LA TERMOGRAFIA :TEORIA E STRUMENTAZIONE

Analisi termografica: Cos’è e quali principi sfrutta

Con il termine termografia si intende una tecnica di diagnosi non distruttiva capace di misurare la temperatura presente sulla superficie dei corpi.

Esempio di analisi termografica dell’involucro di un edificio con sovrapposizione dell’immagine all’infrarosso e l’immagine reale

Il concetto di base espresso e seguito dalla termografia coincide con il principio fisico secondo il quale, ogni oggetto con una temperatura sopra lo zero assoluto (0 Kelvin= -273,15 °C) diffonde energia sotto forma di raggi infrarossi.

Essendo i raggi infrarossi invisibili all’occhio umano, è necessario uno strumento che trasformi l’energia a onde elettromagnetiche infrarosse emesse da un corpo in un elaborato grafico che ne permetta la percezione e la giusta interpretazione all’occhio umano.

Lo strumento necessario a operare in questo senso è la termocamera, la quale misura i raggi infrarossi che riceve e li trasforma in una immagine in scala di colori dal blu scuro al rosso, che corrispondono alla scala delle temperature dei corpi, dalle più fredde campite di blu alle più calde campite di rosso. In questo modo è facilmente intuibile se una superficie è calda o fredda e quanto è la sua temperatura.

Chiaramente essendo la termografia una tecnica non invasiva, le temperature misurate sono solo quelle dello strato superficiale dei corpi e di conseguenza l’immagine ottenuta è una mappatura termica superficiale dell’oggetto misurato. Infatti la misurazione viene effettuata senza contatto condizione che rende impossibile vedere dentro o attraverso gli oggetti e quindi misurare la temperatura interna.

Analisi termografica: i campi applicativi

Proprio per la sua caratteristica di misurazione passiva (non distruttiva), la termografia è utilizzabile in diversi ambiti e settori.

In materia di edilizia legata a una progettazione di un intervento di edificio in costruzione o di riqualificazione energetica, una diagnosi di natura termografica è in grado di individuare quali sono i punti dell’involucro edilizio a temperatura più bassa e quindi i punti dove si localizzano le dispersioni di calore (ricerca ponti termici dovuti all’assenza di isolante o alla non corretta posa dello stesso) che vanno ad incidere negativamente sul buon rendimento energetico dell’edificio.

Oltre ciò, la termografia può essere utilizzata in campo idraulico per individuare eventuali perdite di impianto o in campo elettrico per rilevare differenze termiche e la precisa posizione di cavi elettrici e/o tubazioni all’interno della parete.

Analisi termografica: le grandezze

Le grandezze prese in considerazione per un’analisi termografica sono: l’emissione, la riflessione e la trasmissione.

Infatti l’immagine in gradazione di colori è solo il risultato di una serie di operazioni che la termocamera effettua in automatico, dall’acquisizione della radiazione in poi.

Per prima cosa la termocamera registra la radiazione che riceve dagli oggetti interni al suo campo visivo (ovvero il suo campo d’azione, la porzione di corpi massima che riesce a racchiudere). Questa radiazione è composta da raggi emessi, riflessi e trasmessi.

Con emissività, come facilmente intuibile dal nome, si indica la capacità di un materiale a emettere raggi di tipo infrarosso.

Essendo una caratteristica propria di ogni materiale questa varia a seconda delle proprietà di ogni materiale a emanare raggi infrarossi.

Convenzionalmente si pone il valore massimo di emissività uguale a 1 raggiungibile solo da un corpo nero chiamato anche corpo ideale.

Il corpo nero viene definito come un oggetto che assorbe tutta quanta l’energia emessa dai raggi infrarossi incidenti e convertendola la emette tutta quanta.

Oggetti come questo non esistono nella realtà, per questo si parla di corpo ideale.

Di conseguenza l’emissività uguale a 1 è impossibile da raggiungere. Infatti qualsiasi materiale oltre a emettere riflettono e trasmettono radiazioni.

Il secondo fattore è quello di riflessione, che misura la capacità dell’oggetto di riflettere raggi infrarossi.

Anche questa variabile dipende dalle proprietà della superficie dalla temperatura di questa e dal tipo di materiale da cui è composta.

Per fare un esempio pratico che a tutti sarà capitato di provare, di norma una superficie lucida e liscia riflette di più di una ruvida e opaca.

In genere nello strumento di termocamera la temperatura di riflessione può essere impostata manualmente e in molte misurazioni coincide con la temperatura ambiente.

In ultimo si ha il fattore di trasmissione che misura la capacità di un materiale di trasmettere raggi infrarossi. Questa proprietà dipende essenzialmente dal tipo di materiale e dallo spessore dello stesso. Da tenere presente che la maggior parte dei materiali hanno bassissima trasmissione.

Analisi termografica: Legge di Kirchhoff

Emissività, riflessione e trasmissione sono legati tra di loro. Infatti si assume la somma tra emissività, riflessione e trasmissione uguale a 1. Poiché come prima detto la trasmissione se c’è è un valore molto piccolo, non viene considerato nella relazione e quindi viene per convenzione impostata la relazione che la somma tra riflessione ed emissività sia uguale a 1.

Nei casi in cui l’emissività è bassa si hanno molti raggi infrarossi riflessi e quindi è difficile effettuare con precisione la misurazione, o meglio è necessaria maggiore attenzione nell’impostazione della temperatura di riflessione nello strumento.

Di qui è possibile fare le seguenti considerazioni:

• In condizioni di alta emissività si ha bassa riflessione, la misura viene effettuata facilmente;

• In condizioni di media emissività si ha riflessione mediocre, la misura è effettuabile;

• In condizioni di bassa emissività si ha alta riflessione, la misura viene effettuata ma va controllata in maniera adeguata;

Analisi termografica: le variabili

Per determinare la distanza alla quale porsi per effettuare una giusta misurazione sull’oggetto e quale è l’oggetto massimo visibile bisogna prendere in considerazione tre variabili, ovvero il campo visivo, il più piccolo oggetto identificabile e il più piccolo oggetto misurabile.

Il campo visivo è l’area visibile con la termocamera (definita in base alla lente utilizzata), il più piccolo oggetto identificabile che viene a definire il valore di un pixelin base alla distanza. E infine il più piccolo oggetto misurabile impostato convenzionalmente come 3 volte più grande del più piccolo oggetto identificabile.

Esempio di termocamera ad infrarossi

In conclusione è bene ribadire che, come si è potuto leggere nella trattazione, non è per niente semplice effettuare una misurazione termografica, in quanto non è sufficiente essere in possesso della strumentazione ma sono necessarie conoscenze tecniche indispensabili affinché la misurazione possa considerarsi corretta, e comunque solo esperti termografici possono cogliere tutte le informazioni utili.

È bene quindi sempre rivolgersi ad un tecnico competente in materia nel caso si necessiti di effettuare una diagnosi di tipo termografico.