Introduzione alla termografia

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1 Introduzione alla termografia La TERMOGRAFIA IR è una tecnica diagnostica assolutamente non distruttiva che, misurando la radiazione infrarossa emessa da un corpo, è in grado di determinarne la temperatura superficiale. Vengono generate delle mappe in falsi colori, rappresentative delle zone indagate. Queste mappe associano ad una temperatura rilevata un colore corrispondente. La sensibilità dell apparecchiatura può arrivare anche ad alcuni centesimi di grado. La mappatura della temperatura superficiale è fondamentale per poter valutare lo stato di conservazione dei materiali stessi. Materiali a differenti temperature sono sintomatici di patologie di degrado in atto sull edificio o sull impianto tecnologico analizzato. Esempio di immagine termografica di un paramento murario dove sono evidenziate differenti temperature, tali differenze evidenziano la presenza di un materiale in buono stato di conservazione ed uno in cattivo stato. A che cosa serve la termografia La termografia IR può essere usata su moltissime fasi nel processo manutentivo: Fase preventiva per poter quantificare l intervento sul bene Fase di progettazione esecutiva per poter guidare scelte fondamentali Fase di collaudo finale per poter verificare la corretta esecuzione del processo Fase di manutenzione programmata del bene per prevenire eventuali danni sul bene. Fase di gestione per poter tarare gli impianti installati e verificarne l efficienza.

2 L IRT viene utilizzata durante tutto il processo sia edilizio che industriale, dall acquisizione preliminare, all esecuzione, al collaudo e al programma di conservazione. L IRT quindi consente una MAPPATURA DELLE ANOMALIE: In tempi rapidi Su estese superfici Assolutamente senza invasività Con metodo telemetrico Con estrema velocità Senza interrompere le normali attività ( es industria), a cosa serve? Cosa si può osservare? Usura di componenti meccanici Surriscaldamenti di componenti elettrici Ostruzione di tubazioni e condotti Livelli nei serbatoi Vuoti e cavità nella muratura Tessitura muraria Gli elementi metallici nella muratura ( capochiave, catene ) Controllo dei distacchi dell intonaco Verifica regime termoigrometrico Verifica di protettivi o idrorepellenti sulle murature Collaudo dei sistemi di deumidificazione Manutenzione predittiva ( elementi che possono degradarsi precocemente per opera di errato materiale impiegato, età, usura, condizioni ambientali, ) Vantaggi Assoluta non invasività della prova ( si possono ripetere le misure nel tempo e verificare i mutamenti al cambiare delle condizioni) Limitare drasticamente il numero di saggi distruttivi, individuando a campione con l IRT i punti significativi per il saggio NON necessità di ponteggi o sistemi di elevazione Estrema rapidità di esecuzione delle prova, consentendo di analizzare vaste aeree in poco tempo Non interruzione delle normali attività svolte dall edificio ( non si interrompe il ciclo produttivo di una fabbrica o di un impianto per eseguire la prova) L uso della termografia è limitato solo dall immaginazione di quelli che la usano. Ovunque esista una superficie termica o una temperatura anomala, la Termografia può essere applicata. Per rispondere, serve conoscere il mondo degli scambi termici. Tutti gli oggetti emettono energia termica e interagiscono con gli ambienti. Quando un oggetto ha una temperatura più alta delle nostre mani, lo sentiamo caldo o che scotta. Il calore si sposta dall oggetto verso le nostre mani. Allo stesso modo, quando un oggetto è più freddo, lo sentiamo freddo. Il calore si sposta dalle nostre mani verso l oggetto Il calore può propagarsi in diversi modi, uno di questi è simile alla luce visibile: si chiama radiazione di calore o infrarosso. Un esempio: il calore del fuoco quando ci siamo di fronte. Il calore dell energia viaggia attraverso onde elettromagnetiche simili alla luce visibile.

3 La termocamera, attraverso il suo sensore, è in grado di determinare la temperatura superficiale di un oggetto indagato. E fondamentale, come prima cosa, fare chiarezza sui termini tecnici da utilizzare durante una ripresa termografica. Viene definita: Termografia: la tecnica di indagine che consente di ottenere una rappresentazione bidimensionale della distribuzione della temperatura di un corpo Termovisione: la rappresentazione, la visione della distribuzione della temperatura di un corpo ( termine oramai arcaico). Termogramma: la mappa termica in bianco, nero o falsi colori della distribuzione della temperatura del corpo analizzato Termocamera: l apparecchiatura utilizzata per effettuare una ripresa termografica. Quindi un operatore termografico ( definito anche termografo ) è in grado di ottenere un termogramma, ossia la mappatura termica di una parete, effettuando una termografia utilizzando una termocamera. Trasferimento del calore La termografia ci fornisce un potente strumento di misurazione della temperatura senza contatto diretto, di solito la misurazione della temperatura di superficie. Ma a noi serve capire come la superficie sia stata riscaldata e quale ne sia stata la causa. I principi di trasferimento del calore sono tre: conduzione, convezione e irraggiamento, ma prima è necessario considerare alcuni concetti di base. Energia I concetti di energia,calore e temperatura sono importantissimi in fisica e ancor più nella termografia. La prima legge della termodinamica stabilisce che la somma di tutte le energie contenute in un sistema chiuso è costante. Questa legge è comunemente conosciuta come "principio di conservazione dell'energia". In altri termini la legge stabilisce che l'energia non può essere creata o distrutta; può soltanto cambiare di forma, ma non può sparire. Ecco alcuni esempi di varie forme di energia: Energia di posizione,ossia energia potenziale Energia di movimento,ossia energia cinetica Energia chimica,ossia energia contenuta nel carbone,nel legno,nel petrolio, ecc. Energia elettrica Per esempio, si sa che l'energia chimica (petrolio) può essere trasformata in energia cinetica, come nel caso del movimento di un mezzo di trasporto. Qualsiasi materia con temperatura superiore allo zero assoluto (O Kelvin - 273,15 C) irradia energia. Sapendo che l'energia non può essere creata ne consegue che se un corpo emette energia, questa deve provenire dal corpo stesso. In questo caso è chiamata energia interna del corpo.

4 Calore e temperatura Il calore è l'energia termica per unità di tempo. Un flusso di energia termica si verifica quando esiste una differenza di temperatura. L'energia termica si trasferisce dal corpo più caldo a quello più freddo: è la seconda legge della termodinamica, che afferma: il calore fluisce spontaneamente da un corpo più caldo ad uno più freddo trasferendo energia termica da un punto all'altro. La temperatura rappresenta la quantità di energia per molecola, o quella media su una quantità di molecole. Perciò è la misurazione dello stato in cui si trova la sostanza. Modi di trasferimento Il trasferimento di calore può effettuarsi in tre modi: per conduzione, per convezione, per irraggiamento. I tre modi possono verificarsi allo stesso tempo, indipendentemente l'uno I dall'altro. La conduzione è il trasferimento di calore entro o attraverso corpi in contatto diretto. La convezione è il trasferimento di calore tra fluidi (liquidi o gas). L' irraggiamento è il trasferimento di calore sotto forma di onde elettromagnetiche che viaggiano alla velocità della luce e non richiedono mezzo. Trasferimento del calore per conduzione

5 Trasferimento del calore per convezione Trasferimento del calore per irraggiamento

6 Schematizzazione dei tre sistemi di trasferimento del calore Prendiamo ad esempio una casa durante l'inverno: temperatura interna +20 C, temperatura esterna -10 C. La differenza di temperatura causerà un flusso di calore verso il freddo. Maggiore sarà la differenza, più intenso sarà il flusso. L'abitazione perde in continuazione calore attraverso le pareti, le finestre, la ventilazione, ecc. Se non si continuasse a riscaldare la casa, dopo un certo periodo di tempo, di giorni o di ore, secondo l'intensità del riscaldamento solare, non ci sarebbe nessuna differenza fra l'interno e l'esterno della casa. Quando le differenze di temperatura si saranno livellate, raggiungeranno quello che si chiama equilibrio termico. A questo punto non ci sarà più nessun trasferimento di energia termica. Ciò significa differenza di temperatura, che provoca flussi di calore tra l'aria calda presente nella stanza e la parete interna o tra la parete esterna, più calda, e l'aria esterna.

7 Come scegliere una termo camera adatta alle proprie esigenze La scelta di una termocamera è una scelta estremamente complessa e ponderata che l operatore deve effettuare principalmente in relazione alle proprie specifiche esigenze e soprattutto in relazione al possibile mercato che vuole aggredire mediante l utilizzo di apparecchiature termografiche. La scelta di una camera deve tenere in considerazione alcuni fondamentali parametri: Range di ripresa: è la scala termica che l operatore deve analizzare. Tipicamente le termocamere sono caratterizzate da range di ripresa che vanno dai -20 ai +60 C. All interno di questo range è possibile individuare sostanzialmente tutte le aplicazini in ambito edile. Qualora però l operatore termografico si rendesse conto che necessita di range di ripresa maggiori per effettuare riprese anche in ambito industriale, si dovrà orientare su termo camere che hanno range di ripresa da -40 a +120 C o range di ripresa da 0 a 500 C. Risoluzione termica: massima differenza in termini di gradi che il sensore della termocamera è in grado di percepire su una medesima immagine. Maggiore è la risoluzione termica, migliore sarà il sensore e quindi la risposta termica che il sensore stesso riuscirà a fornire. Risoluzione geometrica del sensore: il numero di pixel di cui è composto il sensore stesso. Il 99% delle termocamere in commercio sono termocamere non raffreddate, ossia termocamere microbolometriche. La risoluzione geometrica del sensore coincide con il numero di pixel che compongono la matrice del sensore. La scelta del sensore adeguato alle esigenze dell operatore è una scelta fondamentale per l acquisto della termocamera. Range spettrale: è la finestra di lavoro del sensore; è la finestra dell infrarosso che la termocamera va ad analizzare. In commercio esistono due differenti range, il vicino (short wave ) ed il lontano ( long wave ). IFOV ( Instantaneous Field od View ): viene definito come un angolo solido, una piramide con base rettangolare il cui vertice corrisponde ad un pixel del sensore mentre la base della piramide costituisce la grandezza del pixel ad una determinata distanza. Obiettivo: l obiettivo utilizzato dalla termocamera. Le termocamere utilizzano ottiche fisse, non esistono in commercio termo camere con funzione zoom, tipiche di macchine fotografiche. Frequenza di acquisizione: esistono termocamere che sono in grado, se collegate ad un PC, di acquisire veri e propri filmati termici, ossia sequenze di immagini termiche che vanno a rappresentare un fenomeno termico.

8 Come effettuare una battuta termografica Prima di accendere la termocamera e di effettuare qualunque rilievo è necessario redigere un progetto di indagine termografica, avere perfettamente chiari gli obiettivi di indagine e conoscere perfettamente le caratteristiche tecniche della termocamera con cui stiamo lavorando. I passaggi principali che verranno affrontati al corso sono : Misura della temperatura e umidità relative all ambiente Posizionamento strumenti a distanza opportuna in relazione al IFOV Calibrazione della termocamera Rilevamento dei parametri ambientali Impostazione dei dati di correzione ambientale Annotazione su carta delle posizioni di rilievo e i parametri ambientali Foto mediante fotocamera nel visibile, della muratura da indagare. Impostazione e/o valutazione dell emissività dell elemento da analizzare Rilievo termografico Messa a fuoco ottica Messa a fuoco termica Archiviazione dati La termografia passiva e attiva Passiva: è la tecnica che permette di rilevare l energia emessa da una muratura fornendo a quest ultima alcuna sollecitazione termica; l energia emessa viene rilevata nelle condizioni stazionarie di esercizio di una muratura stessa, ovvero le condizioni che caratterizzano la muratura quando è in equilibrio termico. Attiva: rappresenta una grossissima evoluzione della tecnica termografica rispetto alla termografia passiva. Viene definita anche termografia avanzata, ossia tutto quell insieme di tecniche di indagine volte da un lato alla verifica dell aderenza del rivestimento esterno al supporto, e dall altro alla verifica di strutture celate dallo strato intonacato. La termografia per il risparmio energetico Il calcolo della trasmittanza Una fase fondamentale per la certificazione energetica di un edificio è il calcolo della trasmittenza delle pareti perimetrali. Tale calcolo può essere effettuato mediante 5 procedure distinte: 1. calcolo mediante software 2. calcolo manuale effettuato con tabelle UNI calcolo mediante l utilizzo delle norme UNITS misura della trasmittanza in opera mediante termoflussimetro 5. stima della trasmittanza in opera mediante termografia IR e SW NR

9 Il progetto di indagine Non è possibile acquistare una termocamera ed eseguire battute termografiche senza prima averle progettate. Il progetto di indagine è una fase fondamentale do ogni battuta termografica, l operatore deve in ogni momento avere chiari gli obiettivi dell indagine, deve redigere una sequenza operativa da poter seguire durante l intera fase diagnostica. Durante il corso verranno analizzati i seguenti punti : Quando effettuare l analisi ( analisi ponti termici,verifica del regime termoigrometro della muratura, verifica dei distacchi del rivestimento dal supporto, verifica di una tessitura muraria non a vista ) Le modalità di analisi Le fasi del progetto Gli strumenti Il report termografico La fase conclusiva dell indagine termografica si svolge in studio e consiste nell elaborazione dei dati registrati durante la battuta e la successiva stesura del report termografico. Nello specifico, i passaggi che descrivono questa fase sono: Archiviazione e catalogazione dei dati acquisiti in campo Mosaica tura dei termogrammi Verifica, analisi e incrocio dei dati Elaborazione di una conclusione rappresentativa dei fenomeni in atto Stesura della relazione tecnica.