ISO 20816-3: le quattro zone, e la riga che quasi nessuno legge
Quasi tutti conoscono le quattro zone. Molti meno hanno letto il paragrafo in cui la norma spiega che gli allarmi non vanno messi sui confini delle zone. È l’errore più comune nel monitoraggio delle vibrazioni, e costa in due modi opposti: allarmi che non scattano mai e allarmi che scattano sempre.
Che cosa misura la norma, esattamente
La ISO 20816-3 valuta la velocità efficace di vibrazione — il valore RMS — misurata sulle parti non rotanti della macchina, tipicamente sui supporti dei cuscinetti, nelle tre direzioni orizzontale, verticale e assiale. La banda di misura va da circa 10 a 1000 Hz.
Si usa la velocità e non lo spostamento o l’accelerazione perché, alle velocità di rotazione industriali normali, è la grandezza che segue meglio l’energia che produce fatica nel materiale. Un singolo numero, in millimetri al secondo, che un capoturno può interpretare senza avere un analista a disposizione.
La parte 3 si applica alle macchine industriali sopra i 15 kW, con velocità fra 120 e 30.000 giri al minuto.
Prima domanda: gruppo 1 o gruppo 2
La classificazione dipende dalla potenza. Il Gruppo 1 raccoglie le macchine grandi, sopra i 300 kW; il Gruppo 2 quelle medie, da 15 a 300 kW. La revisione del 2021 ha semplificato le cose rispetto alla vecchia ISO 10816-3: i gruppi 3 e 4 sono stati eliminati, e le pompe rientrano fra le macchine rotanti normali.
Seconda domanda: supporto rigido o flessibile
Qui c’è un criterio preciso, e non è a sensazione. Il supporto si considera rigido se la frequenza naturale più bassa dell’insieme macchina-fondazione, nella direzione di misura, sta almeno il 25 % sopra la frequenza di eccitazione principale — nella maggior parte dei casi la frequenza di rotazione. Tutto il resto è flessibile.
Nel dubbio c’è una prova pratica: si misura la vibrazione sulla fondazione, accanto alla macchina. Se è molto più bassa di quella sul supporto del cuscinetto, la fondazione è probabilmente rigida. Se è simile, si comporta da supporto flessibile.
La distinzione conta perché un supporto flessibile, a parità di squilibrio, ammette ampiezze maggiori: i limiti sono più alti.
Le quattro zone
| Confine | Gruppo 1 rigido | Gruppo 1 flessibile | Gruppo 2 rigido | Gruppo 2 flessibile |
|---|---|---|---|---|
| A / B | 2,3 | 3,5 | 1,4 | 2,3 |
| B / C | 4,5 | 7,1 | 2,8 | 4,5 |
| C / D | 7,1 | 11,0 | 4,5 | 7,1 |
Valori di velocità efficace in mm/s. Sono linee guida generali: tipi specifici di macchina possono avere limiti diversi, e le indicazioni del costruttore hanno la precedenza.
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La riga che quasi nessuno legge
Ecco il punto. La norma non dice di mettere l’allarme sul confine fra zona B e zona C. Dice un’altra cosa, e la dice chiaramente: l’allarme si imposta sul valore della macchina sana più il 25 % del limite superiore della zona B. E non dovrebbe comunque superare 1,25 volte quel limite.
Un esempio con i numeri
Motore da 75 kW su fondazione rigida: è Gruppo 2, rigido. Il limite superiore della zona B è 2,8 mm/s, quindi il passo è il 25 % di quel valore: 0,7 mm/s.
Se dopo la messa in servizio la macchina si assesta a 1,2 mm/s, l’allarme va a 1,9 mm/s — non a 2,8. E in nessun caso dovrebbe stare sopra 3,5 mm/s, cioè 1,25 × 2,8.
La soglia di fermata segue una logica diversa: non dipende dalla linea di base, perché protegge l’integrità meccanica. La norma suggerisce di non superare 1,25 volte il limite superiore della zona C: 5,6 mm/s per il Gruppo 2 rigido, 8,9 per il Gruppo 1 rigido.
La differenza non è accademica. Quella macchina a 1,2 mm/s può raddoppiare la sua vibrazione — un peggioramento serio, che indica qualcosa che sta cambiando — e restare comodamente sotto i 2,8. Con l’allarme sul confine di zona, nessuno se ne accorge finché il danno non è avanzato.
E vale anche il contrario. Una macchina che sta bene ma vibra per natura a 2,5 mm/s, con l’allarme sul confine, suona in continuazione. Dopo due settimane qualcuno lo disabilita.
C’è un corollario che discende da qui: la linea di base va riaggiornata ogni volta che la macchina cambia davvero, per esempio dopo una revisione. Un allarme tarato su una baseline vecchia è un allarme sbagliato.
Quello che la norma non può vedere
La banda di misura si ferma a 1000 Hz, e questo è deliberato: sotto quella soglia c’è l’energia che conta per la fatica strutturale. Sbilanciamento, disallineamento, allentamenti meccanici, risonanze: la severità vibratoria li descrive bene.
I difetti dei cuscinetti no. Quando una pista comincia a sfaldarsi, la vibrazione complessiva quasi non cambia: cambia la forma del segnale. Compaiono urti brevi che si ripetono a una frequenza precisa, decisa dalla geometria del cuscinetto e dal numero di giri, e quell’energia vive molto più in alto — tipicamente fra uno e sei kilohertz.
Un valore di velocità efficace in zona A può convivere con un cuscinetto che sta cedendo. Non è un difetto della norma: è che sta rispondendo a una domanda diversa. Per i cuscinetti servono altri indicatori — la kurtosi calcolata in banda alta, e soprattutto l’analisi di inviluppo confrontata con le frequenze caratteristiche — e serve un sensore che quella banda la raggiunga.
In pratica
- Stabilisci gruppo e tipo di supporto prima di guardare qualsiasi numero: sbagliare qui significa usare la colonna sbagliata della tabella.
- Misura sui supporti dei cuscinetti, nelle tre direzioni. La direzione dominante è già un’informazione diagnostica.
- Registra la linea di base a macchina sana, dopo la messa in servizio o la revisione.
- Imposta l’allarme sulla linea di base più il 25 % del limite di zona B, non sul confine.
- Non fidarti della sola zona per i cuscinetti. Se ti serve quello, ti serve anche la banda alta.
Come lo facciamo noi
Il sensore VBox4AI misura la velocità efficace 10–1000 Hz sui tre assi e classifica la zona secondo la norma. La linea di base la impara da sé osservando la macchina, e la soglia la costruisce come dice la ISO. Sopra ci mettiamo la banda alta, per quello che la norma non vede.
Questo articolo riassume i criteri generali della ISO 20816-3 a scopo divulgativo. Per un’applicazione formale fa fede il testo della norma e, quando disponibili, i limiti indicati dal costruttore della macchina.