Accelerazione, velocità e spostamento
Una vibrazione si descrive con quanto si sposta una superficie (spostamento), con quale velocità (velocità) o con quale rapidità cambia questa velocità (accelerazione). Per una singola vibrazione sinusoidale di frequenza f, le tre grandezze sono legate dalla pulsazione ω = 2πf:
v = a / (2πf) d = v / (2πf)
La stessa velocità significa quindi un grande spostamento a bassa frequenza e una grande accelerazione ad alta frequenza. Per questo lo spostamento si usa per alberi lenti e strutture, la velocità per lo stato generale delle macchine e l’accelerazione per cuscinetti e ingranaggi.
Picco, efficace e picco-picco
Ogni grandezza si può esprimere in tre modi:
- Picco: il valore massimo in un ciclo
- Efficace (RMS): picco / √2 per una sinusoide
- Picco-picco: l’escursione totale, 2 × picco
Per convenzione l’accelerazione si dà di solito come picco (g), la velocità come valore efficace (mm/s o in/s) e lo spostamento come picco-picco (µm o mils). Verificate sempre quale usa una scheda tecnica o un limite: confondere spostamento efficace e picco-picco è un errore di 2,8 volte.
Esempio di calcolo
Un cuscinetto di pompa mostra 4,5 mm/s efficaci a 50 Hz (3000 giri/min):
- Velocità di picco 6,36 mm/s, picco-picco 12,73 mm/s
- Accelerazione di picco 0,204 g (2,00 m/s²)
- Spostamento picco-picco 40,5 µm
- Un accelerometro da 100 mV/g dà 20,4 mV di picco, 14,4 mV efficaci
Per una macchina da 15–300 kW su fondazione rigida, 4,5 mm/s è il limite tra le zone C e D della ISO 10816-3.
Zone di severità
La ISO 10816-3 valuta le macchine sopra 15 kW in base alla velocità efficace a banda larga misurata sui supporti dei cuscinetti, da 10 a 1000 Hz:
- Zona A: macchine appena messe in servizio
- Zona B: accettabile per funzionamento prolungato senza limitazioni
- Zona C: non adatta al funzionamento continuo prolungato; pianificare la manutenzione
- Zona D: abbastanza severa da causare danni
I limiti dipendono dalla taglia della macchina e dalla rigidità della fondazione. La ISO 20816-3:2022 ha sostituito la ISO 10816-3; contratti e norme di stabilimento citano spesso ancora l’edizione precedente, quindi usate quella valida per il vostro collaudo.
Scegliere un accelerometro
Il convertitore mostra l’accelerazione che vedrà il sensore. Scegliete un campo di misura con margine per urti e armoniche, e un campo di frequenza che copra la velocità di rotazione e le frequenze dei cuscinetti. I sensori per uso generale sono da 100 mV/g; per macchine lente con accelerazioni piccole usate 500 mV/g o più. Per i loop verso un PLC, i trasmettitori di vibrazioni 4–20 mA forniscono direttamente la velocità efficace; scalateli con il convertitore 4–20 mA.
Errori frequenti
Applicare conversioni a frequenza singola a valori globali. Una lettura a banda larga contiene molte frequenze; dividere un’accelerazione globale per 2πf alla velocità di rotazione non dà la velocità globale.
Mescolare picco ed efficace. Alcuni strumenti portatili mostrano valori «di picco» calcolati come √2 × efficace («picco derivato»), diversi dal vero picco di un segnale reale.
Ignorare il campo di frequenza. Due strumenti con filtri diversi possono mostrare valori globali diversi sulla stessa macchina.
Domande frequenti
Quali unità sono supportate?
Accelerazione in g e m/s², velocità in mm/s e in/s, spostamento in µm e mils (millesimi di pollice).
1 g vale esattamente 9,81 m/s²?
La conversione usa la gravità normale, 9,80665 m/s².
La valutazione per zone vale per ogni macchina?
Solo per i gruppi di macchine e le condizioni della ISO 10816-3. Macchine alternative, turbine eoliche e altre hanno parti proprie della norma.