L’importanza dell’emissività nella termografia elettrica – Facciamo chiarezza

L’importanza dell’emissività nella termografia elettrica è un concetto troppo spesso mal compreso. Facciamo un po’ di chiarezza.

 

L’importanza dell’emissività nella termografia elettrica, intesa come la tecnica ispettiva per quadri elettrici, blindosbarre, trasformatori e molto altro, è troppo spesso sottovalutata o poco compresa.

Cerchiamo, in questo articolo, di fare un po’ di chiarezza. Quindi, per prima cosa, diciamo cosa si intende per “emissività“, quando facciamo termografia.

L’emissività è la capacità di un oggetto (corpo) di emettere radiazione infrarossa e, più in dettaglio, “il rapporto tra l’energia emessa dal corpo in analisi e quella emessa da un corpo nero, entrambi alla stessa temperatura ed osservati nella medesima lunghezza d’onda”. Notare bene: è un valore adimensionale.

In pratica, quando parliamo di emissività, descriviamo quanto è bravo un oggetto nell’emettere energia, in rapporto alla massima energia teorica possibile che un oggetto di riferimento (il cosiddetto “corpo nero”) potrebbe emettere, quando si trovasse alla medesima temperatura (in questo articolo il riferimento alla lunghezza d’onda non lo terremo in considerazione, per ragioni tecniche qui non rilevanti).

Ora, da cosa dipende l’emissività di un oggetto? Da sei fattori, di cui quattro sono più rilevanti di altri:

• dal materiale dell’oggetto: ci sono materiali più bravi di altri, ad emettere;
• dalla condizione superficiale dell’oggetto: una superficie più rugosa emette di più di una lucidata;
• dalla geometria dell’oggetto: superfici concave emettono di più di superfici convesse;
• dall’angolo di osservazione: aumentando l’angolo di osservazione, considerando 0° la posizione ortogonale, l’emissività scende;

Gli altri due, meno rilevanti sono:

• la temperatura: grandi (ma proprio grandi) variazioni di temperatura variano l’emissività (nessun problema per ispezioni di tipo elettrico o meccanico);
• la lunghezza d’onda: se si utilizza una termocamera MW invece di una LW l’emissività potrebbe essere diversa.

Guardare un oggetto con emissività bassa ha come primo effetto che il nostro bersaglio emette poca energia ma ha anche un altro effetto rilevante e critico: il nostro oggetto presenta rilevanti riflessi sulla sua superficie.

Per il principio di conservazione dell’energia applicato alla termografia, per i corpi cosiddetti “opachi” (cioè non in grado di essere attraversati dalla radiazione infrarossa), vale la regola:

ε + ρ = 1

dove ε è la nostra emissività ma ρ è chiamata riflettività ed è la capacità di riflettere energia: più bassa è la nostra emissività, più grande sarà la capacità del nostro bersaglio di riflettere l’ambiente circostante.

L’immagine seguente mostra in pratica cosa succede: una tazza in metallo piena di acqua calda è ricoperta, nella parte sinistra, da normale nastro isolante in PVC da elettricista, che ha una emissività molto alta (per le termocamere Teledyne Flir LW si considera 0.95). La parte destra è invece “al naturale” con una emissività pari a circa 0.12.

E’ uno degli esercizi che facciamo con gli studenti dei nostri corsi certificati, in giro per il mondo.

Il risultato è che la parte sinistra emette molta energia termica e riflette molto poco la radiazione proveniente dall’ambiente circostante, mostrando una “temperatura apparente” molto vicina a quella vera, mentre la parte destra emette poca energia termica e riflette moltissimo quella proveniente dall’ambiente circostante, mostrando una “temperatura apparente” molto vicina alla radiazione dell’ambiente circostante.

Perché la chiamiamo “temperatura apparente“? Perché per quanto impostiate i giusti valori nella termocamera, il lato destro “apparirà” sempre più freddo di quello sinistro, avendo captato, globalmente, un minor quantitativo di radiazione. Per quanto vi possiate impegnare, il lato destro ed il sinistro non avranno mai un “colore” uguale e quindi, leggendo la scala delle temperature a destra, avranno sempre due temperature che “sembrano” diverse.

 

Se pensate che questo sia un tema solamente relegato ai corsi di termografia o ad esperimenti di laboratorio, vi sbagliate.

Nel termogramma allegato (nella “termografia allegata” come si dice comunemente) si evidenzia la stessa situazione: il fusibile di sinistra mostra, sulla piattina isolata ricoperta di materiale alto-emissivo, un punto di anomalia, caldo. La vite sottostante, invece, essendo di materiale basso-emissivo, si presenta più fredda, più simile all’ambiente circostante.

E’ chiaro che qui la misura deve essere effettuata sul punto dove l’emissività è più elevata, cioè sulla piattina.

Potreste commentare che questa era una immagine semplice, pertanto vi invitiamo ad osservare la seguente: la connessione di una fase BT in un trasformatore in resina.

Osserviamo con attenzione:

• le corde (cioè i cavi) sono rivestiti in materiale alto-emissivo, quindi sono un ottimo punto di analisi;
• i capicorda sono in materiale basso-emissivo e geometria complessa: riflettono sfondi diversi e hanno parti concave e convesse – non si considerano;
• i due dadi di serraggio hanno grado di ossidazione differente, quindi emissività differente, oltre che bassa – possono ingannare;
• la piastra di alluminio è tremendamente basso-emissiva, quindi riflette in modo rilevante la radiazione proveniente dall’ambiente circostante – qui l’inganno è grande;
• i due fori sono passanti, quindi non ci interessano;
• il quadratino sotto i fori è una etichetta in PVC, quindi di nuovo alto-emissiva – ci si può fidare.

 

Nella immagine appena vista ci sono quindi solo tre zone idonee per la misura: l’etichetta quadrata in PVC e la superficie dei due cavi, anch’essa in materiale polimerico. Il resto, dimenticatelo!

L’importanza dell’emissività nella termografia elettrica è quindi un aspetto da non sottovalutare mai, per evitare errori nella interpretazione delle immagini e, soprattutto, per valutare correttamente la severità di una anomalia.

Non tutti gli operatori che hanno fatto un corso, anche se certificato, lo hanno capito veramente (purtroppo).

 

A proposito: molti pensano che il colore del materiale osservato sia causa di diversa emissività nel materiale.

Sfatiamo un mito: se li osserviamo con una termocamera LW, cioè con le termocamere solitamente usate nelle ispezioni elettriche e meccaniche, due adesivi in PVC di colori diversi hanno la stessa emissività. Il materiale è lo stesso.

 

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