Come funzionano gli strumenti a Ultrasuoni Airborne?
Come funzionano gli strumenti a Ultrasuoni Airborne?
L’analisi mediante ultrasuoni è una tecnica non invasiva che può essere applicati in vari campi:
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Rilevazione perdite di un fluido;
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Ispezione macchine e cuscinetti a sfera;
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Ispezioni impianti elettrici.
Queste analisi sono importanti in quanto consentono di contenere i costi energetici (perdite e attriti causano sprechi energetici), aumentano la disponibilità e la sicurezza degli impianti e dei macchinari con ovvi benefici sulla prevenzione dei rischi e del risparmio sulle polizze assicurative.
Gli ultrasuoni sono onde meccaniche sonore con frequenze superiori a quelle udibili dall'orecchio umano (circa 20 kHz). Gli strumenti a Ultrasuoni Airborne, grazie a un sensore piezoelettrico, trasformano le onde meccaniche in onde elettriche. Grazie a un'eterodina, la frequenza delle onde viene abbassata e resa udibile all'operatore attraverso le cuffie o un registratore.
Come fanno gli Ultrasuoni Airborne a rilevare le perdite di un fluido?
Le perdite di un generico fluido (gas o liquido) da una tubatura a pressione diversa da quella ambientale provoca, se la velocità di fuoriuscita è sufficiente, un moto turbolento con una formazione spontanea di onde acustiche. L’uomo riesce difficilmente a captare onde acustiche sopra i 14/15 kHz (persone con un udito eccezionale arrivano a sentire al massimo fino a 20 kHz), soprattutto se si trova in un ambiente rumoroso. La probabilità che un essere umano riesca ad udire il rumore scaturito da onde acustiche di intensità debole, generate dalle piccole perdite, è praticamente zero anche in una situazione di massimo silenzio. Ne consegue che, in un impianto industriale, la rilevazione ad orecchio delle perdite sia una tecnica alquanto grossolana e con una bassissima efficienza nell’individuare le perdite.
Per contro, se si abbandona il campo delle frequenze udibili e si entra nel campo degli ultrasuoni (≥ 20 kHz), si hanno 3 fondamentali vantaggi:
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Con l’opportuno strumento è possibile percepire anche l’ultrasuono generato da una piccolissima perdita;
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Gli ultrasuoni tendono a propagarsi unidirezionalmente dalla sorgente che li genera, quindi si è in grado di individuare con precisione la perdita;
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L’ambiente rumoroso per l’orecchio umano può rilevarsi silenzioso o meno rumoroso se analizzato nello spettro degli ultrasuoni.
La seguente figura illustra i concetti sopra esposti, come si vede il fluido che attraversa l'orifizio crea un moto definito "laminare" o "turbolento". Tale turbolenza genera delle componenti ultrasoniche che vengono rilevate dallo strumento e rese udibili all'operatore attraverso apposite cuffie. Generalmente è possibile osservare che, quanto maggiore è la perdita, tanto maggiore è il livello di ultrasuoni. Lo stesso fenomeno si crea nel caso di perdite di vuoto, ma avviene all'interno del recipiente e può essere rilevato ponendo a contatto con esso la sonda dello strumento a Ultrasuoni Airborne.
Di conseguenza, con un rilevatore di ultrasuoni come Ultraprobe® la rilevazione delle perdite in circuiti di aria compressa o altri gas diviene facile e veloce, siano impianti a pressione o a vuoto, perché, oltre a determinare la presenza della perdita, è possibile localizzare il punto preciso della fuga per un immediato intervento.
Ovviamente lo strumento è applicabile anche per l’ispezione di valvole, scaricatori di condensa, scambiatori di calore e potenzialmente in qualsiasi componente in cui scorre un fluido.
Tutte le apparecchiature Ultraprobe® rilevano segnali ultrasonori a 40kHz, con una banda passante tra 37 e 42 kHz, perché proprio in questo intervallo di valori vengono rilevati gli ultrasuoni generati dalle perdite di aria compressa e di altri gas.
I segnali, la cui intensità in decibel è visualizzata sul display, sono resi udibili all’operatore nella cuffia acustica e sono inequivocabili, anche in presenza di rumori ambientali diversi. Eventuali ultrasuoni concorrenti possono facilmente venir schermati. Ovviamente il tecnico per sfruttare a meglio la strumentazione deve essere formato e avere delle ore di esperienza sul campo.
Ispezione di macchine rotanti e cuscinetti a sfera
Ispezione di macchine rotanti e cuscinetti a sfera
Un’altra importante applicazione degli ultrasuoni nel campo della manutenzione è quella relativa alle macchine rotanti e ai cuscinetti a sfera. Utilizzando gli strumenti ULTRAPROBE l’analisi su tale componentistica risulta chiara ed efficace.
Sullo strumento viene montato un sensore magnetico che si attacca al macchinario e rileva gli ultrasuoni analizzati attraverso la "struttura del macchinario" (ispezioni "Structure Borne"). In questo modo dopo un’analisi mediante software e con una serie storica di dati è possibile capire:
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Le cause dei guasti dei cuscinetti;
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Se la politica di lubrificazione del cuscinetto è corretta o se ci si trova in uno stato di ipolubrificazione (scarsa lubrificazione) o di iperlubrificazione (eccessiva lubrificazione);
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Il livello di usura del cuscinetto.
In tutti questi casi, il primo segnale di allarme è dovuto all’ aumento dell’attrito, che inizialmente produce ultrasuoni e solo successivamente, quando il danno è già presente, iniziano a comparire le vibrazioni e i detriti rilevabili con l'analisi degli oli.
Spiegando meglio il procedimento di analisi ad ultrasuono si può affermare che, in generale, i movimenti meccanici producono un ampio spettro di suoni. Puntando su una stretta banda di frequenze ultrasoniche, Ultraprobe rileva sottili cambiamenti in ampiezza e qualità del suono. Tali cambiamenti, come stabilisce una ricerca della NASA, possono fornire un allarme tempestivo per prevenire un guasto in quanto ogni malfunzionamento è caratterizzato da uno spettro ultrasonico preciso.
Un aspetto molto importante è dunque la possibilità di una personalizzazione della lubrificazione dei cuscinetti di macchine critiche, infatti la lubrificazione programmata non sempre è la miglior politica manutentiva in quanto il fabbisogno di grasso di un cuscinetto può cambiare a seconda delle condizioni ambientali/operative e quindi richiedere una diversa quantità di lubrificante.
L’importanza di una corretta manutenzione degli organi in movimento e dei cuscinetti è importante anche dal punto di vista energetico in quanto avere un minor attrito implica un minor consumo di elettricità.
Sicurezza degli impianti elettrici
Sicurezza degli impianti elettrici
Le ispezioni a ultrasuoni sono utili anche nei reparti di manutenzione elettrica, dove generalmente si eseguono controlli di routine di quadri elettrici, sottostazioni, linee di trasmissione ad alta tensione e linee di distribuzione. Data la crescente attenzione alla sicurezza sul lavoro e ai pericoli di fiammate ad arco ed esplosioni, la possibilità di eseguire a distanza rilevazioni a ultrasuoni è estremamente preziosa. Interferenze radio e Tv sono i problemi tipici lamentati dalle compagnie di telecomunicazione. Spesso la sorgente del disturbo può essere fatta risalire a un trasformatore difettoso o ad un interruttore malfunzionante. Determinare con esattezza la causa del guasto risulta veloce e semplice con un controllo a ultrasuoni. La natura direzionale degli ultrasuoni, indirizzati da una parabola, permette di rilevare le eventuali anomalie mantenendo una distanza di sicurezza.
Inoltre fenomeni di guasto elettrico come l'arco elettrico, il tracking e le anomalie come l’effetto corona e le micro scariche producono il fenomeno della ionizzazione delle molecole d'aria circostanti (che anch’esso genera ultrasuoni).
Lo strumento Ultraprobe rileva il suono ad alta frequenza prodotto dall'aria ionizzata e lo traduce, attraverso il fenomeno dell'eterodina, nella gamma udibile. La qualità del suono ad ogni tipo di emissione è ascoltato in cuffia, mentre l'intensità del segnale è rilevata sul display.
È quindi possibile utilizzare gli ultrasuoni per la rilevazione di guasti e anomalie elettriche in quanto normalmente, tali apparecchiature sono silenziose, anche se, i trasformatori possono produrre un costante ronzio, che è facile distinguere dai suoni irregolari emessi dalle scariche elettriche.
Perché nelle nostre ispezioni usiamo solo gli ultrasuoni Airborne?
Perché nelle nostre ispezioni usiamo solo gli ultrasuoni Airborne?
Molti apparecchi poco costosi presenti sul mercato vengono definiti sensori a ultrasuoni ma, a dir la verità, sono solo semplici amplificatori di rumori. È relativamente facile costruire un'elettronica che sia in grado di rilevare gli ultrasuoni, mentre è molto più complesso, e richiede competenze, esperienze e costi elevati, realizzare un'elettronica che sia in grado di rilevare soltanto ultrasuoni di una determinata frequenza e in modo preciso.
La serie avanzata Ultraprobe riesce ad eliminare tutti gli ultrasuoni "parassiti", concentrandosi solo sugli ultrasuoni da analizzare.
Nel condition monitoring gli operatori, oltre ad osservare il livello preciso di intensità ultrasonica a una determinata frequenza, possono, tramite le strumentazioni di alto livello come l'Ultraprobe 15000, ascoltare la qualità del suono resa udibile all'orecchio umano, fare la registrazione del suono, memorizzare e gestire i dati ma, soprattutto, ed è questa la ciliegina che fa la differenza dell'Ultraprobe 15000, rispetto a tutti gli altri apparecchi esistenti nel mondo, possono rivedere in continuazione il suono registrato in maniera molto semplice, in quanto lo strumento è in grado, tramite il suo schermo a bordo, di visualizzare subito gli spettri.
Bisogna infine precisare che tutte le analisi vengono effettuate a stabilimento in marcia quindi non si ha bisogno di programmare fermi per le ispezioni. Anzi la marcia dell’impianto è necessaria affinchè la strumentazione possa rilevare gli ultrasuoni che a impianti fermi non verrebbero generati.
