Rilevazione perdite di aria compressa nonostante le fonti di interferenza ultrasonica

Il rumore di produzione nella gamma udibile viene efficacemente filtrato dalla telecamera ad ultrasuoni e non interferisce con la rilevazione perdite; è quindi possibile effettuare misurazioni affidabili anche in capannoni rumorosi. Inoltre, in molti ambienti di produzione non sono presenti interferenze ultrasoniche o sono minime; in questi casi la rilevazione delle perdite avviene immediatamente. In alcune aree, tuttavia, si verificano fonti di interferenza ultrasonica più intense. Per queste situazioni più complesse esistono soluzioni collaudate che consentono di gestire meglio le interferenze e di localizzare comunque le perdite in modo affidabile. Questa guida spiega come.

Molti rumori di produzione rientrano nella gamma dei suoni udibili e interferiscono solo in misura limitata con la rilevazione delle perdite tramite ultrasuoni. Anche in aree dell’impianto con fonti di disturbo a ultrasuoni di media intensità, è spesso possibile rilevare in modo affidabile, soprattutto durante il funzionamento, perdite di aria compressa di medie e grandi dimensioni – in particolare da distanze di misura brevi a medie.

È tuttavia importante tenere presente che non tutte le sorgenti ultrasoniche visibili corrispondono automaticamente a una perdita. Negli impianti automatizzati, anche gli sfiati pneumatici, le valvole, i movimenti delle macchine, i processi di attrito o i riflessi possono generare segnali ultrasonici. È quindi determinante verificare se queste fonti di disturbo si trovino nella stessa finestra di frequenza del segnale di perdita ricercato. Una telecamera ad ultrasuoni localizza le sorgenti sonore all’interno di un intervallo di frequenza definito e rende visibili i punti caldi sospetti. La valutazione viene poi effettuata nel contesto dell’impianto – ad esempio in base ai componenti sotto pressione, alla cadenza, all’angolo di visione, allo spettro di frequenza, alla distanza di misura e alla stabilità della visualizzazione.

Nel caso dell’aria compressa, sono soprattutto le perdite medie e grandi a offrire di norma il massimo potenziale di risparmio. Allo stesso tempo, esse rappresentano fonti ultrasoniche intense e dovrebbero essere riparate per prime nella maggior parte dei casi. Nel caso dei gas tecnici e delle applicazioni sotto vuoto, invece, anche le perdite più piccole possono avere una grande rilevanza, ad esempio per motivi di qualità, di processo o di sicurezza. Se si devono individuare perdite molto piccole in ambienti acusticamente complessi, fattori fisici quali l’attenuazione acustica, i riflessi e il rapporto segnale-rumore nel punto di misurazione assumono un ruolo più rilevante.

Per sfruttare appieno il potenziale della tecnologia delle telecamere ad ultrasuoni, si raccomanda una strategia di misurazione adeguata, la scelta corretta dell’apparecchiatura e un’interpretazione attendibile dei risultati di misurazione. Saremo lieti di consigliarvi quale rilevatore di perdite sia più adatto al vostro ambiente di produzione e di supportarvi con corsi di formazione online o in loco per un utilizzo ottimale.

Esempio pratico tratto da un impianto automatizzato: i movimenti di processo, i sistemi pneumatici o i riflessi possono generare diversi punti caldi. Le perdite rilevanti devono essere attribuite ai componenti sotto pressione.

Migliore è il rapporto segnale-rumore nella finestra di frequenza corrispondente, tanto più efficacemente e a maggiore distanza è possibile rilevare le perdite. In un ambiente ultrasonico tranquillo è quindi possibile individuare perdite fisicamente molto più piccole rispetto ad aree con forti fonti di disturbo.

Verificare la presenza di un punto caldo sul componente sotto pressione
In primo luogo, è necessario verificare la plausibilità di un punto caldo sull'impianto. Una vera e propria perdita si verifica in un punto sottoposto a pressione, ad esempio in un raccordo a vite, un giunto, una tubazione, un raccordo, una guarnizione o una valvola. Se invece un punto caldo viene rilevato su una parete, una lamiera, un vetro protettivo o sul pavimento, potrebbe trattarsi di un riflesso.

Principi fisici: gli ultrasuoni vengono fortemente riflessi dalle superfici rigide. La telecamera può quindi indicare apparentemente una sorgente sulla superficie riflettente, anche se la vera sorgente sonora si trova altrove.

Misura da adottare: modificare l’angolo di osservazione ed eseguire nuovamente la misurazione. Una vera perdita rimane visibile in modo stabile sul componente. Un riflesso invece si sposta, cambia posizione o scompare.

Ridurre la distanza di misura
Se il segnale della perdita è troppo debole rispetto al rumore di fondo ultrasonico, è opportuno ridurre la distanza dalla fonte presunta, ad esempio a circa 1 m o, in caso di misurazione ravvicinata, anche di più.

Principi fisici: la pressione sonora di una sorgente diminuisce all’aumentare della distanza. Se la distanza dalla perdita si riduce, il livello di pressione sonora misurato dall’array di microfoni aumenta. Allo stesso tempo, le sorgenti di disturbo più lontane perdono relativamente di importanza. In questo modo migliora il rapporto segnale/rumore.

Misura da adottare: avvicinarsi al componente sotto pressione e eseguire nuovamente la scansione dell’area. Ciò è spesso determinante, soprattutto in caso di perdite deboli.

Verifica dello spettro di frequenza e spostamento della finestra di frequenza
Il display FFT aiuta a individuare le frequenze di disturbo dominanti nell'ambiente di misurazione. Se nella finestra di frequenza attualmente selezionata sono presenti forti componenti ultrasoniche, il display può diventare instabile o coprire un segnale di dispersione.

Contesto fisico: le perdite generano solitamente ultrasuoni a banda larga. Le fonti di disturbo, invece, possono dominare determinate bande di frequenza. Se la finestra di frequenza attiva viene spostata in modo tale che le forti componenti di disturbo si trovino al di fuori della finestra, la separazione tra perdita e disturbo migliora.

Misura: spostare la finestra di frequenza in un’area con meno interferenze. Nella pratica, è spesso opportuno testare gamme di frequenza più elevate. A tal proposito, occorre tenere presente che le frequenze ultrasoniche più elevate vengono attenuate maggiormente dall’aria. Per distanze maggiori, possono quindi risultare vantaggiose gamme di frequenza più basse o medie.

Regolazione della sensibilità, della soglia e della dinamica
Con UltraCam LD 500/510, l’utente può regolare la sensibilità acustica e la soglia in base all’ambiente circostante. La soglia determina a partire da quale livello di pressione sonora un evento acustico viene visualizzato come hotspot. Se la soglia viene aumentata o la sensibilità ridotta, i deboli segnali di fondo vengono soppressi. L’immagine ecografica appare più pulita ed è più facile da interpretare. La LeakCam 600 supporta inoltre l’utente tramite una regolazione automatica della dinamica dell’immagine ecografica. In modalità automatica, il sistema analizza la distribuzione dei livelli nell’immagine ecografica e regola la visualizzazione in modo da ottenere un’immagine il più chiara possibile. In modalità manuale, l’utente può regolare autonomamente la soglia in base alle condizioni locali.

Contesto fisico: una riduzione della sensibilità o una soglia più alta non migliorano il segnale reale di perdita, ma eliminano i segnali più deboli. In questo modo la visualizzazione diventa più stabile, ma perdite molto piccole o molto distanti potrebbero non essere più visibili in determinate circostanze.

Misura: in caso di forti disturbi, aumentare la soglia o ridurre la sensibilità. Se si cercano microperdite, ridurre il rumore ambientale, avvicinarsi alla fonte, selezionare una finestra di frequenza pulita e aumentare nuovamente la sensibilità di conseguenza.

Eliminare prima le fonti sonore dominanti
Perdite intense, scarichi aperti, bagni a ultrasuoni, ventilatori, soffianti o altre fonti dominanti possono coprire le perdite più deboli.

Fondamenti fisici: in presenza di più sorgenti ultrasoniche nel range di misura, la sorgente più forte domina la rappresentazione. Di conseguenza, le perdite più piccole possono scomparire dall’immagine ultrasonica o non essere valutate con certezza.

Misura: contrassegnare, documentare, eliminare o disattivare temporaneamente le sorgenti dominanti. Successivamente, eseguire una nuova scansione dell’area. Spesso le perdite più deboli diventano visibili solo dopo aver rimosso le sorgenti più intense.

Osservare lo stato del processo
Negli impianti automatizzati molte sorgenti ultrasoniche si presentano solo temporaneamente. Ne sono esempi i cicli pneumatici, le valvole, i cilindri, i processi di avvitamento, le presse, la rettifica, la foratura, la fresatura o gli scarichi a intervalli regolari.

Contesto fisico: una vera e propria perdita genera solitamente un segnale ultrasonico relativamente stabile e riproducibile fintanto che è presente la pressione. Le sorgenti legate al processo, invece, si verificano spesso in sincronia con movimenti, cicli o fasi di lavorazione.

Misura da adottare: verificare se il punto critico è visibile in modo permanente o se si manifesta solo durante una determinata fase del processo. Se necessario, ripetere la misura durante una fase di fermo macchina o in un periodo non dedicato alla produzione.

Aumentare temporaneamente la pressione di sistema
Se consentito dal processo, la pressione di sistema può essere temporaneamente aumentata fino alla pressione di servizio massima consentita.

Principi fisici: con l'aumentare della pressione differenziale, in caso di perdita, la portata volumetrica in uscita aumenta di norma. Di conseguenza, il livello degli ultrasuoni generati aumenta e la perdita diventa più facilmente rilevabile.

Misura da adottare: aumentare la pressione solo entro i limiti di esercizio consentiti e quindi ripetere la misurazione. Questa misura è particolarmente utile in caso di perdite di entità ridotta o al limite della rilevabilità.

Effettuare la misura in fasi tranquille del processo
Se, nonostante le impostazioni ottimizzate e la distanza di misura ridotta, non è possibile individuare con certezza la perdita, la misura dovrebbe essere ripetuta in una fase più tranquilla.

Principi fisici: la minima perdita rilevabile è limitata in modo significativo dal rapporto segnale/rumore. Quanto minore è il rumore di fondo ultrasonico, tanto più deboli sono i segnali di perdita che possono essere rilevati.

Misura da adottare: cercare le microperdite, se possibile, durante i periodi di inattività produttiva, le fasi di fermo o quando le fonti di disturbo sono disattivate.

Una rilevazione perdite affidabile non dipende solo dalla massima sensibilità dello strumento, ma anche dalla migliore separazione possibile tra il segnale di perdita e il rumore di fondo. I parametri di regolazione più importanti sono la distanza di misura, l’angolo di visione, la finestra di frequenza, la soglia, la sensibilità, lo stato del processo e la riduzione delle fonti ultrasoniche dominanti.
Un'immagine ultrasonica stabile è utile, ma non deve essere confusa con una maggiore capacità di rilevamento fisico. Se si riduce la sensibilità o si aumenta la soglia, le piccole perdite potrebbero non essere rilevate. 
Per le microperdite vale quindi quanto segue: misurare il più vicino possibile, ridurre le fonti di disturbo, scegliere una finestra di frequenza pulita ed eseguire la misura in un ambiente il più possibile tranquillo.