AERONAUTICA E AEROSPAZIO

I settori aeronautici e aerospazio si caratterizza-no per un’ampia gamma di applicazioni dellatermografia. L’eccezionale varietà di materiali etipologia di impianti caratteristici dell’ambienteaeronautico e aerospaziale consentono innume-revoli applicazioni del metodo termografico.Anche in questo ambito si ha una distinzione frale verifiche con termografia passiva e quelle contermografia attiva. Come visto nei precedenticapitoli la fondamentale differenza tra la termo-grafia passiva e la termografia attiva è che nellaprima ci si limita all’osservazione del compo-nente nelle condizioni operative, mentre nellaseconda è presente una sorgente d’energia termi-

ca in grado di alterare artificiosamente le condi-zioni operative del componente.Le verifiche in termografia passiva sono impie-gate per lo più in fase di prototipizzazione, everifica funzionale di cablaggi, elettronica o infase di verifica funzionale con analisi delle distri-buzioni energetiche su parti meccaniche soggettead attrito, o impianti trasporto fluidi. Le verifiche in termografia attiva sono inveceimpiegate per lo più nelle verifiche strutturali(figura 14.1 si veda anche capitolo 9).

TERMOGRAFIA PASSIVA

La termografia passiva è esclusivamente utilizza-

C A P I T O L O

14Altri impieghi

La termografia: teoria e applicazioni 165

Nicola Ludwig, Lorenzo Marchetto, Roberto Ricca

t Figura 14.1.

La termografia: teoria e applicazioni166

ta in fase di proto-tipizzazione per l’osservazio-ne del volo del velivolo con scopo di caratteriz-zazione dei comportamenti in volo per la valuta-zione di localizzati surriscaldamenti in funzionedelle manovre di volo su velivoli sia ad ala fissasia ad ala mobile e agli effetti dell’irraggiamentosolare su strutture aeronautiche e aerospaziali.Tra le verifiche con termografia passiva a terra,cioè senza la necessità della presenza delle condi-zioni di volo, possono essere elencate: verificheelettriche dei cablaggi e delle connessioni, verifichemeccaniche su componentistica azionabile a terra,ricerca perdite in impianti gas. Le verifiche a terrasono effettuate sui componenti normalmentechiusi e protetti all’interno della struttura del veli-volo che impediscono la verificabilità in volo.La verifica elettrica dei cablaggi effettuata a terraè eseguita durante le simulazioni da banco deisingoli componenti o dell’intero sistema.L’estrema variabilità delle caratteristiche deicomponenti e dei materiali impediscono di for-nire delle soglie di temperatura caratteristiche diaccettabilità su cablaggi o connessioni che saran-no stabilite in fase di progettazione dello specifi-co velivolo. Di norma le temperature dei cablag-gi dei velivoli, a causa della filosofia di conteni-mento dei pesi, sono frequentemente vicine allemassime di progetto, rendendo ancora più strin-gente la necessità di verifiche termografiche alfine di identificare la possibilità di pericolosi sur-riscaldamenti localizzati. Fin dagli anni ‘90 l’in-troduzione del fly-by-wire ha reso ancora piùimportante la verifica dei componenti elettrici.Le verifiche termografiche su componentistichemeccaniche a terra sono anch’esse rivolte alla valu-tazione del comportamento in volo, su bancoprova o in test pre-volo. Frequente è l’utilizzo dellatermografia per la valutazione dello stato d’usuradei cuscinetti, bronzine, o sui giunti delle mecca-niche di trasmissione del moto su velivoli ad alarotante. In questo caso, la valutazione delle distri-buzioni energetiche, con la valutazione dell’even-tuale eccessiva generazione di calore da parte deisingoli componenti con localizzato incremento ditemperatura, permette di identificare con discretoanticipo difettologie in grado di compromettere lasicurezza del volo. Dovute spesso a una limitazio-

ne del lubrificante, più che del componente mec-canico, è possibile assumere come soglia d’allarmedelle parti meccaniche temperature intorno ai 140°C, con temperatura massima critica di 170 °C,naturalmente queste temperature vanno ricon-dotte alle condizioni operative critiche massime diprogetto. Si consiglia comunque di far riferimentoalle schede operative del singolo componente inquanto, se le temperature citate sono valide pertrasmissioni meccaniche generali, risulterebberoeccessive per meccaniche di precisione e decisa-mente limitate per trasmissioni a elevata tempera-tura operativa come quelle per l’orientamento sca-richi di una turbina.D’uso meno frequente, a causa dell’elevato costodelle termocamere dedicate, è la termografiaapplicata alle ricerche fughe gas sul velivolo.Particolarmente importante la valutazione dellaperdita di gas VOC come vapori di combustibili,in fase di proto-tipizzazione, o fase operativa dialcuni velivoli militari.

TERMOGRAFIA ATTIVA

La termografia attiva in ambito aeronautico eaerospaziale è ampiamente utilizzata al fine dicaratterizzare rapidamente e accuratamentedifettologie a carico delle strutture.Come visto nel capitolo 9 il termine termografiaattiva è attribuito alle tecniche di verifica dovel’oggetto dell’osservazione è sottoposto a unasollecitazione energetica esterna controllata alfine di alterarne artificiosamente lo stato di equi-librio termico. Il contenimento dei pesi, gli elevati livelli pre-stazionali richiesti e l’elevata affidabilità neces-saria alle strutture di tipo aeronautico e aero-spaziale, impongono l’utilizzo di tutti i metodidi controllo non distruttivo capaci di renderepiù efficienti i sistemi di produzione, costruzio-ne e mantenimento in servizio dei componenti.La possibilità di alterare in modo noto la quan-tità di energia data a un componente e osser-varne la variazione di temperatura in funzionedel tempo, permette di individuare innumere-voli tipologie di anomalie.

Capitolo 14 • Altri impieghi 167

Ogni materiale, ogni finitura e lavorazione ècaratterizzata da differenti tecniche di verifica.Di seguito vengono elencate alcune tecniche diverifica mediante termografia attiva utili alla dif-ferenziazione dei materiali.I materiali compositi utilizzati nell’industriaaeronautica e spaziale sono caratterizzati dauna estrema variabilità costruttiva ed è possi-bile individuare tre diverse macro categorie ingrado di differenziare le diverse tecniche diapplicazione del metodo termografico. Che sitratti di materiali compositi monoblocco,materiali compositi sandwich o compositimetallici, la termografia attiva permette diindividuare anomalie a carico delle strutturesenza interferire con l’oggetto posto sottoosservazione (tabella 14.1).• I materiali compositi monoblocco si distinguo-no per la scarsa differenziazione di materiali ela presenza di elementi di rinforzo, la termo-grafia attiva permette di individuare agevol-mente delaminazioni e scollaggi con orienta-mento principale del piano del difetto paralleloalla superficie esposta verificata, porosità oinclusioni d’acqua o infine materiali estranei.

• I materiali compositi sandwich sono caratterizzatidalla sovrapposizione di materiali tra loro diso-mogenei al fine di ottenere pacchetti cooperanti.• I materiali compositi metallici, caratterizzati dasovrapposizioni di strati metallici incollati traloro possono essere verificati mediante termo-grafia per la valutazione della qualità dell’incol-laggio tra gli strati.

TEST DI LABORATORIO

Viste le caratteristiche generali dei materiali e dellatecnica di controllo non distruttivo è possibileabbinare tecniche di verifica su materiali in fun-zione della tipologia di anomalia da individuare.La corretta messa a punto di una tecnica di verificadi un determinato materiale non può esimersidalla preparazione di un campione dotato dellecaratteristiche paragonabili alla situazione ricerca-ta. La creazione di difetti campione su provini dimateriale con caratteristiche equivalenti al difettoricercato permette di diminuire significativamenteuno dei maggiori problemi relativi all’utilizzo delmetodo termografico, la soggettività della valuta-zione. Questa può essere superata con l’imposta-zione di rigorose procedure di esecuzione delleverifiche, acquisizione dati e successiva valutazio-ne. L’ambiente delle prove, la preparazione dell’e-lemento da esaminare, le sorgenti e i parametri diacquisizione devono essere necessariamente eminuziosamente procedurati. Nelle immagini seguenti è possibile osservarealcuni passi necessari all’identificazione in termo-grafia attiva di difetti campione creati ad arte suun pannello curvo in CFC. La figura 14.2 è relativaalla risposta a un irraggiamento mediante lampa-de alogene con un intensità di 1200 W/m2 per unadurata di 6 secondi. È possibile osservare la pre-senza di tre difetti campione di forma quadratacon lato rispettivamente di 5, 10 e 20 mm. I difetticampione risultano identificabili anche grazie allaloro forma regolare. L’incremento di temperatura

Tabella 14.1.

Tipologia difetto

Delaminazioni e scollaggi Caratterizzati da orientamento principale del piano del difettoparallelo alla superficie esposta verificata, con limitazioni nella tecnica che dovrà essere il più delle volte per riflessione.

Porosità Relativa agli strati portanti o degli incollaggi tra substrati.

Inclusioni d'acqua Specialmente per manufatti operativi in ambienti ostili e con strutture interne simili alle celle a nido d'ape.

Inclusioni di materiali estranei Ricerca limitata alle fasi produttive o a strutture che possono aver subito urti con schegge di piccole dimensioni (proiettili).

La termografia: teoria e applicazioni168

dei difetti appare dello stesso ordine di grandezzadi altre aree.Maggiori risultati si ottengono dall’analisi del-l’integrazione fra diverse immagini di unasequenza temporale (termografia dinamica). Nelcaso precedentemente descritto, sono statiacquisiti, durante la fase di riscaldamento e raf-freddamento termogrammi con una frequenzapari a 30fps. L’integrazione dei valori massimiottenuti in ampiezza ha fornito la mappadescritta nella figura 14.3 (Maxigramma).Tuttavia in questo caso i difetti campione, nono-stante la forma regolare risultano confondersicon la variabilità delle temperature superficialicausate dalla particolare forma dell’oggettoposto sotto osservazione.

L’analisi statistica dei dati acquisiti in funzione deltempo può fornire ulteriori dati. La figura 14.4 rap-presenta invece la mappa della varianza, sempredefinita per ogni pixel e riferita all’intera sequenza diimmagini registrate. Quest’immagine della varianzaevidenzia la presenza delle anomalie dovute alla pre-senza dei difetti campione. La valutazione dellavarianza in funzione della distribuzione dello stimo-lo energetico (rappresentato dal maxigramma) per-mette di evidenziare la presenza dei difetti campionenon solo in funzione della loro forma regolare, maanche in funzione di una differente risposta inampiezza del segnale così come evidenziato nellafigura 14.5. La figura 14.5 evidenzia come una cor-retta messa a punto di una procedura di controllopuò passare da soggettiva a oggettiva.

t Figura 14.2 -

Termografia

di un pannello curvo in

CFC a un irraggiamento

mediante lampade

alogene con un intensità

di 1200 w/m2 per una

durata di 6 secondi.

t Figura 14.3 -

Maxigramma: immagine

che riporta il valore

massimo per ogni pixel

registrato in una

sequenza di immagine

termiche, la scala

esprime un valore

di ampiezza del segnale.

Capitolo 14 • Altri impieghi 169

ENERGIA

La temperatura è spesso considerata la chiaveper una manutenzione di successo ed è sicura-mente uno dei parametri fisici più misurati nelcontrollo di processo industriale. La temperatu-ra e la distribuzione termica, negli impianti peril trasporto dell’energia, sono sicuramente para-metri fondamentali e critici.L’applicazione dell’analisi termografica nel campodella diagnostica predittiva ha oramai una storiaconsolidata, essa rivela il proprio potenziale nellaprevenzione degli eventi di surriscaldamento per-mettendo di incrementare l’affidabilità e diminui-re fortemente il rischio incendi. Infatti, se nonmediante l'emissione nell'infrarosso termico, non

è possibile identificare eventuali surriscaldamentisu impianti in funzione, specialmente dove le ten-sioni e potenze in gioco risultino elevati. La capa-cità di rivelare la presenza di anomalie termichesenza entrare in contatto con l’oggetto da misurarepermette di effettuare operazioni di diagnostica suimpianti sotto tensione.Lo scopo fondamentale dell’analisi termografica,applicata alle operazioni di diagnostica predittiva,è identificare eventuali anomalie nella distribuzio-ne termica e nei valori assoluti di temperaturadegli impianti elettrici e dei loro componenti.L’utilizzo primario della termografia nella analisidegli impianti elettrici è la ricerca di un surriscal-damento che può essere provocato da un incre-mento della resistenza localizzata di un condutto-

t Figura 14.4 -

Varianza. Immagine

che riporta la varianza

statistica per ogni pixel

registrato in una

sequenza di immagine

termiche, la scala

esprime un valore

di ampiezza del segnale.

t Figura 14.5 -

Elaborazione varianza

energia, la scala esprime

un valore di ampiezza

del segnale.

La termografia: teoria e applicazioni170

re. Sugli impianti elettrici, quando si innalza laresistenza, a corrente costante, si innalza la quan-tità di energia trasformata in calore. La trasforma-zione di energia da elettrica in termica può provo-care un incremento localizzato della temperaturadel componente. Fenomeni di questo tipo sono disolito riconducibili a un gran numero di possibilicause che spaziano dalla connessione non serrata,corrosione, ossidazione, sotto dimensionamento,bilanciamento o suddivisione dei carichi, effettiinduttivi.È da specificare che l’identificazione di unaanomalia non è assolutamente limitata allasola ricerca di un punto caldo o del punto piùcaldo ma nella localizzazione di temperature odistribuzioni termiche non coerenti con l’atte-so comportamento dell’impianto o del singolocomponente. La termografia permette di identificare infatti gra-zie anche alle più basse temperature, conduttoricon correnti inferiori, avvolgimenti non alimentatio interrotti.Al fine della diagnosi di impianto, è importanteidentificare un innalzamento della temperaturacausato da una possibile connessione non serrata,allo stesso tempo, una anomalia può essere ancherappresentata da una sezione di un trasformatorenon alimentata identificabile con un abbattimentolocalizzato della temperatura. La gestione di programmi di diagnostica predittivaa carico di impianti elettrici richiede considerazio-

ni sui componenti per ottenere risultati con elevatibenefici in ragione del costo. È importante chealcuni punti vengano analizzati:• quali parti di impianto verranno sottoposte a veri-fica predittiva, la scelta dei componenti da analiz-

zare ha lo scopo di indirizzare ed eventualmente

limitare le verifiche ai componenti critici, una limi-

tazione dei componenti analizzati porta a una

diminuzione dei costi, una verifica completa incre-

menta l’efficacia delle operazioni di diagnostica

• specifiche di riferimento per i componenti esami-nati; l’uso dei programmi di diagnostica predittiva

richiede la conoscenza delle caratteristiche dei com-

ponenti analizzati;

• preparazione del personale addetto alla verifica ealla valutazione delle informazioni raccolte; pro-babilmente una delle limitazioni all’utilizzo della

termografia nel campo degli impianti elettrici è la

necessità di personale espressamente formato allo

scopo;

• adeguatezza delle attrezzature di acquisizione dati;con il termine termocamera si identificano una serie

di strumenti che non necessariamente risultano

adatte alle applicazioni di diagnostica predittiva,

specialmente quando si desidera effettuare una veri-

fica di tipo quantitativo è importante che l’attrezza-

tura risulti adeguata, calibrata e verificata.

L’analisi termografica degli impianti elettricideve essere effettuata tenendo conto delle limita-zioni fisiche all’acquisizione dei dati termografi-ci. Con limitazioni fisiche si intendono tutti que-

t Figura 14.6 -

Trasformatore

con anomala

distribuzione

della corrente su

avvolgimenti

Capitolo 14 • Altri impieghi 171

gli stati che possono generare errate interpreta-zioni delle informazioni raccolte, tra le piùimportanti le variazioni di emissività dellesuperfici a causa delle caratteristiche del mate-riale o dalla posizione di osservazione, inoltre lecondizioni ambientali, valutazione del caricoeffettivo rispetto al carico massimo o nominale.La scelta della posizione di osservazione dell’ogget-to dell’analisi ha elevata influenza sulla correttaacquisizione dei dati termografici, le superficiosservate è necessario possiedano elevati valori diemissività superficiale al fine di evitare radiazioneriflessa.Un tipico esempio di superfici a basso valoreemissivo sono le terminazioni dei cavi metallichein alluminio o rame, queste superfici, special-mente quando nuove o in ambienti particolar-mente protetti dai fenomeni atmosferici, presen-tano valori di emissività bassa (e<0,2). Nel casodi tralicci o comunque impianti ad alta tensione,dove non è possibile avvicinarsi per un’accurataosservazione ottica, è necessario mettere in attoalcune strategie per evidenziare eventuali falseindicazioni dovute a riflessioni conseguenti allabassa emissività degli oggetti osservati. La riflet-tanza risulta il parametro migliore da osservarenel caso di oggetti potenzialmente basso emissi-vi. Spostando il punto di origine delle osserva-zione e mantenendo fisso l’oggetto osservato èpossibile valutare eventuali variazioni delle tem-perature superficiali apparenti. (caso tipico infigura 14.7).

Un ulteriore parametro, spesso sottovalutato, èrelativo alla risoluzione spaziale dell’immagineacquisita. Seppur evidente per le ispezioni ad ele-vata distanza come evidenziato nella figura 14.7 ilfenomeno è presente anche quando osservazioniravvicinate (distanze inferiori al metro) vengonoeffettuate con termocamere a bassa risoluzione oobiettivi caratterizzati da elevati angoli d’apertu-ra, come evidenziato nella figura 14.8.

Come già evidenziato in precedenza per l’irrag-giamento solare, le acquisizioni termografichein esterno devono necessariamente tenereconto delle condizioni ambientali. Non solo lecondizioni ambientali sono importanti per laqualità delle informazioni acquisite ma posso-no profondamente alterare i comportamentitermici dell’oggetto posto sotto osservazione.La presenza di fenomeni atmosferici come pre-cipitazioni, ghiaccio o vento possono modifica-re il comportamento dell’oggetto posto osser-vazione al punto di rendere non rappresentati-ve le informazioni raccolte. Pioggia o peggioneve, possono risultare un problema non solorelativamente alla protezione dell’attrezzaturatermografica, l’acqua possiede infatti caratteri-stiche termiche in grado di alterare rapidamen-te le temperature degli oggetti bagnati e inoltreha scarsa trasparenza nell’infrarosso termicocon la conseguente rischio di misurare la tem-peratura dell’acqua in superficie invece chequella dell’oggetto posto sotto osservazione. Adesempio nel caso di ispezione di impianti all’a-

t Figura 14.7 - Termogramma su traliccio effettuata di giorno con cielo limpido e conseguente elevato

irraggiamento solare. Eventuali surriscaldamenti possono essere confusi con riflessioni da superfici basso

emissive. L’acquisizione da terra riduce la risoluzione spaziale.

La termografia: teoria e applicazioni172

perto con presenza di vento è usuale valutare latemperatura del componente in funzione diuna correzione come in tabella 14.2. Essa deter-mina il valore del fattore di correzione fino a 8m/s, valore oltre il quale le valutazioni risulte-rebbero eccessivamente alterate. Il fattore dicorrezione non è da applicarsi alla temperaturaregistrata ma indica la maggiorazione di poten-za dispersa a causa delle condizioni metereolo-giche ed è una misura empirica. Ad esempio seuna connessione, in condizione di calma e conuna temperatura ambientale di 20 °C, presentauna temperatura di 50 °C è presumibile che stiaassorbendo 15 watt di potenza, con vento a 5

m/s la stessa temperatura del componente indi-cherebbe un assorbimento pari a 30 Watt.Altrettanto essenziale è conoscere le condizioni dicarico della linea o del componente esaminato, infunzione della legge di Joule la valutazione di unaeventuale sovratemperatura non potrà esimersidalla conoscenza del reale carico. Come nel casodel fattore di correzione del vento esiste un fattoredi correzione relativo al carico (grafico di figura

14.9). Fermo restando che sono sconsigliate misu-re con carichi inferiori al 40% del carico nominaledella linea è comunque possibile compensarel’informazione sul campo al fine di ottenere unadiagnosi accurata del componente o della lineaposta sotto esame.Le procedure di verifica degli impianti elettrici(figure 14.10 e 14.11) possono essere divisi in duedifferenti macro categorie: impianti di alta e mediatensione, impianti in bassa tensione. L’approccioalla verifica degli impianti non è dovuto unica-mente alle differenti procedure di sicurezza e pro-tezione personale, ma essenzialmente da tipologiacostruttiva e funzionalità di impianto.

ECOLOGIA

Applicazioni in ambito ecologico riguardanoessenzialmente la possibilità di monitorare suaree estese (impianti di compostaggio, disca-riche, allevamenti) l’insorgere di fenomenibiologici esoenergetici, tipicamente la fer-mentazione.

t Figura 14.8 - Termogramma 320x240 pixel e termogramma ripetuto 80x80 pixel. La misura della

temperatura del cavo, seppur con parametri ambientali identici, subisce un importante alterazione.

Tabella 14.2 - Fattore di correzione della perdita di potenza registrata in funzione della velocità del vento.

Velocità Fattore del vento m/s (km/h) di correzione

1 (3,6 km/h) 1,0

2 (7,2 km/h) 1,4

3 (10,8 km/h) 1,7

4 (14,4 km/h) 1,9

5 (18,0 km/h) 2,0

6 (21,6 km/h) 2,2

7 (25,2 km/h) 2,4

8 (28,8 km/h) 2,6

Capitolo 14 • Altri impieghi 173

t Figura 14.9 -

Fattore di carico su linee

o componenti elettrici

t Figura 14.10 -

Stacchi con

surriscaldamenti

localizzati nelle zone

di giunzione a causa

di una non corretta

e completa chiusura

degli stessi.

t Figura 14.11 -

Connessione

a coltello con slitta

di contenimento

del coltello ossidata.

La termografia: teoria e applicazioni174

In figura 14.12 è illustrata la termografia pas-siva di un impianto di compostaggio, biofil-tro, mentre in figura 14.13 è composto ilmosaico termografico di una vasta discaricacon sacche di biogas. Il termogramma eviden-zia le zone caratterizzate da un’attività biolo-gica di decomposizione e alcuni innalzamentidi temperatura dovuti all’accumulo di biogasnella parte centrale dell’immagine. Anche in ambito agricolo, nello stoccaggio diforaggi animali o altri materiali biologici, latermografia permette di individuare anomalietermiche per verificare l’eventuale insorgenza dieventuali fenomeni di fermentazione (figura

14.14 insilati per allevamento bovino).

PROTEZIONE CIVILE

Nel campo della protezione civile la termogra-fia è utilizzata per diverse applicazioni.Primaria importanza assume la capacità di for-nire una visione degli eventi anche in presenzadi spessa cortine di fumo o vapori. Sebbenenon tutte le nubi di aerosol, polveri o vaporirisultino trasparenti nell’infrarosso termogra-fico (3-14 µm). Il monitoraggio degli incendi (figura 14.15), laricerca di esseri viventi nell’oscurità e la ricercadi scarichi non autorizzati in terreni o corsi d’ac-qua sono tra le applicazioni dove il metodo ter-mografico permette la verifica a distanza.

t Figura 14.12 -

Biofiltro, impianto

di compostaggio

nelle quattro vasche

è possibile osservare

le aree più calde in giallo

(circa 25 °C) dove sono

in atto processi

di fermentazione.

t Figura 14.13 -

Discarica con sacche

biogas. Il mosaico

termografico evidenzia

le zone caratterizzate

da una attività biologica

di decomposizione

nella zona a destra.

Innalzamenti

di temperatura dovuti

all’accumulo di biogas

sono evidenziate dalla

zone in rosso nella parte

centrale dell’immagine.

Capitolo 14 • Altri impieghi 175

t Figura 14.14 - Stoccaggio di insilati per allevamento bovino, immagine termica e visibile. Sulla destra è

possibile osservare le zone dove è iniziato un considerevole processo di fermentazione.

t Figura 14.15 - Valutazioni sulla propagazioni degli incendi. La sequenza è stata acquisita allo scopo di

monitorare e caratterizzare un fronte fiamma su terreno caratterizzato da presenza di vegetazione a

basso fusto.

La termografia: teoria e applicazioni176

FATTORI DA TENERE IN CONSIDERAZIONENELLE ISPEZIONI TERMOGRAFICHE DI COMPONENTI ELETTRICI

I principali vantaggi di utilizzare il controllo ter-mografico d’impianti elettrici sono:• Il controllo è effettuato nelle normali condizio-ni d’esercizio. La misura della temperatura èsenza contatto.

• Componenti difettosi sono individuati ad unostadio iniziale quando non sono causa d’inter-ruzioni. Spesso il componente difettoso puòessere riparato invece che sostituito.

• Una precoce individuazione dei difetti permet-te di migliorare i programmi di manutenzioneo di riparazione e di programmare l’acquisto diparti di ricambio.

• Quando il controllo termografico viene fattocon continuità si ha una notevole riduzione diguasti.

È evidente che effettuando un’ispezione ter-mografica d’impianti elettrici con una termo-camera si rilevano solo difetti che originanouna differenza di temperatura. Prima condi-zione per effettuare l’ispezione termografica èdi avere l’impianto elettrico in funzione conun carico elevato (almeno il 40%). Può acca-dere di non trovare componenti difettosi poi-ché non tutte le anomalie creano differenze ditemperature o poiché al momento dell’ispe-

zione il carico è troppo basso.I fattori da tenere in considerazione durante l’i-spezione elettrica dono:- Risoluzione spaziale.- Carico.- Variazioni d’emissività.- Riflessioni.- Riscaldamento solare.- Incremento della resistenza.- Vento.

Risoluzione spazialeOgni obiettivo ha una risoluzione geometricache definisce le dimensioni dell’oggetto più pic-colo di cui si può misurare la temperatura allevarie distanze. La risoluzione si esprime in mrad e permette inmodo semplice di ottenere la dimensione corri-spondente ad un pixel alle varie distanze.Un obiettivo con lunghezza focale di 35 mm harisoluzione geometrica 1,4 mrad e permette dimisurare alle varie distanze un oggetto con ledimensioni minime (figura 14.16).Se l’ispezione termografica viene realizzata conuna termocamera e obiettivo con risoluzioneinsufficiente si misura una temperatura erratadel componente caldo, di solito più bassa dellarealtà poiché viene fatta la media tra punto caldoe temperatura ambiente o del cielo che può esse-re anche a -40 °C (figure 14.17 e 14.18).

t Figura 14.16 - Valutazioni risoluzione spaziale in funzione della distanza per termocamera con

l’obiettivo standard.

Capitolo 14 • Altri impieghi 177

CaricoNormalmente gli impianti elettrici sono trifasi,per cui nell’ispezione termografica è necessarioconfrontare la temperatura delle tre fasi. Conuna distribuzione uniforme del carico i compo-nenti come cavi, interruttori, isolatori, devonoavere circa la medesima temperature. Nel casouna fase risulta considerevolmente più caldarispetto alle altre due, è da considerarsi difettosa.È sempre consigliabile controllare che il caricosia distribuito equamente sulle tre fasi.È importante tenere in considerazione alcuneregole:• La fase centrale può essere leggermente più caldadi quelle adiacenti, a causa del minore scambio ter-mico della zona centrale rispetto a quelle laterali.

• Se una fase ha un carico maggiore rispetto allealtre due, detto componente sarà leggermentepiù caldo di alcuni gradi la fase centrale è sololeggermente.

• La termocamera rileva la temperaturasuperficiale di un oggetto. L’operatore devesempre poter analizzare con la propria espe-rienza e capacità tecnica, se una differenza dipochi gradi centigradi sulla superficieinquadrata del componente, non corrispon-de ad una variazione termica di gran lungasuperiore all’interno.

Il termogramma della figura 14.19 riportato illu-stra un tipico esempio di sovratemperatura cau-sata dal carico.

t Figura 14.17 - Misura corretta di giunto elettrico. t Figura 14.18 - Misura errata di giunto elettrico.

t Figura 14.19 -

Tre fasi con differenze

in temperatura.

La termografia: teoria e applicazioni178

Variazione di emissivitàÈ noto che l’energia infrarossa emessa da uncorpo è proporzionale alla temperatura ed alcoefficiente di emissività (legge di Stefan-Boltzmann W=σeT4). Un componente elettricocon aspetto esterno lucido avrà un basso coeffi-ciente di emissività, per cui rifletterà la tempera-tura ambiente o, se presenti, le fonti di calore ofredde circostanti (figura 14.20). Nell’immagine sopra riportata abbiamo tre barrein alluminio. La parte verticale è verniciata in rossomentre la parte orizzontale ha la superficie allostato originale del metallo. La vernice rossa haun’emissività di circa e=0,85 (punti A, B, C) da cui

risulta una temperatura di circa 46 °C. Effettuandola misura di temperatura sulla parte non verniciata,(punti D, E, F) senza variare il coefficiente di emis-sività si misurano temperature comprese tra 28 °Ce 31 °C. Dette temperature non sono reali, poiché ilcoefficiente d’emissività impostato è quello dellavernice rossa, non dell’alluminio lucido. La tempe-ratura misurata è influenzata dalla riflessione dellatemperatura ambiente di circa 24 °C.Inserendo il corretto valore di emissività di e=0,14misuriamo la reale temperatura della barra.

RiflessioniTenendo conto che un corpo nero per definizio-ne non riflette, se in un impianto elettrico sonopresenti componenti metallici con la superficielucida a bassa emissività, bisogna stare attentialle riflessioni. Le fonti di riflessione possonoessere il sole, una lampada, componenti o super-fici calde. In questo caso osservando il compo-nente con la termocamera si vedranno punticaldi che in realtà sono riflessi.Per riprese all’aperto, normalmente il sole è l’e-lemento che crea le riflessioni. Per evitare questiinconvenienti si consiglia d’effettuare l’ispezionetermografica nel periodo del giorno in cui i raggisolari sono meno intensi. Nel caso ciò non siapossibile, è necessario inquadrare l’oggetto dadiverse angolazioni, in questo modo i punti cherisulteranno caldi per riflessione solare, scompa-riranno quando inquadrati senza l’angolazioneche inquadra il raggio riflesso.

t Figura 14.20 - Barre elettriche uscita trasformatore con differente di emissività.

Capitolo 14 • Altri impieghi 179

L’immagine termica della figura 14.21 rappre-senta uno scaldino posto in un quadro elettricocon pareti in acciaio lucido. Il cursore A è la tem-peratura reale dello scaldino, i cursori D, E indi-cano la temperatura della lamiera nel quadroelettrico. Le due pareti del quadro elettrico riflet-tono lo scaldino, i punti B e C, sono le tempera-ture riflesse dello scaldino.

Riscaldamento solareDurante la giornata, normalmente abbiamo unandamento termico della temperatura ambien-te crescente dal mattino a mezza giornata e,decrescente dalle ore più calde alla sera.Tenendo presente che ogni materiale ha unproprio valore di capacità termica, nel caso diforte irraggiamento solare, i materiali con gran-

de differenza di capacità termica, hanno uncomportamento termico differente. Un altrofattore che influenza la temperatura è il colore,i colori scuri è noto che raggiungono tempera-ture più elevate dei colori chiari (figura 14.23).Normalmente questo fenomeno causa variazionitermiche così modeste da non essere di alcundisturbo all’ispezione termografica.Effettuando l’ispezione termografica di grandioggetti, come un trasformatore, la mappa termi-ca e evidenzierà le zone d’ombra e le zone soleg-giate, che risulteranno a temperature diversenon a causa di differenti temperature dell’olioma per differente irraggiamento solare. Il pro-blema risulta di facilissima individuazione poi-ché la mappa termica combacerà con le lineed’ombra.

t Figura 14.21 - Riflessione sulle pareti in acciaio di un armadio elettrico di uno scaldino.

t Figura 14.22 -

Riflessione solare

(in rosso) sulla ceramica

dell’isolatore e del cielo

(in blu) sulla parte

superiore del TA.

La termografia: teoria e applicazioni180

Riscaldamento per correnti indotteNel caso di elevate correnti indotte, alcunimateriali possono aumentare la loro tempera-tura. Normalmente sovratemperature per cor-renti indotte sono facilmente individuabilipoiché non sono localizzate in un piccolopunto ma sono rilevabili in un’ampia zona. Sitenga presente che le correnti indotte sonogenerate da elevati campi magnetici.Nella figura 14.24 abbiamo un’area a 78 °C acausa di correnti indotte causate dal trasfor-matore per l’alimentazione del forno elettrico.

Incremento della resistenzaLa causa più comune di aumento di resistenza èdovuta a un cattivo contatto. Spesso la pressione

di contatto è insufficiente per allentamenti deidadi e bulloni o perdita di tensione di molle.Il termogramma allegato (figure 14.25 e 14.26)illustra un cattivo contatto dovuto a un bullo-ne lento. Il relativo surriscaldamento è localiz-zato in una piccola zona ma la conducibilitàtermica del materiale provoca una zona caldache si estende ai due lati del bullone.Una seconda causa di aumento di resistenza èper ossidazione tra due contatti. Questo incon-veniente spesso è eliminato semplicemente conuna pulizia della superficie di contatto.La superficie di contatto di morsetto ha dellevariazioni di temperatura dovute alle variazionidi carico che causano un restringimento e allun-gamento del materiale. Ciò provoca il fenomeno

t Figura 14.23 - Riflessione solare (in rosso) sulla ceramica dell’isolatore.

t Figura 14.24 -

Punto caldo per

induzione.

Capitolo 14 • Altri impieghi 181

di attirare particelle dall’aria ambiente, che con iltempo comportano fenomeni di corrosione.Alcuni materiali come alluminio sono soggettia corrosione galvanica che causa un aumentodella resistenza. La corrosione galvanica è cau-sata dall’umidità e dall’ossigeno che lenta-mente “mangiano” il materiale con la conse-guente riduzione di superficie e pressione dicontatto. La corrosione galvanica è comunecon giunzioni tra alluminio e rame.

Criteri di valutazione e parametri di ripresaQuando si effettua un controllo termografico es’individuano connessioni difettose è necessariofornire tutti i parametri necessari per un corret-to criterio di valutazione (tabella 14.3).

• Componente difettoso.• Punto difettoso.• Condizioni ambientali.• Temperatura ambiente.• Velocità del vento.• Data e ora del controllo.• Distanza di ripresa.• Percentuale di carico (corrente nominale e corrente durante l’ispezione).

• Posizione di ripresa.• Sovratemperatura misurata.• Sovratemperatura calcolata con carico al 100%.• Il punto caldo individuato è direttamente sulcomponente difettoso o si tratta dell’effettosuperficiale di un difetto interno del compo-nente.

t Figura 14.25 - Immagine visibile e nfrarosso di interruttore AT.

t Figura 14.26 - Immagine termica di due barre di AT con giunti surriscaldati.

La termografia: teoria e applicazioni182

Vento

Il vento ha un effetto raffreddante dei compo-nenti elettrici che devono essere ispezionati. Siconsiglia di non effettuare ispezioni con ventosuperiore a 8 m/sec (circa 30 km/h). La tabella14.4 illustra i fattori di correzione da applicareper velocità del vento da 1 m/sec a 8 m/sec. Lasovratemperatura misurata con il sistema termo-grafico, va moltiplicata per il fattore di correzio-ne relativo alla velocità del vento presente duran-te il controllo termografico. In questo modo siconverte il valore di temperatura misurato a unvalore di temperatura che approssimativamenteavrebbe il componente in assenza di vento.

Tabella 14.3.

Classe Leggenda Priorità Sovratemperatura Sovratemperatura parti attive categoria isolamenti

0 Intervento PROGRAMMABILE 0 °C ~ 10 °C 2 °C ~ 5 °C

1 Intervento DIFFERIBILE (entro 2 mesi) 10 °C ~ 35 °C 5 °C ~ 10 °C

2 Intervento INDEFFERIBILE 35 °C ~ 70 °C 10 °C ~ 35 °C

3 Intervento URGENTE > 70 °C > 35 °C

Tabella 14.4.

Velocità Fattore del vento m/s (km/h) di correzione

1 (3,6 km/h) 1,0

2 (7,2 km/h) 1,4

3 (10,8 km/h) 1,7

4 (14,4 km/h) 1,9

5 (18,0 km/h) 2,0

6 (21,6 km/h) 2,2

7 (25,2 km/h) 2,4

8 (28,8 km/h) 2,6