Che cos'è la norma ISO 20816-1?

ISO 20816-1:2016 (titolo completo: "Vibrazioni meccaniche — Misurazione e valutazione delle vibrazioni delle macchine — Parte 1: Linee guida generali") è l'attuale norma internazionale che fornisce il quadro di riferimento per la misurazione e la valutazione delle vibrazioni delle macchine. È stata pubblicata nel 2016 e sostituisce due precedenti norme fondamentali in uso dagli anni '90.

Il cambiamento più significativo è il unificazione di due filosofie di misurazione precedentemente separate in un unico documento coeso:

• Norma ISO 10816-1 — vibrazione coperta misurata su parti non rotanti (alloggiamenti dei cuscinetti, carcasse delle macchine) utilizzando sensori sismici (accelerometri).
• ISO 7919-1 — vibrazione coperta misurata su alberi rotanti utilizzando sonde di prossimità senza contatto.

La norma ISO 20816-1 combina entrambi gli approcci in un unico quadro, riconoscendo che una valutazione completa della macchina spesso richiede entrambi i tipi di misurazione. Una macchina potrebbe presentare vibrazioni accettabili sulla carcassa ma movimenti pericolosi sull'albero (indicando un problema di dinamica del rotore), o viceversa (indicando un problema strutturale/di fondazione). Solo valutando entrambi è possibile ottenere un quadro completo.

Cosa copre lo standard

1. Ambito e tipi di misurazione — definisce le metodologie di misurazione delle vibrazioni sia dell'involucro che dell'albero
2. Requisiti di strumentazione — tipi di sensori, intervalli di frequenza, calibrazione, standard di montaggio
3. Criteri di valutazione — l'approccio a due criteri (limiti assoluti + variazione rispetto alla baseline)
4. Zone di valutazione — il sistema di classificazione a quattro zone (A, B, C, D)
5. Valutazione e accettazione combinate — come utilizzare entrambi i tipi di misurazione insieme, test di accettazione vs. monitoraggio operativo

La serie completa ISO 20816

La norma ISO 20816 è composta da più parti. La Parte 1 fornisce il quadro generale; le altre parti forniscono limiti numerici specifici per diverse categorie di macchine.

Tipi di misurazione

La norma ISO 20816-1 unifica formalmente due approcci di misurazione fondamentalmente diversi. Comprendere la distinzione è fondamentale per una corretta applicazione.

Vibrazione dell'involucro (parti non rotanti)

• Che cosa: Vibrazioni della struttura della macchina fissa: alloggiamenti dei cuscinetti, piedistalli, telai, carcassa.
• Sensore: Trasduttori sismici — accelerometri piezoelettrici (i più comuni) o trasduttori di velocità — montati sull'alloggiamento del cuscinetto per ISO 5348.
• Parametro: Velocità RMS a banda larga In mm/s (o in/s in alcune regioni).
• Gamma di frequenza: 10–1000 Hz standard; 2–1000 Hz per macchine a bassa velocità (<120 giri/min).
• Cosa ti dice: L'energia delle vibrazioni trasmessa alla struttura della macchina riflette le forze che agiscono sui cuscinetti e la risposta strutturale. È direttamente correlata alla fatica dei cuscinetti e al rischio di danni strutturali.
• Attrezzatura: Il Balanset-1A misura la velocità RMS a banda larga nella sua modalità Vibrometro (F5), rendendolo direttamente adatto alla valutazione dell'involucro ISO 20816.

Vibrazione dell'albero (parti rotanti)

• Che cosa: Spostamento dinamico dell'albero rispetto all'alloggiamento del cuscinetto, ovvero quanto si muove effettivamente l'albero entro il gioco del cuscinetto.
• Sensore: Sonde di prossimità a correnti parassite senza contatto, solitamente installate in coppie ortogonali (XY) su ciascun cuscinetto secondo API 670.
• Parametro: Spostamento da picco a picco In micron (micrometri) o mil (1 mil = 25,4 μm).
• Gamma di frequenza: Principalmente componenti sincronizzati ad albero (1×) e sub-sincroni.
• Cosa ti dice: Il comportamento dinamico effettivo del rotore: forma dell'orbita, direzione del vortice, contatto di sfregamento. Fondamentale per rilevare curvature dell'albero, vortici d'olio, contatto della guarnizione e disallineamenti che potrebbero non essere trasmessi in modo efficiente alla carcassa.
• Attrezzatura: Sonde di prossimità installate in modo permanente (tipicamente non strumenti portatili). Utilizzate principalmente su grandi turbomacchine con cuscinetti a film fluido (a perno).

Requisiti di strumentazione

La norma specifica che l'intera catena di misura (trasduttore, cablaggio, condizionamento del segnale e analizzatore) deve essere calibrata e in grado di misurare con precisione nell'intervallo di frequenza richiesto. Riferimenti chiave:

• Montaggio dell'accelerometro: Per ISO 5348 — montaggio a perno preferito, magnetico accettabile per il monitoraggio di routine, adesivo per installazione permanente.
• Installazione della sonda di prossimità: Secondo API 670: requisiti di spazio tra le sonde, finitura della superficie del bersaglio, orientamento delle coppie ortogonali e instradamento dei cavi.
• Calibrazione: Calibrazione regolare dell'intera catena rispetto a standard tracciabili. Il Balanset-1A viene fornito tarato in fabbrica e può essere verificato rispetto a fonti di vibrazioni note.

Zone di valutazione A, B, C, D

Il sistema a quattro zone è la caratteristica più riconosciuta degli standard ISO sulle vibrazioni. Fornisce un quadro universale, codificato a colori, per classificare la gravità delle vibrazioni e determinare le azioni correttive appropriate.

Valori limite di zona — Vibrazione dell'involucro (ISO 20816-3)

Questi sono i limiti numerici specifici per velocità RMS a banda larga sugli alloggiamenti dei cuscinetti, applicabili a macchine industriali con potenza superiore a 15 kW e velocità da 120 a 15.000 giri/min. Questi valori sono stati originariamente stabiliti nella norma ISO 10816-3 e sono stati ripresi, con lievi aggiornamenti, nella norma ISO 20816-3:2022.

Valori limite di zona — Spostamento dell'albero (ISO 20816-2)

Per le turbomacchine con sonde di prossimità, i limiti di spostamento dell'albero dipendono dalla velocità. La norma utilizza una formula basata sulla radice quadrata del rapporto di velocità.

I due criteri di valutazione

La norma ISO 20816-1 stabilisce che la valutazione delle vibrazioni deve considerare Entrambi criteri contemporaneamente. Usarne solo uno fornisce un quadro incompleto.

Criterio 1 — Magnitudine assoluta

Confrontare il valore di vibrazione misurato con i limiti di zona fissi della parte applicabile della norma ISO 20816. Questo fornisce informazioni sulle condizioni della macchina rispetto alla popolazione generale di macchine simili.

• Utilizzare per: Test di accettazione di macchine nuove/riparate, valutazione di base, impostazione di allarmi di guasto, confronto tra macchine di una flotta.
• Limitazione: Una macchina che ha sempre funzionato a 4,0 mm/s (Zona B per il Gruppo 1) potrebbe essere perfettamente funzionante: questo è il suo normale livello operativo. Il Criterio 1 da solo non indica se qualcosa è cambiato.

Criterio 2 — Variazione rispetto al valore di base

Confrontare la vibrazione attuale con un valore di riferimento (baseline) stabilito. Il valore di base viene solitamente misurato dopo la messa in servizio, dopo la manutenzione o come media statistica su un periodo di funzionamento stabile.

• Utilizzare per: Manutenzione predittiva basata sulle tendenze, rilevamento precoce dei guasti, rilevamento del deterioramento indipendentemente dal livello assoluto.
• Intuizione chiave: Un significativo modifica nella vibrazione — anche se il valore assoluto è ancora nella zona A o B — è spesso il indicatore più precoce e affidabile di una faglia in via di sviluppo.

Gruppi di macchine (ISO 20816-3)

La norma ISO 20816-3 (e la sua predecessora ISO 10816-3) classifica le macchine in quattro gruppi in base a potenza nominale e tipo di fondazione. I confini delle zone sono diversi per ciascun gruppo perché le macchine più grandi su fondamenta flessibili presentano naturalmente vibrazioni più elevate rispetto alle macchine più piccole su fondamenta rigide.

Soglie di allarme e di intervento

L'applicazione pratica della ISO 20816 nei sistemi di monitoraggio richiede l'impostazione Attenzione (allarme) e Pericolo (di intervento) punti di regolazione. La norma fornisce indicazioni sia per i punti di regolazione assoluti che per quelli relativi.

Punti di riferimento assoluti (dal criterio 1)

• Attenzione = Valore limite della zona B/C. Quando le vibrazioni superano questo valore, aumentare il monitoraggio, indagare sulla causa principale e pianificare azioni correttive.
• Viaggio = Valore limite della zona C/D. Quando la vibrazione supera questo valore, spegnimento automatico (se disponibile) o intervento manuale immediato per prevenire danni.

Punti di regolazione relativi (dal criterio 2)

• Allerta relativa = Linea di base × moltiplicatore (tipicamente 2,0–2,5×). Un raddoppio o più della vibrazione rispetto alla linea di base indica una faglia in via di sviluppo.
• Il punto di soglia di allerta effettivo dovrebbe essere qualunque sia inferiore tra l'allerta assoluta e quella relativa. Questo garantisce che il primo criterio violato attivi l'allarme.

Test di accettazione vs. monitoraggio operativo

La norma ISO 20816-1 distingue chiaramente tra due contesti di valutazione:

Test di accettazione

Utilizzato durante la messa in servizio di nuove macchine o l'accettazione di macchine dopo la revisione. Il requisito è in genere che le vibrazioni rientrino nei limiti Zona A o Zona B. Si tratta di un criterio di approvazione/fallimento molto rigoroso: una macchina nuova consegnata nella Zona C verrebbe normalmente rifiutata.

• Le condizioni di misurazione devono essere rigorosamente controllate (velocità stabile, pieno carico, equilibrio termico).
• Letture multiple in ogni punto di misurazione.
• Risultati documentati in un rapporto di accettazione formale.

Monitoraggio operativo

Utilizzato per la valutazione continua delle condizioni delle macchine in servizio. L'attenzione si sposta da pass/fail a rilevamento di tendenze e cambiamenti (Criterio 2). I punti di soglia di allerta e di intervento sono gli strumenti principali.

• Raccolta dati portatile basata su percorsi (Balanset-1A) o monitoraggio online permanente.
• Punti di misurazione, condizioni e procedure coerenti per un valido confronto delle tendenze.
• Decisioni di azione basate sia sulla zona assoluta che sulla direzione del trend.

Migrazione da ISO 10816 a ISO 20816

Molte strutture fanno ancora riferimento alla norma ISO 10816 nelle loro procedure, nei database di monitoraggio e nelle specifiche. Ecco cosa c'è da sapere sulla transizione.

Applicazione pratica con Balanset-1A

Il Balanset-1A L'analizzatore di vibrazioni portatile supporta direttamente la valutazione delle vibrazioni dell'involucro ISO 20816 attraverso le sue modalità di misurazione integrate.

Modalità vibrometro (F5)

Misure velocità RMS a banda larga — il parametro esatto specificato dalla norma ISO 20816 per la vibrazione dell'involucro. Il display mostra:

• V1 (vibrazione complessiva) — confrontare direttamente con i confini della zona
• V1o (1× componente RPM) — indica quanta della vibrazione totale è dovuta allo squilibrio
• Entrambi i canali simultaneamente: rilevamento vicino e lontano in un'unica misurazione

Analizzatore di spettro (F1 / F8)

Visualizza lo spettro di frequenza FFT, consentendo di identificare la fonte di vibrazioni elevate (squilibrio a 1×, disallineamento a 2×, difetti dei cuscinetti a frequenze caratteristiche). Vedere Guida all'analisi delle vibrazioni per l'interpretazione dello spettro.

Modalità di bilanciamento

Se la vibrazione viene diagnosticata come squilibrio (picco dominante 1× RPM), il Balanset-1A può procedere immediatamente al bilanciamento sul campo per correggerlo, riducendo la vibrazione dalla Zona C o D alla Zona A o B. Vedere Guida al bilanciamento dinamico sul campo per la procedura completa.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra ISO 20816 e ISO 10816?

La norma ISO 20816 sostituisce la norma ISO 10816, integrando le vibrazioni dell'involucro (precedentemente ISO 10816) e quelle dell'albero (precedentemente ISO 7919) in un'unica norma. I valori limite di zona per le vibrazioni dell'involucro nella norma ISO 20816-3 sono molto simili a quelli della norma ISO 10816-3. Il principale miglioramento è l'integrazione di entrambe le filosofie di misurazione in un unico documento.

La norma ISO 10816 è ancora valida?

Le parti della norma ISO 10816 sono state formalmente ritirate in quanto sostituite dalle corrispondenti parti della norma ISO 20816. Tuttavia, i limiti di vibrazione sono ampiamente integrati nei sistemi di monitoraggio e nei contratti esistenti. I valori numerici per le vibrazioni dell'involucro sono rimasti sostanzialmente invariati, pertanto i programmi esistenti basati sulla norma ISO 10816 rimangono tecnicamente validi nella pratica.

Quale parametro dovrei misurare: velocità o spostamento?

Per macchine industriali generiche con cuscinetti volventi misurati esternamente (strumenti portatili): Velocità RMS in mm/s. Per grandi turbomacchine con cuscinetti portanti e sonde di prossimità installate: spostamento dell'albero da picco a picco in μm. Se sono disponibili entrambi, valutateli entrambi: forniscono informazioni complementari.

Come faccio a determinare il gruppo di macchine?

Due fattori: potenza nominale (superiore o inferiore a 300 kW) e tipo di fondazione (rigida o flessibile). Un motore da 75 kW imbullonato a una piastra di cemento = Gruppo 2. Un compressore da 500 kW su una piattaforma in acciaio = Gruppo 3. Vedere la sezione Gruppi di macchine sopra.

Una macchina nella Zona B può ancora presentare un guasto in fase di sviluppo?

Sì, è proprio per questo che esiste il Criterio 2. Se la linea di base di una macchina era 0,8 mm/s e sale a 2,2 mm/s, si trova ancora nella Zona B del Gruppo 2 (inferiore a 2,8 mm/s), ma l'aumento di 2,75 volte rispetto alla linea di base indica un problema significativo in via di sviluppo.

Quale livello di vibrazione dovrei raggiungere dopo l'equilibratura?

Dopo il bilanciamento del campo, puntare a Zona A (al di sotto del limite A/B per il gruppo di macchine). Per una macchina del Gruppo 2, ciò significa al di sotto di 1,4 mm/s. Guida all'equilibrio descrive la procedura in dettaglio.

Quale intervallo di frequenza copre la velocità RMS della banda larga?

L'intervallo standard è 10–1000 Hz secondo ISO 20816-1. Questo intervallo cattura le firme di guasto più comuni: da 1× a ~60× per una macchina che funziona a 1000 giri/min (~17 Hz), o da 1× a ~20× per una macchina a 3000 giri/min (50 Hz). Le macchine a bassa velocità (<120 giri/min) utilizzano un intervallo esteso da 2–1000 Hz.

Devo acquistare il documento ISO 20816-1 per utilizzare i valori di zona?

La norma ISO 20816-1 non contiene valori di zona specifici, ma definisce solo la metodologia. I numeri dei confini di zona sono in ISO 20816-3 (per macchine industriali generali). Per i documenti ufficiali completi con tutte le procedure e gli allegati, acquistare da Negozio ISO. I valori di zona pubblicati in questa guida provengono da riferimenti pubblicamente disponibili e sono ampiamente utilizzati nel settore.

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