello stato di vibrazione – Parte 2: Elaborazione, analisi e presentazione
La norma propone procedimenti per l’elaborazione e la presentazione di dati sulle vibrazioni e per l’analisi delle “signatures” della vibrazione, allo scopo di monitorare lo stato vibrazionale di macchine rotanti e, se pertinente, di eseguirne una diagnostica. Essa descrive tecniche diverse per applicazioni diverse, ivi compresi le tecniche di amplificazione del segnale e i metodi di analisi usati nell’indagine di particolari fenomeni dinamici della macchina. La norma fa essenzialmente ricorso, nell’analisi dei segnali di vibrazione, di due approcci di base: il dominio del tempo e il dominio della frequenza. Essa comprende soltanto le tecniche più comunemente impiegate nel monitoraggio, nell’analisi e nella diagnostica dello stato vibrazionale di macchine.

UNI ISO 13374-2:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Elaborazione dei dati, comunicazione e presentazione – Parte 2: Elaborazione dati

UNI ISO 13379:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Linee guida generali sulle tecniche d’interpretazione dei dati e per la diagnosi

UNI ISO 13380:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Linee guida generali sull’uso dei parametri prestazionali

UNI ISO 13381-1:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Prognostica – Parte 1: Linee guida generali

UNI ISO 13436-1:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Requisiti per il training e la certificazione del personale – Parte 1: Requisiti per gli Enti di certificazione ed il processo di certificazione

UNI ISO 13436-2:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Requisiti per il training e la certificazione del personale – Parte 2: Monitoraggio e diagnostica delle vibrazioni

UNI ISO 13436-3:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Requisiti per il training e la certificazione del personale – Parte 3: Requisiti per gli Enti di formazione e per il processo di formazione

UNI ISO 13436-4:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Requisiti per il training e la certificazione del personale – Parte 4: Analisi in campo della lubrificazione

UNI ISO 13436-6:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Requisiti per il training e la certificazione del personale – Parte 6: Emissioni acustiche

UNI ISO 13436-7:2010 – Monitoraggio e diagnostica dello stato delle macchine – Requisiti per il training e la certificazione del personale – Parte 7: Termografia

UNI ISO 7919-1:2010 – Vibrazioni meccaniche di macchine non alternative – Misurazioni su alberi rotanti e criteri di valutazione – Parte 1: Linee guida generali
La norma descrive delle linee guida generali per la misura e la valutazione delle vibrazioni di vari tipi di macchine quando le misurazioni delle vibrazioni sono eseguite su alberi rotanti.

UNI ISO 7919-2:2010 – Vibrazioni meccaniche – Valutazione delle vibrazioni di macchine mediante misurazione su alberi rotanti – Parte 2: Turbine a vapore e generatori per installazione terrestre con potenza maggiore di 50 MW e velocità di rotazione nominali di 1 500 giri/min, 1 800 giri/min, 3 000 giri/min e 3 600 giri/min
La norma fornisce delle linee guida per applicare i criteri di valutazione per alberi vibranti misurata nella direzione radiale in corrispondenza o vicino ai cuscinetti di turbine a vapore e generatori.

UNI ISO 7919-3:2010 – Vibrazioni meccaniche di macchine non alternative – Misurazioni su alberi rotanti e criteri di valutazione – Parte 3: Macchine industriali accoppiate
La norma fornisce delle linee guida per applicare i criteri di valutazione per alberi vibranti in condizioni di funzionamento normali, misurata in corrispondenza o vicino ai cuscinetti di macchine industriali accoppiate.

UNI ISO 7919-4:2010 – Vibrazioni meccaniche di macchine non alternative – Misurazioni su alberi rotanti e criteri di valutazione – Parte 4: Gruppi turbine a gas
La norma fornisce delle linee guida per applicare i criteri di valutazione per alberi vibranti in condizioni di funzionamento normali, misurata in corrispondenza o vicino ai gruppi di turbine a gas.

UNI ISO 7919-5:2010 – Vibrazioni meccaniche – Valutazione delle vibrazioni di macchine mediante misurazione su alberi rotanti – Parte 5: Gruppi in centrali idroelettriche di generazione e pompaggio
La norma fornisce delle linee guida per applicare i criteri di valutazione per alberi vibranti in condizioni di funzionamento normali, misurata in corrispondenza o vicino alle macchine o ai gruppi in centrali idroelettriche di generazione e pompaggio.

UNI ISO 19499:2011 – Vibrazioni meccaniche – bilanciamento – guida all’uso e all’applicazione delle norme sul bilanciamento