Analisi completa della norma ISO 20816-3: misurazione, valutazione e implementazione strumentale tramite il sistema Balanset-1A

Sintesi

Il panorama industriale ha assistito a un significativo cambiamento di paradigma nella standardizzazione del monitoraggio dello stato di salute dei macchinari. L'introduzione della norma ISO 20816-3:2022 rappresenta un consolidamento e una modernizzazione delle metodologie precedenti, in particolare fondendo la valutazione delle vibrazioni dell'alloggiamento (precedentemente ISO 10816-3) e delle vibrazioni dell'albero rotante (precedentemente ISO 7919-3) in un unico quadro coerente. Il presente rapporto fornisce un'analisi esaustiva della norma ISO 20816-3, analizzandone i capitoli, gli allegati normativi e i principi fisici. Inoltre, integra una valutazione tecnica dettagliata dell'analizzatore di vibrazioni portatile e bilanciatore Balanset-1A, dimostrando come questo specifico strumento faciliti la conformità ai rigorosi requisiti della norma. Attraverso una sintesi della teoria dell'elaborazione dei segnali, dei principi di ingegneria meccanica e delle procedure operative pratiche, questo documento funge da guida definitiva per gli ingegneri dell'affidabilità che cercano di allineare le loro strategie di monitoraggio delle condizioni alle migliori pratiche globali utilizzando strumentazione accessibile e ad alta precisione.

Parte I: Il quadro teorico della norma ISO 20816-3

1.1 Evoluzione delle norme sulle vibrazioni: la convergenza delle norme ISO 10816 e ISO 7919

La storia della standardizzazione delle vibrazioni è caratterizzata da un graduale passaggio da linee guida frammentarie e specifiche per i singoli componenti a una valutazione olistica delle macchine. Storicamente, la valutazione dei macchinari industriali era biforcata. La serie ISO 10816 si concentrava sulla misurazione delle parti non rotanti, in particolare gli alloggiamenti dei cuscinetti e i piedistalli, utilizzando accelerometri o trasduttori di velocità. Al contrario, la serie ISO 7919 affrontava le vibrazioni degli alberi rotanti rispetto ai loro cuscinetti, utilizzando principalmente sonde a correnti parassite senza contatto.

Questa separazione spesso portava ad ambiguità diagnostiche. Una macchina poteva presentare vibrazioni accettabili dell'alloggiamento (zona A secondo la norma ISO 10816) e contemporaneamente soffrire di pericolosi scostamenti o instabilità dell'albero (zona C/D secondo la norma ISO 7919), in particolare in scenari che prevedevano involucri pesanti o cuscinetti a film fluido in cui il percorso di trasmissione dell'energia vibrazionale era attenuato. La norma ISO 20816-3 risolve questa dicotomia sostituendo sia la norma ISO 10816-3:2009 che la norma ISO 7919-3:2009.1 Integrando queste prospettive, la nuova norma riconosce che l'energia vibrazionale generata dalle forze dinamiche del rotore si manifesta in modo diverso nella struttura della macchina a seconda dei rapporti di rigidità, massa e smorzamento. Di conseguenza, una valutazione conforme richiede ora una doppia prospettiva: valutare sia la vibrazione assoluta della struttura sia, ove applicabile, il movimento relativo dell'albero.

Il sistema Balanset-1A entra in questo panorama come uno strumento progettato per colmare questi domini di misurazione. La sua architettura, che supporta sia accelerometri piezoelettrici per misurazioni dell'alloggiamento che ingressi di tensione diretta per sensori di spostamento lineare, rispecchia la filosofia della doppia natura della serie ISO 20816.3 Questa convergenza semplifica il kit di strumenti del tecnico, consentendo a un unico strumento di eseguire le valutazioni complete ora richieste dallo standard unificato.

1.2 Ambito di applicazione e applicabilità: definizione del panorama dei macchinari industriali

Il capitolo 1 della norma ISO 20816-3 definisce meticolosamente i limiti della sua applicazione. La norma non è universale, ma è specificamente calibrata per macchine industriali con una potenza nominale superiore a 15 kW e velocità operative comprese tra 120 giri/min e 30.000 giri/min.1 Questo ampio intervallo operativo copre la stragrande maggioranza delle risorse critiche nei settori manifatturiero, della produzione di energia e petrolchimico.

Le attrezzature specificatamente coperte includono:

• Turbine a vapore e generatori: Sono qui trattate le unità con potenza inferiore o uguale a 40 MW. Le unità più grandi (superiori a 40 MW) rientrano tipicamente nella norma ISO 20816-2, a meno che non funzionino a velocità diverse dalle frequenze sincrone della rete (1500, 1800, 3000 o 3600 giri/min).6
• Compressori rotativi: Compresi i modelli centrifughi e assiali utilizzati nelle industrie di processo.
• Turbine a gas industriali: In particolare quelle con potenza pari o inferiore a 3 MW. Le turbine a gas di dimensioni maggiori sono suddivise in parti separate della norma a causa delle loro caratteristiche termiche e dinamiche uniche.1
• Pompe: Le pompe centrifughe azionate da motori elettrici sono una componente fondamentale di questo gruppo.
• Motori elettrici: Sono inclusi motori di qualsiasi tipo, purché accoppiati in modo flessibile. I motori accoppiati in modo rigido sono spesso valutati come parte del sistema della macchina azionata o in base a specifiche sottoclausole.
• Ventilatori e soffiatori: Fondamentale per la climatizzazione e il trattamento dell'aria nei processi industriali.6

Esclusioni: È altrettanto importante comprendere cosa è escluso. Le macchine con masse alternative (come i compressori a pistone) generano profili di vibrazione dominati da impatti e coppie variabili, che richiedono l'analisi specializzata prevista dalla norma ISO 20816-8. Analogamente, le turbine eoliche, che funzionano con carichi aerodinamici altamente variabili, sono coperte dalla norma ISO 10816-21.7 Le caratteristiche specifiche del Balanset-1A, come il suo intervallo di misurazione della velocità di rotazione da 150 a 60.000 giri/min 8, si allineano perfettamente con l'intervallo di 120-30.000 giri/min previsto dalla norma, garantendo che lo strumento sia in grado di monitorare l'intera gamma di macchinari applicabili.

1.3 Sistemi di classificazione delle macchine: la fisica della rigidità di supporto

Un'innovazione fondamentale ripresa dagli standard precedenti è la classificazione delle macchine in base alla rigidità del supporto. La norma ISO 20816-3 divide le macchine in gruppi non solo in base alle dimensioni, ma anche al comportamento dinamico.

1.3.1 Classificazione dei gruppi in base al potere e alle dimensioni

La norma classifica le macchine in due gruppi principali per applicare limiti di severità adeguati:

• Gruppo 1: Macchinari di grandi dimensioni con una potenza nominale superiore a 300 kW o macchine elettriche con un'altezza dell'albero superiore a 315 mm. Queste macchine sono generalmente dotate di rotori massicci e generano forze dinamiche significative.9
• Gruppo 2: Macchinari di medie dimensioni con una potenza nominale compresa tra 15 kW e 300 kW, oppure macchine elettriche con altezze dell'albero comprese tra 160 mm e 315 mm.10

1.3.2 Flessibilità del supporto: rigido vs flessibile

La distinzione tra supporti “rigidi” e “flessibili” è una questione di fisica, non solo di materiale di costruzione. Un supporto è considerato rigido in una specifica direzione di misurazione se la prima frequenza naturale (risonanza) del sistema combinato macchina-supporto è significativamente superiore alla frequenza di eccitazione principale (tipicamente la velocità di rotazione). Nello specifico, la frequenza naturale dovrebbe essere almeno 25% superiore alla velocità operativa. Al contrario, i supporti flessibili hanno frequenze naturali che possono essere vicine o inferiori alla velocità operativa, portando ad effetti di amplificazione della risonanza o di isolamento.10

Questa distinzione è fondamentale perché i supporti flessibili consentono naturalmente ampiezze di vibrazione più elevate a parità di forza eccitante interna (squilibrio). Pertanto, i limiti di vibrazione consentiti per i supporti flessibili sono generalmente più elevati rispetto a quelli dei supporti rigidi. Il Balanset-1A facilita la determinazione delle caratteristiche dei supporti grazie alle sue capacità di misurazione della fase. Eseguendo un test di accelerazione o decelerazione (utilizzando la funzione “RunDown” menzionata nelle specifiche del software 11), un analista può identificare i picchi di risonanza. Se un picco si verifica all'interno del campo operativo, il supporto è dinamicamente flessibile; se la risposta è piatta e lineare fino alla velocità operativa, è rigido. Questa capacità diagnostica consente all'utente di selezionare la tabella di valutazione corretta nella norma ISO 20816-3, evitando falsi allarmi o errori di diagnosi.

Parte II: Metodologia di misurazione e fisica

Il capitolo 4 della norma ISO 20816-3 stabilisce i rigorosi requisiti procedurali per l'acquisizione dei dati. La validità di qualsiasi valutazione dipende interamente dall'accuratezza della misurazione.

2.1 Fisica strumentale: selezione e risposta dei trasduttori

La norma prescrive l'uso di strumentazione in grado di misurare la velocità di vibrazione quadratica media (r.m.s.) a banda larga. La risposta in frequenza deve essere piatta su un intervallo compreso tra almeno 10 Hz e 1.000 Hz per i macchinari generici.12 Per le macchine a velocità inferiore (che funzionano al di sotto dei 600 giri/min), il limite inferiore della risposta in frequenza deve estendersi fino a 2 Hz per catturare le componenti rotazionali fondamentali.

Conformità tecnica del Balanset-1A:
L'analizzatore di vibrazioni Balanset-1A è stato progettato tenendo conto di questi requisiti specifici. Le sue specifiche indicano un intervallo di frequenza delle vibrazioni compreso tra 5 Hz e 550 Hz per le operazioni standard, con opzioni per estendere le capacità di misurazione.8 Il limite inferiore di 5 Hz è fondamentale in quanto garantisce la conformità per macchine che funzionano a velocità inferiori a 300 giri/min, coprendo la stragrande maggioranza delle applicazioni industriali. Il limite superiore di 550 Hz copre le armoniche critiche (1x, 2x, 3x, ecc.) e le frequenze di passaggio delle pale per la maggior parte delle pompe e dei ventilatori standard. Inoltre, la precisione del dispositivo è valutata a 5% del fondo scala, soddisfacendo il rigore metrologico previsto dalla norma ISO 2954 (Requisiti per gli strumenti di misura della gravità delle vibrazioni).8

Lo standard distingue tra due tipi di misurazione principali, entrambi supportati dall'ecosistema Balanset-1A:

• Trasduttori sismici (accelerometri): Questi misurano la vibrazione assoluta dell'alloggiamento. Sono sensibili alla trasmissione della forza attraverso il piedistallo del cuscinetto. Il kit Balanset-1A include due accelerometri monoassiali (in genere basati sulla tecnologia della serie ADXL o piezoelettrica) con supporti magnetici.14
• Trasduttori senza contatto (sonde di prossimità): Questi misurano lo spostamento relativo dell'albero. Sono essenziali per le macchine con cuscinetti a film fluido in cui l'albero si muove all'interno del gioco.

2.2 Approfondimento: vibrazioni relative dell'albero e integrazione dei sensori

Mentre la norma ISO 20816-3 si concentra principalmente sulle vibrazioni dell'alloggiamento, l'Allegato B tratta esplicitamente le vibrazioni relative dell'albero. Ciò richiede l'uso di sonde a correnti parassite (sonde di prossimità). Questi sensori funzionano generando un campo a radiofrequenza (RF) che induce correnti parassite nella superficie conduttiva dell'albero. L'impedenza della bobina della sonda varia in base alla distanza dello spazio, producendo una tensione di uscita proporzionale allo spostamento.15

Integrazione delle sonde a correnti parassite con Balanset-1A:
Una caratteristica unica del Balanset-1A è la sua adattabilità a questi sensori. Sebbene sia fornito principalmente con accelerometri, gli ingressi del dispositivo possono essere configurati per la modalità “Lineare” per accettare segnali di tensione provenienti da driver di sonde di prossimità di terze parti (proximitor).3

• Tensione di ingresso: La maggior parte delle sonde di prossimità industriali emette una tensione CC negativa (ad esempio, alimentazione -24 V, scala 200 mV/mil). Balanset-1A consente agli utenti di inserire coefficienti di sensibilità personalizzati (ad esempio, mV/µm) nella finestra “Impostazioni” (tasto F4).3
• Rimozione offset CC: I sensori di prossimità trasportano un'elevata tensione di gap CC (polarizzazione) con un piccolo segnale di vibrazione CA sovrapposto. Il software Balanset-1A include una funzione “Rimuovi CC” per filtrare la tensione di gap, isolando il segnale di vibrazione dinamico per l'analisi rispetto ai limiti ISO 20816-3.3
• Linearità e calibrazione: Il software consente all'utente di definire fattori di calibrazione (ad esempio, Kprl1 = 0,94 mV/µm) garantendo che la lettura sullo schermo del laptop corrisponda esattamente allo spostamento fisico dell'albero.3 Questa funzionalità è indispensabile quando si applicano i criteri dell'Allegato B, che sono specificati in micrometri di spostamento anziché in millimetri al secondo di velocità.

2.3 La fisica del montaggio: garantire la fedeltà dei dati

La norma ISO 20816-3 sottolinea che il metodo di montaggio del sensore non deve compromettere la precisione della misurazione. La frequenza di risonanza del sensore montato deve essere significativamente superiore alla gamma di frequenze di interesse.

• Montaggio con perno: Il gold standard, che offre la risposta in frequenza più elevata (fino a 10 kHz+).
• Montaggio magnetico: Un compromesso pratico per la raccolta dati portatile.

Il Balanset-1A utilizza un sistema di montaggio magnetico con una forza di tenuta di 60 kgf (chilogrammo-forza).17 Questa elevata forza di serraggio è fondamentale. Un magnete debole introduce un effetto di “rimbalzo” o un filtro meccanico passa-basso, attenuando notevolmente i segnali ad alta frequenza. Con 60 kgf, la rigidità di contatto è sufficiente a spingere la risonanza montata ben al di sopra della gamma di 1000 Hz di interesse per la norma ISO 20816-3, garantendo che i dati raccolti siano una rappresentazione fedele del comportamento della macchina e non un artefatto del metodo di fissaggio.12

2.4 Elaborazione del segnale: RMS vs. Picco

La norma specifica l'uso della velocità quadratica media (RMS) per le parti non rotanti. Il valore RMS è una misura dell'energia totale contenuta nel segnale di vibrazione ed è direttamente correlato allo stress da fatica esercitato sui componenti della macchina.

Equazione per RMS:

V_rms = √((1/T) ∫₀^T v²(t) dt)

Per le vibrazioni dell'albero (Allegato B), la norma utilizza lo spostamento picco-picco (S_pp), che rappresenta l'escursione fisica totale dell'albero all'interno del gioco del cuscinetto.

S_pp = S_massimo − S_min

Elaborazione Balanset-1A:
Il Balanset-1A esegue queste trasformazioni matematiche internamente. L'ADC (convertitore analogico-digitale) campiona il segnale grezzo e il software calcola la velocità RMS per le misurazioni dell'alloggiamento e lo spostamento picco-picco per le misurazioni dell'albero. Fondamentalmente, calcola il valore a banda larga (complessivo), che somma l'energia su tutto lo spettro di frequenza (ad esempio, 10-1000 Hz). Questo valore “Overall” è il numero principale utilizzato per classificare la macchina nelle zone A, B, C o D. Inoltre, il dispositivo fornisce funzionalità FFT (Fast Fourier Transform), consentendo all'analista di vedere le singole componenti di frequenza (1x, 2x, armoniche) che compongono il valore RMS complessivo, aiutando nella diagnosi della fonte della vibrazione.8

2.5 Vibrazioni di fondo: la sfida del rapporto segnale/rumore

Un aspetto critico, spesso trascurato, della norma ISO 20816-3 è la gestione delle vibrazioni di fondo, ovvero le vibrazioni trasmesse alla macchina da fonti esterne (ad esempio macchine adiacenti, vibrazioni del pavimento) quando la macchina è ferma.

La regola: Se la vibrazione di fondo supera i 25% della vibrazione misurata quando la macchina è in funzione, o i 25% del confine tra la zona B e la zona C, sono necessarie correzioni severe, altrimenti la misurazione potrebbe essere considerata non valida.18 Le versioni precedenti delle norme citavano spesso la regola del “terzo”, ma la norma ISO 20816-3 rende più rigorosa questa logica.

Implementazione procedurale con Balanset-1A:

1. Il tecnico posiziona i sensori Balanset-1A sulla macchina mentre questa è ferma.
2. Utilizzando la modalità “Vibrometro” (tasto F5), viene registrato il livello RMS di fondo.13
3. La macchina viene avviata e portata a carico. Viene registrato il valore RMS operativo.
4. Viene effettuato un confronto. Se il livello operativo è 4,0 mm/s e lo sfondo era 1,5 mm/s (37,5%), lo sfondo è troppo alto. La capacità del Balanset-1A di eseguire la sottrazione spettrale (visualizzando lo spettro dello sfondo rispetto alla macchina in funzione) aiuta a identificare se lo sfondo si trova a una frequenza specifica (ad esempio, 50 Hz da un compressore vicino) che può essere ignorata o filtrata mentalmente dall'analista.

Parte III: Criteri di valutazione – Il cuore dello standard

Il capitolo 6 costituisce il nucleo centrale della norma ISO 20816-3, fornendo la logica decisionale per l'accettabilità delle macchine.

3.1 Criterio I: Magnitudo delle vibrazioni e zonizzazione

La norma valuta la gravità delle vibrazioni in base alla magnitudo massima osservata sugli alloggiamenti dei cuscinetti. Per facilitare il processo decisionale, definisce quattro zone di valutazione:

• Zona A: Vibrazioni delle macchine appena messe in funzione. Questo è il “Gold Standard”. Una macchina in questa zona è in condizioni meccaniche perfette.
• Zona B: Macchine considerate idonee per un funzionamento a lungo termine senza restrizioni. Si tratta del tipico intervallo di funzionamento “verde”.
• Zona C: Macchine ritenute non idonee al funzionamento continuo a lungo termine. In genere, la macchina può essere utilizzata per un periodo limitato fino a quando non si presenta un'occasione adeguata per intervenire (manutenzione). Si tratta dello stato “Giallo” o “Allarme”.
• Zona D: I valori di vibrazione in questa zona sono normalmente considerati sufficientemente gravi da causare danni alla macchina. Si tratta dello stato “Rosso” o “Trip”.5

Tabella 1: Limiti di zona semplificati ISO 20816-3 (velocità RMS, mm/s) per i gruppi 1 e 2

Gruppo Macchine	Tipo di fondazione	Confine zona A/B	Confine zona B/C	Confine zona C/D
Gruppo 1 (>300 kW)	Rigido	2.3	4.5	7.1
	Flessibile	3.5	7.1	11.0
Gruppo 2 (15-300 kW)	Rigido	1.4	2.8	4.5
	Flessibile	2.3	4.5	7.1

Nota: questi valori sono ricavati dall'Allegato A della norma e rappresentano linee guida generali. Tipi specifici di macchine possono avere limiti diversi.

Implementazione Balanset-1A:
Il software Balanset-1A non si limita a visualizzare un numero, ma fornisce un supporto contestuale all'utente. Mentre l'utente deve selezionare la classe, la funzione “Reports” (Rapporti) del software consente di documentare questi valori rispetto allo standard. Quando un tecnico misura una vibrazione di 5,0 mm/s su una pompa da 50 kW (Gruppo 2) su una fondazione rigida, la lettura di Balanset-1A supera chiaramente il limite della Zona C/D (4,5 mm/s), indicando la necessità immediata di spegnimento e riparazione.

3.2 Criterio II: variazione dell'ampiezza delle vibrazioni

Forse il progresso più significativo nella serie 20816 è l'enfasi formalizzata sul cambiamento delle vibrazioni, indipendentemente dai limiti assoluti.

La regola 25%: La norma ISO 20816-3 stabilisce che una variazione dell'ampiezza delle vibrazioni superiore a 25% del limite della zona B/C (o 25% del valore precedente in condizioni di stabilità) deve essere considerata significativa, anche se il valore assoluto rimane all'interno della zona A o B.20

Implicazioni:
Consideriamo un ventilatore che funziona costantemente a 2,0 mm/s (Zona B). Se la vibrazione aumenta improvvisamente a 2,8 mm/s, tecnicamente rimane ancora nella Zona B (per alcune classi) o entra appena nella Zona C. Tuttavia, si tratta di un aumento di 40%. Un cambiamento così improvviso spesso indica una modalità di guasto specifica: un componente del rotore incrinato, un contrappeso spostato o un attrito termico. Ignorare questo dato perché “è ancora nella zona verde” è una ricetta per un guasto catastrofico.

Analisi delle tendenze Balanset-1A:
Il Balanset-1A supporta questo criterio grazie alle sue funzioni di “Recupero sessione” e archiviazione.21 Salvando le sessioni di misurazione, un ingegnere addetto all'affidabilità può sovrapporre i dati attuali alle linee di base storiche. Se il grafico “Vibrazioni complessive” mostra un cambiamento graduale, l'ingegnere applica il Criterio II. La funzione “Restore Last Session” (Ripristina ultima sessione) è particolarmente utile in questo caso, poiché consente all'utente di richiamare lo stato esatto della macchina del mese precedente per verificare se la soglia 25% è stata superata.

3.3 Limiti operativi: impostazione di ALLARMI e INTERVENTI

La norma fornisce indicazioni per l'installazione di sistemi di protezione automatizzati:

• ALLARME: Per fornire un avviso che è stato raggiunto un valore definito di vibrazione o che si è verificato un cambiamento significativo. L'impostazione consigliata è solitamente il valore di riferimento + 25% del limite della zona B/C.
• VIAGGIO: Per avviare un'azione immediata (arresto). Questo valore è solitamente impostato al limite della zona C/D o leggermente al di sopra, a seconda dell'integrità meccanica della macchina.19

Sebbene il Balanset-1A sia un dispositivo portatile e non un sistema di protezione permanente (come un rack Bently Nevada), viene utilizzato per verificare e calibrare questi livelli di intervento. I tecnici utilizzano il Balanset-1A per misurare le vibrazioni durante un test di accelerazione controllata o di squilibrio indotto, al fine di garantire che il sistema di monitoraggio permanente si attivi ai livelli di vibrazione fisica corretti previsti dalla norma ISO 20816-3.

Parte IV: Il sistema Balanset-1A – Approfondimento tecnico

Per comprendere in che modo Balanset-1A funga da strumento di conformità, è necessario analizzarne l'architettura tecnica.

4.1 Architettura hardware

Il Balanset-1A è costituito da un modulo di interfaccia USB centralizzato che elabora i segnali analogici provenienti dai sensori prima di inviare i dati digitalizzati a un computer portatile host.

• Modulo ADC: Il cuore del sistema è un convertitore analogico-digitale ad alta risoluzione. Questo modulo determina la precisione della misurazione. Il Balanset-1A gestisce i segnali per fornire una precisione di ±5%, sufficiente per la diagnostica sul campo.8
• Riferimento di fase (tachimetro): La conformità alla norma ISO 20816-3 richiede spesso un'analisi di fase per distinguere tra squilibrio e disallineamento. Il Balanset-1A utilizza un tachimetro laser con una portata fino a 1,5 metri e una capacità di 60.000 giri/min.17 Questo sensore ottico attiva il calcolo dell'angolo di fase, con una precisione di ±1 grado.
• Potenza e portabilità: Alimentato tramite USB (5 V), l'unità è intrinsecamente protetta dai loop di massa che spesso affliggono gli analizzatori alimentati dalla rete elettrica. L'intero kit pesa circa 4 kg, rendendolo un vero strumento “da campo” adatto per arrampicarsi sui ponti per raggiungere i ventilatori.8

4.2 Funzionalità del software: oltre la semplice misurazione

Il software fornito con Balanset-1A trasforma i dati grezzi in informazioni utili conformi agli standard ISO.

• Analisi dello spettro FFT: La norma menziona “componenti di frequenza specifiche”. Il Balanset-1A visualizza la trasformata di Fourier veloce, scomponendo la forma d'onda complessa nelle onde sinusoidali che la costituiscono. Ciò consente all'utente di vedere se il valore RMS elevato è dovuto a 1x (squilibrio), 100x (ingranaggio) o picchi non sincroni (difetti dei cuscinetti).21
• Grafici polari: Per il bilanciamento e l'analisi vettoriale, il software traccia i vettori di vibrazione su un grafico polare. Questa visualizzazione è fondamentale quando si applicano metodi basati sul coefficiente di influenza per il bilanciamento.
• Calcolatore di tolleranza ISO 1940: Mentre la norma ISO 20816-3 riguarda i limiti di vibrazione, la norma ISO 1940 riguarda la qualità dell'equilibratura (gradi G). Il software Balanset-1A integra un calcolatore in cui l'utente inserisce la massa e la velocità del rotore e il sistema calcola lo squilibrio residuo ammissibile in grammi-millimetri. Questo colma il divario tra “la vibrazione è troppo alta” (ISO 20816) e “ecco quanto peso rimuovere” (ISO 1940).11

4.3 Compatibilità dei sensori e configurazione degli ingressi

Come indicato nella ricerca frammentaria, la capacità di interfacciarsi con vari tipi di sensori è fondamentale.

• Accelerometri: I sensori predefiniti. Il sistema integra il segnale di accelerazione (g) alla velocità (mm/s) o integra due volte allo spostamento (µm) a seconda della visualizzazione selezionata. Questa integrazione viene gestita digitalmente per ridurre al minimo la deriva del rumore.
• Sonde a correnti parassite: Il sistema accetta ingressi analogici da 0-10 V o simili. L'utente deve configurare il coefficiente di trasformazione nelle impostazioni. Ad esempio, una sonda standard Bently Nevada potrebbe avere un fattore di scala di 200 mV/mil (7,87 V/mm). L'utente inserisce questa sensibilità e il software Balanset-1A scala la tensione in ingresso per visualizzare i micron di spostamento, consentendo il confronto diretto con l'Allegato B della norma ISO 20816-3.3.

Parte V: Implementazione operativa: dalla diagnostica al bilanciamento dinamico

Questa sezione descrive una procedura operativa standard (SOP) per i tecnici che utilizzano Balanset-1A al fine di garantire la conformità alla norma ISO 20816-3.

5.1 Fase 1: Misurazione di base e classificazione

Il tecnico si avvicina a un ventilatore centrifugo da 45 kW.

• Classificazione: Potenza > 15 kW, < 300 kW. Appartiene al Gruppo 2. La fondazione è fissata con bulloni al calcestruzzo (rigida).
• Determinazione del limite: Secondo la norma ISO 20816-3 Allegato A (Gruppo 2, Rigido), il limite tra la Zona B e la Zona C è pari a 2,8 mm/s.
• Misurazione: I sensori sono montati utilizzando basi magnetiche. È attivata la modalità “Vibrometro” del Balanset-1A.
• Risultato: La lettura è di 6,5 mm/s. Si tratta di un territorio di zona C/D. È necessario intervenire.

5.2 Fase 2: Analisi diagnostica

Utilizzo della funzione FFT di Balanset-1A:

• Lo spettro mostra un picco dominante alla velocità di funzionamento (1x RPM).
• L'analisi di fase mostra un angolo di fase stabile.
• Diagnosi: Squilibrio statico. (Se la fase fosse instabile o fossero presenti armoniche elevate, si sospetterebbe un disallineamento o un allentamento).

5.3 Fase 3: Procedura di bilanciamento (in situ)

Poiché la diagnosi è di squilibrio, il tecnico utilizza la modalità di bilanciamento del Balanset-1A. Lo standard richiede la riduzione delle vibrazioni ai livelli della Zona A o B.

5.3.1 Il metodo delle tre ripetizioni (coefficienti di influenza)

Il Balanset-1A automatizza i calcoli vettoriali necessari per il bilanciamento.

• Esecuzione 0 (iniziale): Misura l'ampiezza A₀ e fase φ₀ della vibrazione originale.
• Corsa 1 (peso di prova): Una massa nota M_processo viene aggiunto con un angolo arbitrario. Il sistema misura il nuovo vettore di vibrazione (A₁, φ₁).

Calcolo: Il software calcola il coefficiente di influenza α, che rappresenta la sensibilità del rotore alla variazione di massa.

α = (V₁ − V₀) / M_processo

Correzione: Il sistema calcola la massa di correzione richiesta M_corr per annullare la vibrazione iniziale.

M_corr = − V₀ / α

Esecuzione 2 (Verifica): Il peso di prova viene rimosso e viene aggiunto il peso di correzione calcolato. Viene misurata la vibrazione residua.

.11

5.4 Fase 4: Verifica e rendicontazione

Dopo il bilanciamento, la vibrazione scende a 1,2 mm/s.
Controllare: 1,2 mm/s è < 1,4 mm/s. La macchina si trova ora nella zona A.

Documentazione: il tecnico salva la sessione in Balanset-1A. Viene generato un rapporto che mostra lo spettro “prima” (6,5 mm/s) e lo spettro “dopo” (1,2 mm/s), con riferimento esplicito ai limiti della norma ISO 20816-3. Questo rapporto funge da certificato di conformità.

Parte VI: Considerazioni specifiche

6.1 Macchinari a bassa velocità

La norma ISO 20816-3 contiene note speciali per le macchine che funzionano a velocità inferiori a 600 giri/min. A basse velocità, i segnali di velocità diventano deboli e lo spostamento diventa l'indicatore dominante dello stress. Il Balanset-1A gestisce questa situazione consentendo all'utente di impostare la metrica di visualizzazione su Spostamento (µm) o assicurando che il taglio di frequenza inferiore sia impostato su 5 Hz o meno (idealmente 2 Hz) per catturare l'energia primaria. Le “Note di cautela” nell'Allegato D della norma mettono in guardia dal fare affidamento esclusivamente sulla velocità a basse velocità 23, una sfumatura di cui l'utente del Balanset-1A deve essere consapevole controllando le impostazioni “Lineari” o i filtri a bassa frequenza.

6.2 Condizioni transitorie: accelerazione e decelerazione

Le vibrazioni durante l'avvio (funzionamento transitorio) possono superare i limiti di stato stazionario a causa del superamento delle velocità critiche (risonanza). La norma ISO 20816-3 consente limiti più elevati durante queste fasi transitorie.23

Il Balanset-1A include una funzione sperimentale di grafico “RunDown”.11 Ciò consente al tecnico di registrare l'ampiezza delle vibrazioni rispetto al numero di giri al minuto durante una decelerazione. Questi dati sono fondamentali per:

• Identificazione delle velocità critiche (risonanza).
• Verificare che la macchina superi la risonanza abbastanza rapidamente da evitare danni.
• Assicurarsi che la vibrazione “elevata” sia effettivamente transitoria e non uno stato permanente.

6.3 Allegato A contro Allegato B: la doppia valutazione

Un controllo approfondito della conformità richiede spesso entrambi.

• Allegato A (Alloggi): Misura la trasmissione della forza alla struttura. Ottimo per squilibri e allentamenti.
• Allegato B (Albero): Misura la dinamica del rotore. Utile per rilevare instabilità, vortici d'olio e perdite.

Un tecnico che utilizza Balanset-1A potrebbe utilizzare accelerometri per soddisfare i requisiti dell'Allegato A, quindi passare agli ingressi delle sonde Bently Nevada esistenti per verificare la conformità all'Allegato B su una turbina di grandi dimensioni. La capacità di Balanset-1A di fungere da “seconda opinione” o “verificatore sul campo” per i monitor permanenti basati su rack è un'applicazione fondamentale per soddisfare entrambi gli allegati.

Conclusione

Il passaggio alla norma ISO 20816-3 segna una maturazione nel campo dell'analisi delle vibrazioni, richiedendo un approccio più sfumato e basato sulla fisica alla valutazione delle macchine. Si va oltre i semplici numeri “superato/non superato” per entrare in un ambito di analisi della rigidità del supporto, dei vettori di cambiamento e delle misurazioni a doppio dominio (alloggiamento/albero).

Il sistema Balanset-1A dimostra un elevato grado di allineamento con questi requisiti moderni. Le sue specifiche tecniche - gamma di frequenza, precisione e flessibilità dei sensori - lo rendono una piattaforma hardware efficiente. Tuttavia, il suo vero valore risiede nel flusso di lavoro del software, che guida l'utente attraverso la complessa logica dello standard: dalla correzione delle vibrazioni di fondo e la classificazione delle zone al rigore matematico del bilanciamento del coefficiente di influenza. Combinando efficacemente le capacità diagnostiche di un analizzatore di spettro con il potere correttivo di un bilanciatore dinamico, Balanset-1A consente ai team di manutenzione non solo di identificare la non conformità alla norma ISO 20816-3, ma anche di correggerla attivamente, garantendo la longevità e l'affidabilità delle risorse industriali.