Scopri la Termografia in Edilizia: Principi Fondamentali e Applicazioni Sorprendenti

La termografia è una tecnica di analisi non distruttiva che si basa sull'acquisizione di immagini nell'infrarosso. Attraverso l'utilizzo di una termocamera, si eseguono controlli non distruttivi e non intrusivi. Le termocamere rilevano le radiazioni nel campo dell'infrarosso dello spettro elettromagnetico e compiono misure correlate con l'emissione di queste radiazioni. Questo strumento è in grado di rilevare le temperature dei corpi analizzati attraverso la misurazione dell'intensità di radiazione infrarossa emessa dal corpo in esame.

Tutti gli oggetti ad una temperatura superiore allo zero assoluto emettono radiazioni nel campo dell'infrarosso. La termografia permette di visualizzare valori assoluti e variazioni di temperatura degli oggetti, indipendentemente dalla loro illuminazione nel campo del visibile. La quantità di radiazioni emessa aumenta proporzionalmente alla quarta potenza della temperatura assoluta di un oggetto. La correlazione tra irraggiamento e temperatura è fornita dalla Legge di Stefan-Boltzmann.

La termografia permette l'individuazione di anomalie nell'emissione dell'energia e quindi, a parità di emissività, di anomalie termiche. La termografia riveste un ruolo essenziale nelle indagini non distruttive. La tecnica oggi applicata è certamente superiore a quelle che comunemente sono le aspettative di un'indagine tradizionale. Questo è dovuto sia all'aggiornamento tecnico degli strumenti.

Esistono due modalità di applicazione: la termografia per telerilevamento e la termografia a contatto. La termografia per telerilevamento trova impiego principalmente in edilizia, mentre la termografia a contatto si basa sull'utilizzo di rivelatori a cristalli liquidi e trova prevalentemente impiego in campo medicale ed in particolare nella diagnosi del tumore della mammella chiamata termografia mammaria. Con il termine termografia si intende la visualizzazione bidimensionale della misura di irraggiamento.

Il metodo termografico trova oggi applicazione in numerosi settori: siderurgia, edilizia, veterinaria, industria chimica, beni culturali, aeronautica, automotive, protezione dell'ambiente.

Termografia Edile

La termografia è tra le metodiche non distruttive maggiormente utilizzate nella diagnostica delle patologie edilizie. Infatti tutti gli edifici, anche se realizzati a regola d'arte, sono soggetti a degrado a causa dell'invecchiamento dei materiali e della prolungata mancanza di manutenzione. Per una corretta analisi dello stato di degrado di un manufatto, spesso la termografia viene affiancata ad interventi distruttivi quali il prelievo di campioni per prove fisico-chimiche da effettuare in laboratorio; in alcuni casi viene utilizzato come unico metodo di indagine.

La termografia, come tutte le altre prove non distruttive consente:

di poter operare all'interno degli edifici senza dover sospendere le normali attività, limitando al minimo i disagi per gli abitanti
di evitare ulteriori traumi a strutture dissestate, limitando il numero dei saggi distruttivi ai punti realmente rappresentativi per la formulazione del quadro diagnostico generale.

Principali Campi di Applicazione nell'Edilizia

Verifica dell'isolamento
Verifica delle impermeabilizzazioni
Analisi del degrado dovuto ad umidità
Ricerca di cause di infiltrazioni idriche
Ricerca di elementi costruttivi nascosti

L'analisi termografica può essere condotta in condizioni attive e passive. Nel primo caso l'elemento da indagare viene riscaldato onde incrementare la risposta termografica e, contestualmente, attivare i flussi di calore che consentono di ottenere diverse risposte dagli elementi a diversa capacità termica. Nelle condizioni passive, invece, si analizza la superficie così come essa si presenta al momento dell'indagine. Questo caso è molto frequente in indagini che riguardano elementi esterni di edifici quali ad esempio terrazze di copertura e pareti. Normalmente tali indagini si effettuano sfruttando il soleggiamento diretto ed analizzando il transitorio termico durante l'indagine.

Principi di Funzionamento

L'utilizzo della termografia permette la lettura delle radiazioni emesse nella banda dell'infrarosso da corpi sottoposti a sollecitazione termica. L'energia radiante è funzione della temperatura superficiale dei materiali, a sua volta condizionata dalla conducibilità termica e dal calore specifico, che esprimono in termini quantitativi l'attitudine dal materiale stesso a trasmettere il calore o a trattenerlo: un materiale con valori alti di conducibilità si riscalderà velocemente ed altrettanto velocemente si raffredderà.

Per effetto dei differenti valori di questi parametri, specifici per ciascun materiale, i diversi componenti di un manufatto, quale una muratura, assumeranno differenti temperature sotto l'azione di sollecitazioni termiche. Tale caratteristica è sfruttata dalla termografia per visualizzare, con appositi sistemi, i differenti comportamenti termici dei materiali. Grazie alla termografia si possono evidenziare ad esempio:

Dispersioni termiche dovute a deficienze di coibentazione
Ponti termici
Umidità nelle murature
Strutture di solai in calcestruzzo armato
Presenza di canalette di impianti elettrici e/o canalizzazione di impianti idrico-sanitario e termico in funzione
Ammorsature tra strutture murarie con tessiture e materiali diversi

Influenza dei Fattori Ambientali e Climatici

Per quanto sopra, la termografia è influenzata dalle condizioni ambientali e climatiche del luogo in cui si opera. Pertanto occorre rispettare alcune regole generali per ottenere risultati corretti:

Occorre operare in assenza di irraggiamento solare, meglio se dopo il tramonto quando la struttura da analizzare è in fase di raffreddamento
Occorre operare in assenza di pioggia e di vento.

La temperatura, l'umidità e la velocità del vento influenzano la qualità dei risultati, in quanto essi modificano le modalità con cui avviene lo scambio termico tra materiali e l'ambiente circostante. Pertanto è necessario avere un controllo strumentale di questi fattori. È necessario inoltre che a cavallo della struttura vi sia uno sbalzo termico di almeno 10 °C al fine di apprezzare sui termogrammi le anomalie termiche eventualmente presenti.

È importante infine tenere in considerazione la presenza di sorgenti calde, quali tubazioni non coibentate o elementi scaldanti, che possono influenzare la distribuzione di temperatura sui componenti l'involucro, e i riflessi provenienti da altre superfici che potrebbero essere scambiati per difetti della struttura.

Caratteristiche Tecniche

Un sistema termografico IR è costituito da una telecamera collegata ad un sistema di elaborazione e registrazione delle immagini. I rilevatori IR hanno il compito di individuare la consistenza della radiazione che li investe e di analizzare punto per punto la superficie radiante, per giungere alla definizione della mappa termica.

I sistemi termografici attualmente in commercio si differenziano per le diverse modalità di raffreddamento:

Termoelettrico o effetto Peltier
Azoto liquido in vaso di Dewar
Argon pressurizzato in bombola (Joule - Thomson)
Ciclo chiuso Sterling

Il sistema di raffreddamento più efficace, per applicazioni della termografia in edilizia è quest'ultimo, costituito da una pompa a pistola capace di cercare un punto freddo in un circuito sigillato con carica di elio.

Applicazioni Pratiche della Termografia a Infrarossi

Le termografie all'infrarosso possono essere applicate nei seguenti casi d’uso:

Identificazione dell’energia termica in ambienti bui o in condizioni di ridotta visibilità
Misurazione degli sprechi di energia termica
Individuazione di lacune nell’isolamento termico (ad esempio i ponti termici negli edifici)
Ricerca e salvataggio di persone
Rilevazione incendi
Monitoraggio di vulcani attivi
Come telecamere di sicurezza
Nella diagnosi medica
Durante le attività di manutenzione preventiva (ad es. scovare eventuali temperature anomale nei componenti di un macchinario o impianto elettrico)
Durante le ispezioni
Durante la verifica dello stato dei sistemi HVAC
Nella ricerca di infiltrazioni d’acqua e altri liquidi

Termografia nell’Edilizia: Applicazioni Specifiche

Nel settore dell’edilizia le termografie all'infrarosso sono aumentate notevolmente negli ultimi anni, grazie all’accresciuta consapevolezza dei benefici che essa può fornire in termini di individuazione di diverse tipologie di problemi, come:

Analisi cappotti termici
Perdite, infiltrazioni di acqua e umidità di risalita
Rilievo di distacchi di intonaco e piastrelle
Ispezioni di impianti fotovoltaici
Valutazione ed efficacia dei serramenti
Muffa e condensa
Verifica di impianti di riscaldamento

Nell’edilizia si utilizza, in particolare, la tecnica della termografia qualitativa, che consiste nel saper leggere i colori del termogramma, concentrandosi sulle fonti di calore piuttosto che sul valore delle temperature.

Termografia per l’Analisi di Impianti Elettrici

Le termocamere professionali si utilizzano anche per l’analisi degli impianti elettrici. L’ispezione è funzionale a una manutenzione preventiva per anticipare eventuali guasti. Negli impianti elettrici si predilige una termografia quantitativa, poiché non è importante soltanto rilevare l’anomalia, ma anche stabilire la gravità. Ecco perché, oltre a verificare i punti più caldi del termogramma, si analizzano le temperature indicate dal dispositivo termografico.

Tra i vantaggi di una termografia per gli impianti elettrici, va evidenziata la sicurezza per il personale che conduce l’ispezione, ma anche l’oggettività della prova che non può essere contestata. Grazie, inoltre, agli accessori per termocamere è possibile potenziarne le capacità degli strumenti e l’attendibilità delle prove.

Termografia per l’Analisi di Impianti Termici

Nell’ispezione di un impianto riscaldante a pavimento, la termografia è un eccellente alleato del manutentore, poiché dal termogramma può vedere l’intero percorso dei tubi e scoprire eventuali perdite o inefficienze. In questo modo, è possibile effettuare un lavoro di manutenzione sul pavimento localizzato e poco invasivo.

In generale, con la termografia è possibile verificare un impianto termico nella sua interezza, quindi è possibile controllare anche:

Termosifoni
Collettori
Caldaie
Pompe di calore
Climatizzatori caldo/freddo

Oltre a ottenere una verifica dell’impianto termico per scopi manutentivi, una termografia dell’impianto di riscaldamento fornisce dati certi sulla sua efficienza.

La Termografia per lo Studio dei Versanti in Roccia

La termografia a infrarosso è recentemente entrata a far parte delle tecniche di telerilevamento per l'analisi delle condizioni di stabilità degli ammassi rocciosi. Tale applicazione, ancora sulla frontiera della ricerca, consente di studiare il comportamento termico degli ammassi rocciosi, con l'obiettivo di individuare ed analizzare eventuali nessi di causa/effetto tra anomalie termiche superficiali e fenomeni di instabilità. In particolare, la termografia trova valide applicazioni per l'analisi di scarpate in roccia e falesie. Recenti casi di studio hanno dimostrato che, in abbinamento con altre tecniche di telerilevamento (Interferometria SAR Terrestre, Laser Scanner Terrestre e Fotogrammetria), è in grado di fornire informazioni utili per la mappatura delle zone maggiormente predisposte a fenomeni di crollo e, di conseguenza, per la zonazione delle priorità di intervento per la mitigazione del rischio.

Diagnosi dei Punti Pericolosi Inaccessibili

La tecnica termografica è diventata uno strumento diagnostico importante nell'industria elettrotecnica per la manutenzione preventiva. La visione immediata dei surriscaldamenti consente di porre rimedio prima che si verifichino guasti, fermi impianto e costose riparazioni in emergenza. Utilizzando una termocamera portatile è possibile osservare le condizioni di riscaldamento effettive di un'apparecchiatura elettrica o elettronica di potenza mentre è in funzione. Se questa è collocata in un ambiente isolato, è necessario evitare di aprire il contenitore per non modificare le condizioni termiche ambientali. L'unico modo possibile per verificare analiticamente la situazione termica reale all'interno del contenitore è l'applicazione, sulle parti del contenitore o del quadro elettrico, di finestrelle speciali ad alta trasparenza agli infrarossi per consentire il rilevamento termografico.

Termografia nelle Prove Meccaniche

L'osservazione del profilo termico di un provino o di un componente meccanico durante le prove di fatica è alla base del Metodo Risitano (Termografico o Energetico). Il metodo consente la determinazione del limite di fatica e della curva a tempo in maniera rapida ed economicamente sostenibile. I metodi tradizionali, per la caratterizzazione a fatica dei materiali, prendono in considerazione solo due parametri (sollecitazione e durata), il Metodo Risitano introduce un terzo parametro: la temperatura. Il metodo tiene conto della reale struttura e conformazione dei componenti meccanici esaminati, evitando lo studio di fattori di forma o di effetti di intaglio che spesso costituiscono la parte più complicata e più soggetta ad imprecisioni da valutare.

Normative di Riferimento

Esistono diverse normative che regolamentano l'applicazione della termografia in vari settori. Di seguito, un breve riepilogo di alcune di esse:

EN 16714-1: Principi generali per l'applicazione della termografia nelle prove non distruttive.
EN 13187: Prestazione termica degli edifici - Rilevamento qualitativo delle irregolarità termiche negli involucri edilizi.
EN ISO 9712: Qualificazione e certificazione del personale addetto alle prove non distruttive.
ISO 18436-7: Monitoraggio dello stato e diagnostica delle macchine - Termografia.