Termografia ed Efficientamento Industriale: Guida Rapida

Questa vuole essere una guida rapida all'utilizzo della termocamera per lo svolgimento di indagini termografiche, allo scopo di individuazione possibili interventi di efficientamento in ambito commerciale/industriale.

Ad oggi l'energia non è più una commodity. Costa, e anche tanto. Occorre assolutamente trovare delle soluzioni a questo problema, che oltre ad essere di tipo economico, è anche ambientale (e ad oggi la questione ambientale non è più trascurabile).

Tra tutti i possibili interventi che si possono condurre nel tentativo di abbassare il consumi e quindi il costo della bolletta (che sia elettricità o metano), le pratiche di manutenzione ed efficientamento sono spesso quelli con i benefici maggiori al minor costo.

Per individuare i possibili interventi di efficientamento, uno dei dispositivi fondamentali che ci viene in soccorso è la termocamera, anche detta videocamera termografica.

Funzionamento di una termocamera

Il sensore ottico montato su una termocamera, a differenza di un sensore tradizionale, permette di visualizzare la radiazione infrarossa emessa dai corpi di un determinato ambiente.

Essendo la radiazione infrarossa emessa da un corpo direttamente correlata alla sua temperatura, la termocamera permette quindi di creare una mappa della temperatura delle superfici che si stanno inquadrando.

Dalla distribuzione di temperatura di una superficie o di un apparato industriale è possibile capire se ci sono dei malfunzionamenti (es: attriti dovuti a cuscinetti danneggiati) o delle perdite termiche (es: mancata coibentazione di un corpo in temperatura).

Costo di una termocamera

Per la realizzazione di un audit termografico di un edificio o di un impianto industriale, è necessario avere una termocamera da almeno 240 x 240 pixel di risoluzione. Il costo di un dispositivo di questo tipo oscilla tra i 800€ (per i dispositivi più economici) e le migliaia di euro (per i dispositivi più sofisticati e professionali).

Le termocamere si possono anche noleggiare presso la maggior parte dei noleggi di attrezzatura da lavoro, a partire da circa 60 €/giorno più IVA.

Se le indagini termografiche che si vogliono condurre possono essere effettuate nell'arco di pochi giorni, conviene ovviamente passare per il noleggio dell'attrezzatura.

Termografia in impianti industriali

La termografia è ideale per individuare una mancanza di uniformità nelle apparecchiature, indicando i punti caldi e freddi della temperatura superficiale attraverso l'acquisizione di immagini a infrarossi. Il calore è spesso un sintomo precoce di danni o malfunzionamenti delle apparecchiature, per cui è importante monitorarlo nei programmi di manutenzione preventiva.

Impianti a vapore

Tramite la termografia degli impianti a vapore è possibile capire con che efficienza stanno lavorando le componentistiche dell'impianto e se ci sono delle dispersione di calore non volute.

Condizioni di diagnosi: controllare i sistemi a vapore quando sono condizioni operative normali

Cosa controllare: le condutture di trasporto del vapore, collettori e giunzioni, valvole e filtri, alla ricerca di aree eccessivamente calde rispetto al resto dell'impianto.

Possibili problemi:

Coibentazione insufficiente/degradata: se lungo tubature, valvole e collettori del vapore si individuano delle aree particolarmente calde, può esserci un problema di coibentazione o di perdita del sistema. Nel primo caso, la coibentazione dell'impianto può essere insufficiente e/o essersi degradata nel tempo e quindi non garantire più un sufficiente potere isolante. Nel secondo caso, si può avere una perdita di vapore/condensa che, permeando la coibentazione, ne aumenta la conduttività termica.

Scaricatori di condensa malfunzionanti: gli scaricatori di condensa valvole progettate per rimuovere la condensa e l'aria dal sistema. In generale, se un'immagine termica mostra una temperatura di ingresso elevata e una temperatura di uscita bassa (< 100 °C), ciò indica che lo scaricatore è chiuso e funziona correttamente. Se le due temperature si eguagliano e sono simili a quella del sistema, allora lo scaricatore è bloccato in posizione aperta. Se la temperatura di ingresso è significativamente inferiore alla temperatura del sistema, vi è un ristagno della condensa causata dal blocco dello scaricatore o da un'ostruzione a monte.

Motori elettrici

Gli azionamenti elettrici sono onnipresenti negli stabilimenti industriali, e spesso sono responsabili della stragrande maggioranza dei consumi elettrici.

Utilizzando una termocamera, è possibile acquisire la distribuzione di temperatura di un motore elettrico sotto forma di immagine bidimensionale.

Condizioni di diagnosi: controllare i motori quando sono condizioni operative normali

Cosa controllare: il motore, l'accoppiamento dell'albero, i cuscinetti del motore e dell'albero e la scatola del cambio. Ogni motore è progettato per funzionare a una temperatura interna specifica: se vi sono dei punti dell'involucro esterno che si trovano ad una temperatura prossima o maggiore a questa soglia, allora i componenti interni si trovano a temperatura più alta ancora (surriscaldamento). Ciò è sintomo di un malfunzionamento del motore.

Possibili problemi:

• Flusso d'aria inadeguato: verificare l'integrità della ventola di raffreddamento, che la griglia di aspirazione dell'aria non sia ostruita ed eventualmente procedere con una pulizia completa del motore.
• Tensione sbilanciata o sovraccarico: un collegamento troppo stretto o troppo lento può causare un aumento della resistenza del cablaggio del quadro elettrico, nel sezionatore o nella scatola di connessione del motore. Ciò può essere individuato con un'ispezione termografica (in quanto il collegamento a maggior resistenza tende anche a scaldarsi di più rispetto al resto del cablaggio) e confermata con un multimetro, una pinza amperometrica o un analizzatore di qualità dell'alimentazione.
• Usura/guasto del cuscinetto: quando le immagini termiche indicano un surriscaldamento del cuscinetto, occorre verificare che il cuscinetto non sia danneggiato (e quindi procedere a sostituirlo) oppure procedere a lubrificarlo. L'integrità del cuscinetto si può verificare eventualmente con un analisi delle vibrazioni.
• Guasto all'isolamento: l'isolamento delle spire interne del motore può essersi compromesso a causa del tempo, dell'usura o di eccessivi sovraccarichi. In questo caso, l'unica soluzione è la sostituzione del motore.
• Disallineamento dell'albero: nella maggior parte dei casi, ciò si può appurare con un'analisi delle vibrazioni. Se è possibile l'arresto del motore, si possono utilizzare dei dispositivi di allineamento per riallineare il motore e risolvere il problema.

Trasportatori Meccanici (a Rulli, Catena, Nastro)

Il surriscaldamento segnala l'imminente guasto di molti componenti elettrici e meccanici del trasportatore, dai motori, riduttori e azionamenti ai cuscinetti, alberi e cinghie. Monitorare i nastri trasportatori critici per l'operatività (quelli il cui guasto metterebbe a rischio le persone, le proprietà o la produzione) è una buona pratica.

Condizioni di diagnosi: controllare i sistemi trasportatori quando sono condizioni operative normali

Cosa controllare: gli azionamenti dei trasportatori come indicato prima (sezione motori elettrici), la catena del trasportatore, cuscinetti nei rulli portanti dei trasportatori, nei rulli di rinvio e nelle pulegge di comando, di coda e di ripresa. Controllare infine i nastri stessi. Cercare punti caldi e differenze di temperatura tra componenti simili che operano in condizioni analoghe (velocità e carichi). Ad esempio, se i cuscinetti di uno stesso rullo funzionano a temperature diverse, quello più caldo potrebbe tendere al cedimento.

Pannelli Elettrici

Condizioni di diagnosi: controllare i pannelli elettrici quando le utenze collegate sono in condizione di funzionamento a regime, con un carico minimo pari o maggiore al 40% del carico tipico.

Cosa controllare: i quadri elettrici e di altri punti di connessione ad alto carico come azionamenti, sezionatori e comandi. Se si riscontrano temperature più elevate, seguire il circuito ed esaminare i rami e i carichi associati. Quando un'immagine termica mostra che un intero conduttore è più caldo di altri componenti di un circuito, il conduttore potrebbe essere sottodimensionato o sovraccaricato.

Controllo di opere civili

L'impiego delle termocamere è altamente diffuso nella verifica di opere civili quali abitazioni, edifici commerciali, impianti di climatizzazione ed altri.

La termografia permette di rilevare problemi di isolamento termico (mancate coibentazioni, ponti termici, infiltrazioni d'aria), problemi di riscaldamento degli ambienti e problemi di infiltrazioni d'acqua.

Isolamento degli edifici

Condizioni di diagnosi: in pieno inverno (per individuare le perdite di calore) o in piena estate (per individuare i punti di ingresso di calore), preferibilmente verso il crepuscolo, in modo che i riflessi del sole non interferiscano con la diagnosi. In genere si conduce a partire dall'interno dell'edificio.

Paper Utili:

Preda, A., & Scurtu, I. C. (2019). Thermal image building inspection for heat loss diagnosis. Journal of Physics. Conference Series, 1297(1), 012004. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1297/1/012004

Pearson, C. C. (2011). Thermal imaging of building fabric. Bracknell, UK: BSRIA. [PDF] freeindex.co.uk

Ostańska, A. (2018). Thermal imaging for detection of defects in envelopes of buildings in use: Qualitative and quantitative analysis of building energy performance. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 62(4), 939–946. https://doi.org/10.3311/ppci.12148