UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FERRARA. Facoltà di Scienze MM. FF. NN. Corso di Laurea triennale in Tecnologie per i beni culturali

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Gianleone Roberto Bellini
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1 UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI FERRARA Facoltà di Scienze MM. FF. NN. Corso di Laurea triennale in Tecnologie per i beni culturali TERMOGRAFIA E TERMOLOGIA PER LA VERIFICA DELL EMISSIVITÀ DI MURATURE E MURATURE INTONACATE NELL EDILIZIA STORICA DI PALAZZO TASSONI Laureanda: Giulia Turatti Matricola Relatori: Dr. Giuseppe Ciullo Dr. Federico Ferrari Anno accademico 2006/07

2 SEZIONE 1: EMISSIVITÀ, EMITTANZA E MISURAZIONI INTRODUZIONE In questa sezione si intende prendere in esame come può essere effettuata la mappatura termica superficiale di un corpo. Nel capitolo 1 verrà presentato il metodo a distanza, che consiste nel captare tramite elementi sensibili le radiazioni, trasmesse o riflesse, provenienti dal corpo in esame (termografia). Nel testo verrà menzionata l emittanza e non l emissività, in quanto la prima è relativa ai corpi reali, la seconda a quelli ideali. CAPITOLO 1: LA TERMOGRAFIA. Con il termine termografia, o termovisione, o immagine termica, o termogramma viene comunemente intesa la rappresentazione visiva, fotografica o grafica, effettuata con opportuni accorgimenti e mezzi, dell emissione naturale e della riflessione delle radiazioni che un corpo emette nel campo dell infrarosso. 6

3 1.1.: STORIA DELLA TECNOLOGIA A INFRAROSSI. Gia gli antichi egizi furono in grado di monitorare e scandagliare la temperatura superficiale del corpo, tanto da giungere alla conclusione che la temperatura corporea aumenta durante il giorno e si localizza in zone affette da tumori o ferite in genere. Nonostante si fosse capito l importanza degli innalzamenti locali di temperatura, l uso di misurare la temperatura corporea con le mani rimase fino al XVII secolo. Fu solo dopo le scoperte di Galileo, Fahrenheit e Celsius che le misure di temperatura divennero scientifiche. L interesse per i fenomeni termici portò finalmente alla scoperta delle radiazioni infrarosse nel 1800 ad opera di un astronomo inglese, Sir William Herschel ( ), durante la ricerca di un materiale in grado di ridurre la luminosità e allo stesso tempo il calore trasmessi. Dopo veri esperimenti, tipo quelli condotti da Newton, annerì con inchiostro il bulbo di un termometro a mercurio e lo utilizzò come rilevatore di radiazioni per studiare l effetto termico dei vari colori dello spettro, mediante al passaggio di luce solare attraverso un prisma. Il termometro spostato lungo i colori dello spettro mostrava un aumento costante di temperatura passando dal violetto al rosso. Nella regione scura, oltre l estremità rossa dello spettro, Herschel ebbe la conferma che il calore continuava ad aumentare. Il punto in cui l effetto termico raggiungeva un massimo venne individuato ben oltre l estremità del visibile (rosso), in quelle che oggi chiamiamo le lunghezze d onda degli infrarossi. Herschel denominò questa porzione dello spettro spettro termometrico. Il primo sistema operativo nell infrarosso venne sviluppato durante la prima guerra mondiale, nei programmi di ricerca dedicati allo sfruttamento militare dell infrarosso. Questi programmi includevano sistemi per il rilevamento di intrusioni nemiche, della temperatura di oggetti lontani, finalizzato a comunicazioni sicure e alla guida dei missili guidati. Nel periodo tra le due guerre si assistette allo sviluppo di due nuovi rilevatori di raggi infrarossi rivoluzionari: il convertitore di immagini, che permetteva di vedere nel buio e il rilevatore di fotoni. 7

4 1.2: CENNI SULLE PRINCIPALI APPLICAZIONI DELLA TERMOGRAFIA. La tecnologia all infrarosso fu usata nel corso della II Guerra Mondiale per scoprire i cammuffaggi costituiti da fogliame morto o artificiale. Da allora il suo utilizzo è sempre più diffuso in numerosi settori dall agricoltura, alla geologia, alla meteorologia e alla medicina. In particolare nel settore dell edilizia si è avuto un notevole interesse per questa forma di indagine diagnostica in quanto permette di ottenere informazioni riguardo lo stato della struttura rilevando l orientamento dei solai, la tessitura muraria al di sotto degli intonaci, l umidità nelle murature, le infiltrazioni nei manti di copertura e tutte le anomalie termiche. Risulta inoltre di fondamentale importanza sia per lo studio storico del manufatto architettonico in quanto tale, attraverso l identificazione e la documentazione grafica di elementi strutturali non riscontrabili per mezzo dell esame a vista, sia come strumento di indagine diagnostica e di monitoraggio non distruttivo delle cause e degli effetti del degrado delle parti più superficiali delle murature con particolare riferimento allo stato di conservazione di intonaci, affreschi e mosaici. Gli aspetti di diagnostica connessi riguardano essenzialmente la rivelazione di distacchi nei paramenti murari (intonaci, affreschi, mosaici e lastre) e la presenza di umidità superficiale. Le applicazioni di studio sono dedicate alla ricerca storica architettonica e riguardano l individuazione e la documentazione di elementi strutturali nascosti alla visione diretta come ammorsature e tamponature. Per suddette indagini è opportuno utilizzare la termografia attiva, usando come possibile sorgente anche il normale irraggiamento solare. 8

5 1.3: PRINCIPI FISICI. La tecnica termografica, non distruttiva né invasiva, fornisce, di un oggetto fermo o in movimento, un immagine termica, senza richiedere alcun contatto fisico e senza influenzare in alcun modo la temperatura di superficie della sorgente irradiante. Un sistema termografico è costituito, tipicamente, da una termocamera con rilevatore ad infrarosso, un monitor e da un computer per la post-elaborazione delle immagini. L irraggiamento termico è una forma di emissione di radiazione elettromagnetica da parte di un corpo per effetto della sua temperatura, e come tale si propaga alla velocità della luce, che è data dal prodotto della lunghezza d onda per la frequenza (c = λ* ν). Il comportamento dei corpi nei confronti dell energia emessa e delle radiazioni che incidono su di essi è diverso a seconda che il corpo in esame si trovi allo stato aeriforme, ovvero allo stato di corpo condensato (solido o liquido). Nel primo caso, viene emesso uno spettro a righe, e lo spettro di assorbimento risulta dello stesso tipo. Nel secondo caso, invece, si ha uno spettro di tipo continuo. Per quanto riguarda le modalità di eccitazione si può avere eccitazione per temperatura, nel qual caso le caratteristiche di irraggiamento dipendono esclusivamente dalla natura del corpo e dalla sua temperatura, ed eccitazione per luminescenza, in cui assumono particolare importanza la forma di energia eccitatrice e le modalità con cui viene comunicata all emettitore. Riguardo a quest ultima modalità è utile fare riferimento allo spettro di onde elettromagnetiche. 9

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