Comprensione dei controlli non distruttivi (NDT)
Prove non distruttive (NDT) — noto anche come esame non distruttivo (NDE) o ispezione non distruttiva (NDI) — è un'ampia famiglia di tecniche di analisi utilizzate in ambito scientifico e industriale per valutare le proprietà di un materiale, di un componente o di un sistema senza causarne il danneggiamento. La caratteristica distintiva è racchiusa nel nome stesso: l'oggetto sottoposto a prova rimane pienamente utilizzabile dopo l'ispezione. Nell'ambito della manutenzione e dell'affidabilità, l'NDT copre il monitoraggio delle condizioni tecnologie che consentono di ispezionare i macchinari dall’«esterno» — durante il funzionamento o in caso di breve fermo macchina — senza smontarli, e analisi delle vibrazioni è uno dei suoi metodi più importanti ed efficaci.
1. Definizione: cos'è il collaudo non distruttivo?
Poiché nulla viene smontato, consumato o distrutto, lo stesso componente può essere ispezionato più volte nel corso della sua vita utile e rimesso in servizio ogni volta. È proprio questa caratteristica a rendere i controlli non distruttivi (NDT) il fondamento pratico di qualsiasi moderna strategia di affidabilità: consentono infatti agli ingegneri di raccogliere dati sull’integrità di un bene senza doverlo ritirare dalla produzione né sacrificare il pezzo per verificarne lo stato.
2. L'obiettivo dei controlli non distruttivi nella manutenzione
Lo scopo principale dei controlli non distruttivi (NDT) in un programma di manutenzione e affidabilità è quello di individuare e caratterizzare difetti, anomalie e segni di deterioramento nei macchinari e nelle strutture nella fase più precoce possibile. L'individuazione tempestiva consente di pianificare ed eseguire gli interventi in modo proattivo, prevenendo guasti catastrofici e riducendo al minimo i tempi di fermo. I controlli non distruttivi (NDT) rappresentano quindi la scienza alla base di Manutenzione basata sulle condizioni (CBM) e, più in generale, manutenzione predittiva — la pratica di riparare una macchina basandosi sui dati relativi alle sue condizioni misurate piuttosto che su un calendario prestabilito. I risultati raccolti vengono inseriti direttamente in analisi delle tendenze e, in definitiva, una stima di vita utile residua.
3. Metodi NDT comuni nella manutenzione degli impianti
Sebbene esistano decine di metodi di controllo non distruttivo (NDT), per valutare lo stato di salute degli impianti se ne utilizzano abitualmente alcuni fondamentali. Questi vengono spesso raggruppati sotto la denominazione di "tecnologie di monitoraggio delle condizioni":
- Analisi delle vibrazioni: misurare e interpretare le caratteristiche delle vibrazioni dei macchinari rotanti per individuare guasti meccanici quali squilibrio, disallineamento, difetti dei cuscinetti e problemi di ingranaggi.
- Analisi dell'olio (tribologia): analisi di laboratorio dell'olio lubrificante per valutare lo stato di salute sia dell'olio che della macchina, individuando particelle di usura, contaminanti e alterazioni chimiche.
- Termografia (analisi a infrarossi): utilizzando termocamere per individuare anomalie di temperatura che segnalano guasti elettrici, problemi di lubrificazione e altre anomalie.
- Analisi a ultrasuoni: rilevare i suoni ad alta frequenza per individuare le perdite di aria compressa, guasti elettrici e problemi di lubrificazione, nonché strettamente correlati a emissione acustica monitoraggio delle onde di sollecitazione (emissione acustica).
- Analisi del circuito motore (MCA): un metodo di prova elettrica utilizzato per valutare lo stato degli avvolgimenti e dell'isolamento di un motore.
Non esiste una singola tecnologia in grado di coprire ogni aspetto, ed è per questo che i programmi più affidabili ne combinano diverse. ISO 17359 fornisce il quadro generale per la selezione e la combinazione delle tecniche di monitoraggio delle condizioni, e nella pratica la scelta può essere guidata da un Selettore dei metodi di monitoraggio delle condizioni secondo la norma ISO 17359.
4. NDT per il rilevamento di difetti nei materiali
Oltre al monitoraggio delle condizioni dei macchinari attivi, i controlli non distruttivi (NDT) includono anche una serie di tecniche incentrate sulla ricerca di difetti fisici nei componenti statici, nelle saldature e nei materiali:
- Test visivo (VT): il metodo più semplice: l'ispezione visiva diretta di un componente, talvolta con l'ausilio di boroscopi o lenti di ingrandimento.
- Prova con liquidi penetranti (PT): un metodo economico per individuare difetti superficiali nei materiali non porosi. Si applica un colorante sulla superficie, che penetra nelle fessure, rendendole visibili alla luce ultravioletta.
- Test con particelle magnetiche (MT): utilizzato per individuare difetti superficiali e sub-superficiali nei materiali ferromagnetici. Il pezzo viene magnetizzato e vi vengono applicate particelle di ferro finissime, che si accumulano nel campo di dispersione del flusso magnetico che si forma sopra eventuali crepe o difetti.
- Controllo radiografico (RT): utilizza i raggi X o i raggi gamma per osservare l'interno di un materiale. Le radiazioni attraversano l'oggetto e vengono captate da una pellicola o da un rilevatore digitale; nell'immagine compaiono vuoti, crepe o variazioni di densità, proprio come in una radiografia medica.
- Test ad ultrasuoni (UT): invia onde sonore ad alta frequenza all'interno di un materiale tramite una sonda. Il suono rimbalza sulle strutture interne — la parete posteriore o un difetto — e, misurando il tempo di ritorno degli echi, l'ispettore può determinare lo spessore della parete e individuare, localizzare e quantificare i difetti interni. Il percorso del fascio e la lunghezza del campo vicino possono essere calcolati con un Calcolatore del percorso del fascio e del campo vicino UT.
La scelta del metodo di rilevamento dei difetti più adeguato, nonché la relativa certificazione del personale, è essa stessa standardizzata; un Selettore di metodi di controllo non distruttivo (ISO 9712) aiuta ad abbinare la tecnica al tipo di difetto e al materiale.
5. Quando è opportuno ricorrere all'analisi delle vibrazioni
Per le apparecchiature rotanti, l'analisi delle vibrazioni è solitamente il primo e più significativo metodo di controllo non distruttivo (NDT), poiché fornisce informazioni sulle condizioni dinamiche della macchina durante il funzionamento. I guasti si manifestano sotto forma di picchi caratteristici nel spettro di vibrazione, e la gravità viene valutata in base a criteri quali ISO 20816 (il moderno successore della norma ISO 10816). Quando lo spettro mostra una componente dominante con frequenza di un ciclo per giro, la soluzione non distruttiva è spesso il bilanciamento in campo, eseguito senza smontare il rotore. Un analizzatore portatile a due canali come il Balanset-1A misura l'ampiezza 1× e fase nei cuscinetti della macchina stessa e calcola immediatamente i pesi di correzione, trasformando una misurazione diagnostica NDT direttamente in una riparazione non distruttiva.
Tutti questi metodi hanno un unico obiettivo: fornire informazioni fondamentali sulle condizioni e sull'integrità di un bene senza danneggiarlo, in modo da poter prendere decisioni consapevoli in merito alla manutenzione, alla riparazione e alla sostituzione.
