In anticipo sul futuro. La tecnica termografica come strumento di verifica e diagnosi di malfunzionamenti

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1 La tecnica termografica come strumento di verifica e diagnosi di malfunzionamenti

2 La tecnica termografica genesi e definizioni Termografia: definizioni e principio di misura Dal greco: Scrittura del calore SCIENZA DI ACQUISIZIONE ED ANALISI DI INFORMAZIONI PROVENIENTI DA DISPOSITIVI TERMICI DI RILEVAMENTO SENZA CONTATTO NORMA DI RIFERIMENTO: UNI :2000 Prove non distruttive - Termografia all'infrarosso - Termini e definizioni Dario Branchi, Testo Spa 2

3 La tecnica termografica genesi e definizioni 3

4 Tipiche applicazioni industriali: Manutenzione, produzione, R&D Verifiche periodiche nella manutenzione elettrica Manutenzione preventiva di parti elettro-meccaniche Monitoraggio affidabile di componenti di media e alta tensione Analisi mirata di schede elettroniche e componenti surriscaldati 4

5 Come funziona? CONSENTE DI VISUALIZZARE e MISURARE L ENERGIA TERMICA EMESSA DA UN OGGETTO SENZA CONTATTO Che tipo di ENERGIA TERMICA? LUCE LA CUI LUNGHEZZA D ONDA RISULTA TROPPO GRANDE PER ESSERE INDIVIDUATA DALL OCCHIO UMANO INFRAROSSO: PARTE DELLA PORZIONE DELLO SPETTRO ELETTROMAGNETICO CHE VIENE PERCEPITA COME CALORE. E A QUESTA LUNGHEZZA D ONDA CHE VIENE IRRAGGIATA LA MAGGIOR PARTE DELL ENERGIA PROVENIENTE DA CORPI A TEMPERATURE TRA -50 E 1000 C 5

6 Come funziona? NELLO SPETTRO DEL VISIBILE TUTTO CIO CHE NOI OSSEVIAMO LO VEDIAMO PER RIFLESSIONE NELLO SPETTRO DELL INFRAROSSO TUTTO CIO CHE LA TERMOCAMERA OSSERVA LO VEDE PER EMISSIONE 6

7 Come funziona? Oggetto più piccolo rilevabile - IFOV Campo visivo - FOV a Oggetto più piccolo misurabile - IFOVmeas b d Come per le telecamere o un qualunque altro dispositivo ottico, in funzione della lente utilizzata e della distanza dall oggetto si hanno differenti inquadrature e dimensioni degli oggetti rilevabili e misurabili. 7

8 Come è fatta una termocamera? Ottica al germanio Sensore FPA a microbolometro 8

9 Come è fatta una termocamera? Sensore microbolometrico non raffreddato al silicio amorfo I sensori sono disposti a matrice (Focal Plane Array) e variano la loro resistività in funzione dell energia assorbita. 9

10 Termografia come tecnica diagnostica e di misura Termografia: misura o diagnosi? L analisi effettuata con termocamere all infrarosso può essere definita sia quantitativa che qualitativa. Nella maggior parte delle applicazioni è molto più importante rilevare correttamente differenze di temperatura piuttosto che il valore assoluto. E normalmente dalle differenze minime rilevabili che dipende la qualità dell immagine. Tipica accuratezza di misura 2 C Risoluzione termica <0,08 C Per una corretta diagnosi ed una buona qualità dell immagine è importante una buona risoluzione termica. 10

11 Termografia. Tipico approccio manutentivo Manutenzione correttiva (Rischio sicurezza, fermo macchina) Manutenzione preventiva (Più sicurezza, ma più costi) Manutenzione predittiva (Maggiore impegno ma maggiori benefici) 11

12 Termografia. Tipico approccio manutentivo Manutenzione predittiva: l evoluzione della manutenzione preventiva La manutenzione predittiva costituisce un evoluzione successiva della manutenzione preventiva. Si basa sempre sulle metodologie della manutenzione preventiva ma sfrutta il monitoraggio di parametri fisici e chimici e strumenti di misura e di diagnostica come le termocamere per prevedere i guasti ed intervenire solo all occorrenza. UNI EN 473:2001 Prove non distruttive - Qualificazione e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive - Principi generali. La termografia ad infrarossi si presta in maniera ottimale a questa logica, in particolare nella verifica di componenti elettromeccanici soggetti a guasti. La termografia fornisce delle indicazioni che devono essere poi interpretate da personale competente con l aiuto di chi conosce i componenti: il manutentore. La situazione ideale si ha ovviamente quando chi conosce l impianto ed i componenti acquisisce anche la competenza in termografia. 12

13 Termografia: manutenzione-installazione di impianti solari Il vantaggio principale delle termocamere è di fornire una visione di insieme dell installazione nel suo complesso consentendo di effettuare diagnosi su guasti e verifiche periodiche in tempi molto ridotti e a distanza. 13

14 Termografia: manutenzione-installazione di impianti solari Sono molti i difetti che possono essere riscontrati direttamente sul pannello o sulle parti di impianto connesse. Difetti di produzione Danni da trasporto (ad es. rottura di celle) Difetti di installazione (ad es. ombreggiamento di celle) Usura per esercizio (ad es. diodo difettoso) Controllo dei dispositivi di isolamento Controllo cablaggi Controllo dei quadri BT e MT 14

15 In anticipo sul futuro Termografia: manutenzione-installazione di impianti solari Nella quasi totalità dei casi diagnosticabili, ad un problema corrisponde una generazione di calore che si manifesta come una macchia che si diffonde dal punto più caldo detto HOT-SPOT 15

16 Termografia fotovoltaico, problematiche tipiche HOT-SPOT possibile ombreggiamento (cella sporca?), cella difettosa INTERO MODULO CALDO probabile modulo non correttamente collegato INTERA STRINGA CALDA probabile cortocircuito o diodo difettoso CELLA PARZIALMENTE CALDA probabile rottura meccanica 16

17 Altre analisi sul pannello: ricerca Corrente (A) Tensione (V) E noto che l efficienza di un pannello fotovoltaico migliora al diminuire della temperatura ambiente in cui lavora. Una temperatura ideale è di 25 C. Temperature superiori ne riducono l efficienza di circa 0,5% per ogni C (mod uli in silicio cristallino). 17

18 Altre analisi sul pannello: ricerca Esempio di utilizzo della termografia per la valutazione di efficacia di un sistema di raffreddamento sperimentale di un pannello fotovoltaico 18

19 Termografia fotovoltaico. Corretto approccio Cielo sereno Sole a picco Emissivitàε=0,85-0,90 (vetro), corretta anche per la plastica Evitare riflesso diretto del sole Angolo di inquadratura rispetto al piano dei pannelli massimo Ombra operatore e apparecchio lontana dal pannello 19

20 Termografia fotovoltaico. Corretto approccio Le termocamere sono principalmente strumenti di diagnosi per interpretazione di immagini, ma sono basate su una matrice di sensori di temperatura. Come ottenere una misura la più precisa possibile? Calcoliamo la temperatura riflessa; Settiamo la termocamera con emissività e temperatura riflessa; Regoliamo la messa a fuoco; Iniziamo l analisi; Prima di finire l analisi annotiamo: Distanza dall obbiettivo T ambiente Condizioni di irraggiamento Data e ora (automatica in ogni foto termografica) 20