Comprensione dell'accelerazione nell'analisi delle vibrazioni

Definizione: Che cos'è l'accelerazione delle vibrazioni?

Accelerazione è la velocità di variazione della velocità di un oggetto rispetto al tempo. Nel contesto dell'analisi delle vibrazioni, è una misura fondamentale che quantifica la rapidità con cui cambia la velocità di un componente vibrante. Mentre lo spostamento misura la distanza percorsa da un componente e la velocità misura la sua velocità, l'accelerazione si concentra sulle forze che agiscono sul componente, rendendola particolarmente sensibile a eventi ad alta frequenza come impatti e bruschi cambiamenti di moto.

Perché è importante misurare l'accelerazione?

La misurazione dell'accelerazione è fondamentale per un programma completo di monitoraggio delle condizioni, perché è eccellente nel rilevare specifiche tipologie di guasti alle macchine che altre misurazioni potrebbero non rilevare. La sua importanza deriva da diversi fattori chiave:

• Rilevamento guasti ad alta frequenza: L'accelerazione è intrinsecamente più sensibile alle vibrazioni ad alta frequenza. Questo la rende il parametro ideale per rilevare guasti precoci nei cuscinetti volventi, problemi di accoppiamento degli ingranaggi e frequenze di passaggio delle pale, poiché questi fenomeni generano tipicamente vibrazioni ad alta frequenza.
• Rapporto diretto con la forza: Secondo la seconda legge di Newton (Forza = Massa × Accelerazione), l'accelerazione è direttamente proporzionale alle forze dinamiche che agiscono all'interno di una macchina. La misurazione dell'accelerazione fornisce una visione diretta delle forze che causano stress e fatica sui componenti.
• Ampia gamma dinamica: Gli accelerometri, i sensori utilizzati per misurare l'accelerazione, possono coprire un intervallo molto ampio di frequenze e ampiezze, il che li rende versatili per il monitoraggio di vari tipi di macchinari.

Unità e misura

Unità comuni

L'accelerazione delle vibrazioni è solitamente espressa in una delle due unità:

• G: Unità di misura adimensionale che rappresenta l'accelerazione di gravità terrestre. 1 g equivale a circa 9,81 m/s². L'uso di "g" è comune in quanto fornisce una misura standardizzata e facilmente identificabile dell'intensità delle vibrazioni.
• m/s² (o mm/s²): L'unità di misura standard del SI per l'accelerazione (metri al secondo quadrato).

Come si misura?

L'accelerazione viene misurata quasi esclusivamente utilizzando un accelerometroSi tratta di un trasduttore che converte la forza meccanica di una vibrazione in un segnale elettrico proporzionale. Gli accelerometri piezoelettrici sono il tipo più comunemente utilizzato nel monitoraggio delle condizioni industriali grazie alla loro robustezza, precisione e ampia risposta in frequenza.

Applicazioni pratiche nella diagnostica

Nella diagnostica, i dati di accelerazione vengono utilizzati per identificare problemi specifici:

• Difetti dei cuscinetti: Gli impatti generati da difetti microscopici su piste, rulli o sfere dei cuscinetti creano piccoli picchi ad alta frequenza. Le misurazioni dell'accelerazione, soprattutto se combinate con tecniche come Analisi dell'involucro, rappresentano il metodo principale per rilevare questi guasti nelle loro fasi iniziali.
• Analisi del cambio: Le vibrazioni ad alta frequenza derivanti dall'accoppiamento dei denti degli ingranaggi, nonché gli impatti causati da denti rotti o incrinati, sono chiaramente visibili nello spettro di accelerazione.
• Macchinari ad alta velocità: Per apparecchiature come turbine e compressori ad alta velocità, l'accelerazione è spesso la misurazione complessiva delle vibrazioni preferita, perché le frequenze dominanti rientrano in un intervallo in cui è il parametro più sensibile.

Relazione con velocità e spostamento

Spostamento, velocità e accelerazione sono matematicamente correlati tramite integrazione e derivata. Per una semplice vibrazione sinusoidale:

• La velocità è l'integrale dell'accelerazione.
• Lo spostamento è l'integrale della velocità.

Ciò significa che, a parità di energia vibrazionale, le ampiezze di accelerazione saranno naturalmente maggiori alle alte frequenze, mentre le ampiezze di spostamento saranno maggiori alle basse frequenze. Per questo motivo, gli analisti scelgono il parametro di misura più adatto all'intervallo di frequenza della faglia prevista.

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