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Se n’era accorto il francese Alexis-Marie de Rochon e l’italiano Marsilio Landriani, nella seconda metà del ‘700, che non tutte le componenti della luce, che il prisma di Newton aveva scomposto cent’anni prima trasportavano la stessa quantità di calore ma ci volle quasi un altro secolo prima che, William Herschel, desse una spiegazione sistematica al fenomeno. Herschel stava cercando un modo per osservare il sole al telescopio, sperimentando filtri – dei vetri colorati – e quando spostò il termometro che usava per misurare il calore delle diverse regioni dello spettro visibile, nella regione oscura oltre l'estremità rossa dello spettro, scoprì che il calore, anziché diminuire continuava ad aumentare. 

Musicista tedesco emigrato nell’Inghilterra di Giorgio III e astronomo autodidatta, Herschel , a cui si debbono la scoperta di Urano e, in seguito alla sua nomina ad l’astronomo reale, contributi rilevantissimi nella descrizione della Via Lattea, aveva appena scoperto l’infrarosso (che lui chiamò "spettro termometrico").

Si potrebbe pensare che la termografia trovi qui le sue origini. In realtà, stressando un po’ il concetto, i primi usi del calore emesso da un corpo - per capire come questo stesse funzionando - risalgono addirittura all’antico Egitto; già nel 400 aC, i medici usavano spalmare un sottile strato di fango sul corpo di un paziente e ne osservavano i diversi tassi di essiccazione. Dai medici all’ombra delle piramidi alla scoperta di Hershel si raffinarono non solo le tecniche di misurazione ma anche la capacità diagnostica, per mettere in relazione il calore rilevato con la causa del calore stesso.

La prima metà del ‘900 vide notevoli miglioramenti nell'imaging a infrarossi grazie all’introduzione di pellicole fotografiche sensibili all’infrarosso. Durante la Seconda Guerra Mondiale e nella Guerra di Corea vennero impiegati gli infrarossi per una varietà di applicazioni militari, come il rilevamento di movimenti di truppe. Aziende come Texas Instruments, Hughes Aircraft e Honeywell svilupparono rivelatori per le forze armate statunitensi, ma questi erano estremamente costosi. 

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L'evoluzione delle termocamere

Il tubo piroelettrico in vidicon fu sviluppato negli anni '70 da Philips ed EEV e fu impiegato per la prima volta dalla Royal Navy per la lotta antincendio a bordo della nave. Il vidicon si basava sulla variazione della resistenza elettrica in funzione della radiazione luminosa che colpiva il sensore (una serie di elettrodi contenuti in un tubo di vetro, sotto vuoto spinto).  L’evoluzione in questo settore fu legata in particolare ai sensori ed alle sostanze che li rendevano sensibili al calore. Nel 1978, Raytheon, allora parte di Texas Instruments, brevettò i rivelatori a infrarossi ferro-elettrici che utilizzavano titanio di stronzio di bario o BST.

Honeywell in seguito ha sviluppato la tecnologia microbolometrica a ossido di vanadio (VOx), brevettata nel 1994. I programmi federali statunitensi hanno fornito finanziamenti cospicui per sviluppare le tecnologie di imaging termico  ad uso militare. Il transito al settore civile deve molto all’impiego della termografia nella medicina clinica, ed all’avvento dell’informatica, che ha messo a disposizione capacità di calcolo necessarie per far fare al settore un salto di qualità. Bullard ha introdotto la sua prima termocamera appositamente progettata per la lotta agli incendi nel 1998.

La diffusione della termografia a scopi manutentivi

Agli inizi degli anni 2000, i prezzi delle telecamere a infrarossi cominciarono a scendere consentendo all’indagine termografica di diventare uno dei sistemi di ispezione non distruttiva tra i più diffusi anche in ambito civile in genere e industriale in particolare. In quegli stessi anni cominciarono ad affermarsi standard per il settore che riguardavano le tecnologie, i metodi diagnostici e le qualifiche del personale addetto all’uso di tali dispositivi.

Uno dei vantaggi fondamentali della termografia è che a differenza di molti altri sistemi diagnostici che prevedono la fermata del funzionamento del sistema da indagare, e quindi della produzione se parliamo di apparati industriali, questa consente controlli in linea non invasivi durante il funzionamento. Un incremento anomalo della temperatura è spesso sintomo di un problema di funzionamento o addirittura di prossimo guasto. Un ulteriore vantaggio della termografia, rispetto alla normale manutenzione periodica non predittiva, è che consente di intervenire sui componenti che presentano delle criticità e non sostituirne altri, magari ancora in buone condizioni, solo perché hanno superato un numero di cicli statisticamente critici.

Modalità dell'indagine termografica

In funzione delle necessità di diagnosi, il rilievo termografico può essere di tipo passivo, rilevando il calore emesso dall’apparato e ricavandone le opportune deduzioni in termini di modalità di funzionamento, o attivo, scaldando il bersaglio (attraverso lampade, aria calda o altro) e rilevando la capacita di accumulare energia in funzione del calore specifico e della densità di un materiale, del tempo di esposizione e della fase, di accumulo o di rilascio termico, deducendo lo stato di strutture nascoste alla vista. Una corretta termografia deve tenere in dovuto conto le condizioni climatiche e ambientali del luogo dove ci si trova a operare. Fonti di calore naturali o artificiali, meccanismi di dissipazione che possono alterare i risultati ma anche le condizioni dell’oggetto (siano esse contingenti – superficie bagnata – o strutturali caratteristiche di emissività) sono elementi che un tecnico esperto deve saper considerare e, se ne ravvisa il la necessità, compensare o eliminare.

La standardizzazione della termografia

La formazione e la qualifica dell’operatore è regolata dalla norma UNI EN ISO 9712:2012 Prove non distruttive – Qualificazione e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive, in campo industriale e prevede tre livelli di competenze: dall’esecuzione di misure di base allo sviluppo di programmi di indagine e capacità di diagnosi approfondite.

Applicazioni della termografia agli impianti antincendio

Relativamente ad un impianto antincendio i principali componenti che possono essere verificati mediante la termografia ad infrarossi sono:

  • Motori
  • Pompe
  • Scambiatori di calore
  • Giunti elastici e trasmissioni
  • Cuscinetti
  • Punti di connessione elettrici
  • Apparecchiature elettriche all’interno di quadri

Con la scansione termografica si possono individuare lievi variazioni di temperatura e, da queste, dedurre le cause, come ad esempio:

  • Inefficace raffreddamento dovuto al cattivo afflusso del sistema di raffreddamento
  • Problemi sull’isolamento degli avvolgimenti dei motori elettrici
  • Disallineamento degli alberi di trasmissione o dei giunti
  • Eccessiva usura dei cuscinetti, disallineamento o lubrificazione non adeguata
  • Problemi relativi allo stato dei collegamenti elettrici
  • Squilibrio o sovraccarico dell’alimentazione elettrica

 

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