Analisi delle vibrazioni e sicurezza sul lavoro: il ruolo della manutenzione

Per comprendere cosa sono le vibrazioni, dobbiamo scomodare la fisica, la quale ci ricorda che una vibrazione genera un’oscillazione di piccola ampiezza e con una grande frequenza.

Le vibrazioni si verificano in molti scenari e sono scatenate da diverse sorgenti, che possono essere:

• Naturali come le vibrazioni sismiche
• Sonore come quelle prodotte da uno strumento musicale
• Artificiali quando prodotte da mezzi e infrastrutture costruite dall’uomo

Riferendoci al nostro campo d’interesse, ovvero il settore industriale, si utilizza la tecnica della vibrometria per misurare e registrare l’ampiezza e la frequenza di una vibrazione.

Cosa sono le vibrazioni meccaniche, invece? Questa volta è la fisica dello stato solido a spiegarci che la propagazione delle onde elastiche, unita alla proprietà di trasporto nei solidi, porta all’oscillazione meccanica di un componente di un macchinario o di un elettroutensile.

Le oscillazioni meccaniche si possono catalogare in:

• Libere, quando su un punto viene esercitata una forza elastica con una intensità sufficientemente grande.
• Forzate, quando alle forze elastiche libere si aggiungono altre forze esterne (ad es. il battere di un martello).

In Italia il Testo unico sulla sicurezza sul lavoro (D.Lgs. 81/08), al Titolo VIII Capo III, si occupa nel dettaglio dei rischi da esposizione dei lavoratori a vibrazioni meccaniche.

Vi è un vero e proprio obbligo in capo ai datori di lavoro di ridurre le vibrazioni meccaniche dei macchinari ed elettroutensili utilizzati dai lavoratori, al fine di proteggere la loro salute contro lesioni all’apparato scheletrico e agli organi interni.

Ecco perché il Testo unico stabilisce, all’articolo 201, i valori limite di esposizione del lavoratore alle vibrazioni e i valori d'azione limite su base giornaliera. Tali valori limite sono espressi in m/s² (metro al secondo quadrato) in un periodo di riferimento di otto ore lavorative.

Per far sì che le vibrazioni rientrino all’interno dei limiti imposti dalla legge, il datore di lavoro deve misurare i livelli di vibrazioni meccaniche a cui l’addetto è esposto. Come vedremo nella sezione sottostante dedicata agli strumenti professionali per la misurazione delle vibrazioni, sono disponibili misuratori di vibrazioni meccaniche per ogni esigenza e campo industriale di applicazione.

Definiamo ora le vibrazioni sul lavoro per come sono espresse dal Testo unico.

Cosa sono le vibrazioni? Sicurezza sul lavoro

Per comprendere cosa sono le vibrazioni sul lavoro dobbiamo fare riferimento all’articolo 200 del Testo unico sulla sicurezza sul lavoro, il quale definisce come segue le vibrazioni trasmesse all’operatore.

• Trasmissione delle vibrazioni meccaniche al sistema braccio-mano: quelle vibrazioni che possono causare disturbi vascolari, osteoarticolari muscolari e neurologici. Spesso sono causati da martelli pneumatici, scalpellatori, chiodatrici e trapani a percussione.
• Trasmissione delle vibrazioni meccaniche al corpo intero: quelle vibrazioni che possono causare lombalgie e traumi del rachide. Rientrano in tale ambito di rischio i trattori agricoli, gli escavatori, ruspe e le piattaforme vibranti.

Dunque, esistono dei rischi oggettivi per i lavoratori esposti alle vibrazioni meccaniche, che il responsabile della sicurezza e il datore di lavoro devono tenere in considerazione. Vediamo, allora, quali strumenti possono venire in aiuto per la misurazione delle vibrazioni nei luoghi di lavoro.

Per l’analisi del rumore e delle vibrazioni i professionisti utilizzano il misuratore di vibrazioni, o vibrometro, in grado di misurare i seguenti parametri:

• Accelerazione
• Spostamento
• Velocità

I vibrometri evoluti misurano l’accelerazione grazie a un accelerometro triassiale e sono dotati di un tachimetro laser per la rilevazione della velocità.

Un misuratore di vibrazioni è progettato come dispositivo portatile dalle dimensioni contenute, così che possa essere utilizzato in ambienti interni ed esterni. Di solito, sono a tenuta ermetica, così da garantire un utilizzo efficace anche in ambienti condizionati da elevata umidità o dalla presenza di altri liquidi.

Ne esistono diverse versioni per soddisfare un’ampia gamma di esigenze industriali:

• Misurazione dell’incidenza delle vibrazioni sul corpo del lavoratore (ad esempio macchinari con operatore a bordo)
• Automazione in fabbrica
• Vibrazioni nei sistemi HVAC
• Manutenzione degli impianti di lavorazione e confezionamento

Per quanto riguarda il funzionamento, il misuratore di vibrazioni è supportato da un software esterno installato su computer e, nelle versioni con display, da un software onboard. I dispositivi più innovativi possono essere collegati a un’applicazione scaricabile su smartphone.

Il software guida l’operatore in ogni fase della rilevazione e può anche indicare le priorità una volta individuato il guasto o il disallineamento che causa la vibrazione o le vibrazioni.

I dispositivi sono spesso dotati di una memoria a bordo sufficiente a registrare molte ore di rilevazione e per più macchinari. Dati che successivamente possono essere scaricati su PC per un'analisi approfondita e per il confronto con le rilevazioni precedenti.

Dal nostro catalogo potrai scoprire diversi tipi di misuratori di vibrazioni e scegliere quello più adatto alle tue esigenze.

L’analisi delle vibrazioni meccaniche utilizza diverse tecniche consolidate, le quali oggi possono trarre grande vantaggio dall’automazione, che passa attraverso i sensori di vibrazione installati a bordo dei macchinari e dall’intelligenza artificiale (IA), che fornisce indicazioni alla luce dei dati analizzati.

Procediamo con ordine e conosciamo in sintesi alcune tecniche di analisi delle vibrazioni meccaniche.

• Misurazione di un punto singolo: con cui si prende in considerazione la misurazione di un punto specifico dell’oggetto da diagnosticare.
• Analisi spettrale: si utilizzano gli analizzatori di spettro per scomporre il segnale di vibrazione in più frequenze, così da individuare la frequenza che indica una vibrazione anomala e la conseguente causa.
• Analisi temporale: basandosi su un’analisi delle vibrazioni nel tempo, aiuta a identificare problemi di natura intermittente. Alla base di tale tecnica c’è la misurazione dell’accelerazione massima.

L’intelligenza artificiale è agnostica rispetto alla tecnica utilizzata, il suo ruolo nell’analisi è di supporto a chi si occupa di rilevare i malfunzionamenti. Gli algoritmi intelligenti ben istruiti, infatti, possono analizzare una grande mole di dati e scovare un’ampia serie di anomalie che un operatore da solo non sarebbe in grado di rintracciare.

L’IA può così essere applicata all’analisi delle vibrazioni per la diagnostica delle macchine rotanti, delle macchine statiche, di quelle elettromeccaniche e così via.

L’analisi delle vibrazioni nei sistemi meccanici è fondamentale per ridurre le rotture dei macchinari e il conseguente fermo della produzione.

Il misuratore di vibrazioni, infatti, ha la capacità di individuare le vibrazioni che si manifestano all’interno di diversi tipi di macchinari industriali, garantendo una diagnosi in tempo dei guasti meccanici nelle seguenti situazioni:

• Cuscinetti difettosi o consumati
• Disallineamento di parti in movimento (ingranaggi) o statiche (parti di un ponte)
• Sbilanciamento
• Allentamento (ad esempio di dadi e bulloni)

Quando occorre un monitoraggio continuo delle vibrazioni diventa opportuno implementare i sensori di vibrazione. Conosciuti anche come sensori piezoelettrici, sfruttano l’effetto piezoelettrico per rilevare l’accelerazione, la forza e la deformazione.

Le misure rilevate dal sensore di vibrazione sono convertite in una carica elettrica per essere registrate e valutate alla luce di parametri standard. In questo modo, l’infrastruttura o il macchinario oggetto del monitoraggio resta sempre sotto osservazione.

In ambito industriale i sensori di vibrazione sono utilizzati per monitorare le prestazioni dei compressori, di motori e pompe, oppure per la rilevazione di vibrazioni dovute a urti, o simili.

Dal nostro catalogo potrai scegliere i sensori di vibrazione adatti al tuo settore, compresi gli accelerometri, gli estensimetri e i sensori microfonici.

I rischi di una mancata manutenzione

Non effettuare la manutenzione dei macchinari e degli impianti industriali è ben noto che alla lunga può condurre a rischi gravi. Un macchinario può rompersi e causare lesioni all’addetto, oppure semplicemente smettere di funzionare, arrecando un danno economico all’impresa ben superiore al costo dell’attività di manutenzione.

Nello specifico, con un controllo periodico effettuato da un misuratore di vibrazioni è possibile rilevare per tempo, ad esempio, se i bulloni che fissano il motore si stanno allentando.

Nel caso di macchinari con operatore a bordo, rilevare e correggere per tempo le vibrazioni anomale eviterà danni fisici a quest’ultimo.

L’analisi delle vibrazioni nella manutenzione predittiva

L’analisi delle vibrazioni nei sistemi meccanici può oggi avvalersi di tecnologie di automazione che demandano a dispositivi hardware la cattura delle vibrazioni (i sensori di vibrazioni) e ai software di analisi dei dati la verifica.

Questo significa poter rilevare tempestivamente le vibrazioni anomale all’interno di un impianto industriale per intervenire in anticipo rispetto a una potenziale rottura. Non solo, la manutenzione predittiva garantisce ai macchinari industriali sempre un corretto funzionamento, prolungando la vita tecnica e riducendo i consumi energetici per il suo funzionamento.

Mediante la nostra guida alle vibrazioni meccaniche hai innanzitutto riscoperto che cosa sono le vibrazioni e la loro importanza per la salute dei lavoratori e per la manutenzione dei macchinari.

Grazie agli strumenti di misurazione delle vibrazioni e alle tecniche più accreditate, oggi supportate dall’IA, la diagnosi delle vibrazioni meccaniche porta a un approccio predittivo alla manutenzione di qualsiasi apparato statico o in movimento soggetto al rispetto dei livelli massimi di vibrazioni imposti dalla normativa.

Grazie, altresì, a un catalogo dotato degli strumenti di misura ambientali per la manutenzione e l’automazione innovativi, ti supportiamo nel percorso di aggiornamento e miglioramento della tua attività.