Curtosi nell'analisi delle vibrazioni per il rilevamento dei guasti

Definizione: Che cos'è la curtosi?

Curtosi è un parametro statistico che descrive la forma di una distribuzione di probabilità. Nell'analisi delle vibrazioni, viene applicato al segnale di forma d'onda temporale per misurarne la "piccità" o "impulsività". Un segnale con curtosi elevata è caratterizzato da picchi o impatti netti e distinti, mentre un segnale con curtosi bassa è più piatto o più arrotondato. Fornisce un singolo valore numerico che può indicare un cambiamento nel carattere di base del segnale di vibrazione, anche se l'energia complessiva (valore RMS) non è cambiata in modo significativo.

Il valore diagnostico della curtosi

Il valore primario della curtosi nel monitoraggio delle condizioni è la sua elevata sensibilità a guasti impulsivi in fase inizialeMolti difetti meccanici hanno origine da microscopiche crepe o scheggiature. Quando questi difetti in via di sviluppo entrano in contatto, generano impatti di breve durata e ad alta frequenza. Questi impatti causano picchi netti nella forma d'onda temporale della vibrazione, che aumentano drasticamente il valore di curtosi molto prima che il difetto sia diventato abbastanza grande da influenzare il livello RMS complessivo di vibrazione della macchina.

La curtosi è quindi un ottimo strumento per:

• Rilevamento precoce dei guasti dei cuscinetti: È uno dei metodi più efficaci per rilevare i primissimi segni di scheggiatura su una pista di cuscinetto o su un elemento volvente.
• Rilevamento guasti denti ingranaggi: Un dente di ingranaggio rotto o incrinato produrrà un impatto evidente una volta per giro, facilmente rilevabile dall'aumento del valore di curtosi.
• Rilevamento di sfregamenti o impatti intermittenti: Questa misurazione può evidenziare qualsiasi evento non uniforme e impattante all'interno di una macchina.

Interpretazione dei valori di curtosi

La curtosi è un valore normalizzato. Per una distribuzione gaussiana perfetta (normale), tipica della vibrazione di fondo casuale in una macchina in buone condizioni, il valore di curtosi è **3,0**. Le deviazioni da questo valore sono significative dal punto di vista diagnostico:

• Curtosi ≈ 3.0: Indica che la vibrazione è casuale e gaussiana, il che suggerisce un funzionamento normale e sano.
• Curtosi > 3.0: Indica che il segnale sta diventando più "piccoso" o impulsivo del normale. Un valore di curtosi in aumento è un chiaro segnale di allarme per lo sviluppo di impatti. Valori pari a 5, 10 o anche superiori sono comuni in presenza di difetti significativi nei cuscinetti o negli ingranaggi.
• Curtosi < 3.0: Indica che il segnale è più piatto rispetto a una distribuzione normale. Questo può verificarsi a volte con determinati tipi di sfregamento o quando il segnale è dominato da una vibrazione sinusoidale molto pulita.

Il ciclo di vita della curtosi di un guasto del cuscinetto

Quando si monitora un difetto di un cuscinetto dall'inizio alla rottura, il valore della curtosi segue spesso uno schema prevedibile:

1. Fase sana: La curtosi è stabile e prossima a 3,0.
2. Fase iniziale della faglia: Si forma un difetto microscopico. Vengono generati impatti netti e distinti, che causano un aumento significativo della curtosi (ad esempio, fino a 5,0 o superiore). La vibrazione RMS complessiva potrebbe essere ancora bassa. Questo è il momento ideale per rilevare il guasto.
3. Fase di faglia sviluppata: Man mano che il difetto aumenta di dimensioni e si diffonde, l'impatto diventa più frequente e meno distinto. Il segnale inizia ad assomigliare di nuovo a rumore casuale, sebbene a un livello energetico molto più elevato. Di conseguenza, il valore di curtosi potrebbe *diminuire* e tornare verso 3,0, mentre il livello di vibrazione RMS inizia ora ad aumentare drasticamente.
4. Fase avanzata/di fallimento: Il cuscinetto è gravemente danneggiato e la vibrazione è elevata e spesso casuale. La curtosi rimane vicina a 3,0, ma il valore RMS è ora in allarme.

Questo ciclo di vita evidenzia perché la curtosi è così preziosa. Il "punto ottimale" per il rilevamento si trova nelle fasi iniziali, quando la curtosi aumenta. Affidarsi solo al RMS significherebbe che il guasto non viene rilevato finché non è già diventato significativo.

Limitazioni

Sebbene sia potente, la curtosi dovrebbe essere utilizzata insieme ad altre tecniche come l'analisi dello spettro e della forma d'onda. Può essere sensibile a shock casuali non correlati alle macchine, quindi è meglio utilizzarla come parametro di tendenza. Un aumento costante della curtosi nel tempo è un indicatore molto più affidabile di una singola lettura elevata.

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