ISO 2041: Monitoraggio delle vibrazioni meccaniche, degli urti e delle condizioni – Vocabolario

Riepilogo

La norma ISO 2041 è il vocabolario standard principale per l'intero campo del monitoraggio di vibrazioni, urti e condizioni. Il suo ambito di applicazione è molto più ampio rispetto a standard come la ISO 1940-2, che si concentra esclusivamente sul bilanciamento. La norma ISO 2041 funge da dizionario completo, fornendo definizioni precise per migliaia di termini utilizzati in tutte le discipline correlate, tra cui misurazione, analisi, collaudo e diagnostica. Il suo scopo è stabilire un linguaggio comune e univoco per garantire una comunicazione chiara tra i professionisti di questi settori interconnessi.

Indice (struttura concettuale)

Lo standard è strutturato come un ampio glossario, con termini raggruppati in diverse sezioni tematiche per facilitare l'individuazione e la comprensione dei concetti correlati. Le sezioni principali includono:

1. 1. Concetti fondamentali:

   Questa sezione getta le basi per l'intero campo definendone i concetti fisici più basilari. Definisce formalmente Vibrazioni come la variazione nel tempo della grandezza di una quantità che descrive il moto o la posizione di un sistema meccanico, quando la grandezza è alternativamente maggiore e minore di un valore medio. Si distingue da Shock, che è un evento transitorio, e Oscillazione, il termine generale per qualsiasi quantità che varia in questo modo. Definisce anche le proprietà fisiche fondamentali che governano il comportamento vibrazionale di qualsiasi sistema: Massa (inerzia), la proprietà che resiste all'accelerazione; Rigidità (molla), la proprietà che resiste alla deformazione; e Smorzamento, la proprietà che dissipa energia dal sistema, causando il decadimento delle oscillazioni. Il concetto di Gradi di libertà viene inoltre introdotto il concetto di coordinate indipendenti, che definisce il numero di coordinate indipendenti necessarie per descrivere il movimento del sistema.

2. 2. Parametri di vibrazione e urto:

   Questo capitolo definisce le grandezze essenziali utilizzate per misurare e descrivere il moto vibrazionale. Fornisce definizioni formali per le caratteristiche chiave di un'oscillazione. Frequenza è definito come il numero di cicli di un moto periodico che si verificano in un'unità di tempo (misurata in Hertz, Hz). Ampiezza è il valore massimo della grandezza oscillante. La norma chiarisce poi i tre parametri primari del moto: Spostamento (quanto si muove qualcosa), Velocità (quanto velocemente si muove), e Accelerazione (la velocità di variazione della velocità, che è correlata alle forze che agiscono sul sistema). Questa sezione definisce anche con precisione i diversi modi in cui l'ampiezza di un segnale viene quantificata: Da picco a picco (l'escursione totale dal valore massimo positivo al valore massimo negativo), Picco (il valore massimo da zero), e RMS (valore quadratico medio), che è la metrica più comune per la vibrazione complessiva in quanto è correlata al contenuto energetico del segnale.

3. 3. Strumentazione e misurazione:

   Questa sezione si concentra sulla terminologia delle apparecchiature utilizzate per catturare i segnali di vibrazione. Definisce un Trasduttore (o sensore) come un dispositivo progettato per convertire una grandezza meccanica (vibrazione) in un segnale elettrico. Definisce quindi i tipi più comuni di trasduttori utilizzati nel monitoraggio dei macchinari: Accelerometro, che è un sensore di contatto che misura l'accelerazione ed è il tipo di sensore più versatile e comune; e il Sonda di prossimità (o sonda a correnti parassite), un sensore senza contatto che misura lo spostamento relativo tra la sonda e un bersaglio conduttivo, in genere un albero rotante. La sezione definisce anche la strumentazione associata, come amplificatori di segnale, filtri e hardware e software di acquisizione dati (analizzatori) utilizzato per elaborare e visualizzare i segnali.

4. 4. Elaborazione e analisi del segnale:

   Questo capitolo definisce il vocabolario delle tecniche matematiche utilizzate per trasformare i dati grezzi delle vibrazioni in informazioni diagnostiche. Definisce i due domini principali di analisi: Forma d'onda del tempo, che è un grafico dell'ampiezza in funzione del tempo, e il Spettro (o grafico del dominio della frequenza), che mostra l'ampiezza in funzione della frequenza. Lo standard definisce Analisi spettrale come il processo di scomposizione di un segnale temporale nelle sue frequenze costituenti. L'algoritmo matematico utilizzato per farlo è il FFT (Trasformata di Fourier veloce)Questa sezione definisce anche le caratteristiche spettrali chiave come Armoniche (multipli interi di una frequenza fondamentale) e Bande laterali (frequenze che appaiono attorno a una frequenza centrale). Inoltre, definisce concetti critici per l'elaborazione del segnale digitale, come Aliasing (una forma di distorsione che si verifica se la frequenza di campionamento è troppo bassa) e Finestratura (l'applicazione di una funzione matematica per ridurre un errore noto come perdita spettrale).

5. 5. Caratteristiche dei sistemi (analisi modale):

   Questa sezione definisce la terminologia utilizzata per descrivere le proprietà dinamiche intrinseche di una struttura meccanica. Definisce Frequenza naturale come frequenza alla quale un sistema vibra se disturbato dalla sua posizione di equilibrio e quindi lasciato muoversi liberamente. Quando una frequenza di forzatura esterna coincide con una frequenza naturale, il fenomeno di Risonanza si verifica, che è definita come una condizione di massima ampiezza di vibrazione. Questa sezione definisce anche i termini utilizzati nell'analisi modale sperimentale, come Forma modale (il modello caratteristico di deflessione di una struttura ad una frequenza naturale specifica) e il Funzione di risposta in frequenza (FRF), che è una misura che caratterizza la relazione input-output di un sistema e viene utilizzata per identificare le sue frequenze naturali e le proprietà di smorzamento.

6. 6. Monitoraggio delle condizioni e diagnostica:

   Questo capitolo finale definisce i termini relativi all'applicazione pratica dell'analisi delle vibrazioni per la manutenzione dei macchinari. Definisce Monitoraggio delle condizioni come il processo di monitoraggio di un parametro di condizione di un macchinario (in questo caso, la vibrazione) al fine di identificare un cambiamento significativo che sia indicativo di un guasto in via di sviluppo. Sulla base di ciò, Diagnostica è definito come il processo di utilizzo dei dati monitorati per identificare il guasto specifico, la sua posizione e la sua gravità. Lo standard introduce anche il concetto più avanzato di Prognosi, che è il processo di previsione delle condizioni future della macchina e della sua vita utile residua. Fornisce inoltre definizioni per indicatori diagnostici chiave calcolati dal segnale di vibrazione, come Fattore di cresta e Curtosi, che sono parametri statistici utilizzati per rilevare guasti iniziali ai cuscinetti e agli ingranaggi.

Importanza fondamentale

• Comunicazione interdisciplinare: Fornisce un linguaggio comune che consente a ingegneri meccanici, specialisti dell'affidabilità, tecnici e accademici di comunicare in modo efficace.
• Documento di supporto: È il riferimento principale per la terminologia utilizzata in quasi tutte le altre norme ISO relative al monitoraggio delle vibrazioni e delle condizioni. Quando un'altra norma utilizza un termine come "gravità delle vibrazioni", questo viene formalmente definito nella ISO 2041.
• Fondazione educativa: Per chiunque apprende il campo dell'analisi delle vibrazioni, questa norma rappresenta la fonte autorevole per la terminologia e le definizioni corrette.

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