Accesso sicuro all'ispezione termica tramite finestre IR

I sistemi di ispezione termica in ambienti pericolosi possono essere complessi, ma le apparecchiature specializzate, come le finestre a infrarossi (IR), riducono notevolmente il rischio. Diamo un'occhiata al funzionamento delle finestre IR nel contesto della termografia e al modo in cui selezionarle e applicarle.

Anzitutto, alcune definizioni. Lo spettro IR si trova tra le regioni tra il visibile e le microonde dello spettro elettromagnetico. La radiazione IR è una forma di energia termica non rilevabile visivamente, comunemente nota come calore. La termografia IR, anche detta imaging termico, è un metodo senza contatto per rilevare e misurare le differenze di temperatura analizzando i livelli di radiazione IR e visualizzando graficamente i risultati.

La rappresentazione grafica, spesso detta termogramma, utilizza i colori per indicare la temperatura, dove ogni colore rappresenta uno specifico intervallo di temperatura. Ad esempio, il termogramma di un motore elettrico in funzione (Figura 1) mostra la temperatura di ciascuna area del motore. La scala sul lato del termogramma rappresenta la mappatura colore-temperatura.

Figura 1: Termogramma di un motore elettrico in funzione; i colori indicano la temperatura di ciascuna parte del motore. (Immagine per gentile concessione di Fluke Electronics)

Per generare i termogrammi si utilizza una termocamera a infrarossi. A differenza di una telecamera convenzionale, la termocamera risponde alla radiazione IR a lunga lunghezza d'onda per sviluppare la firma termica del dispositivo misurato. L'immagine IR risultante è spesso molto diversa da un'immagine dello spettro visibile. Molte termocamere IR includono anche una telecamera di luce visibile per acquisire simultaneamente, pixel per pixel, un'immagine standard dello spettro visibile insieme all'immagine a infrarossi. La combinazione di questi due tipi di immagini aggiunge dettagli strutturali e fornisce un contesto fisico ai dati sulla temperatura, facilitandone l'interpretazione.

Applicazioni di termografia

Le applicazioni della termografia sono molteplici. Ad esempio, può essere utilizzata per rilevare il surriscaldamento nei quadri elettrici, indicando collegamenti ad alta resistenza o conduttori sovraccarichi. Nei sistemi meccanici, la termografia può rilevare difetti negli avvolgimenti e nei cuscinetti di un motore. In ambito architettonico le applicazioni includono l'individuazione delle perdite di calore nelle strutture. Nelle applicazioni di sicurezza la termografia consente di rilevare intrusioni, sia di animali che di essere umani.

Rispetto ad altre tecnologie di monitoraggio, la termografia ha il vantaggio di non richiedere il contatto fisico con i dispositivi sottoposti a misurazione. Ciò è particolarmente importante in applicazioni specifiche in cui il dispositivo misurato funziona ad alte temperature, trasporta tensioni elevate o deve essere misurato durante il funzionamento.

Finestre IR e multispettrali

Alcune applicazioni della termografia possono essere pericolose per i tecnici durante le misurazioni. Ad esempio, un guasto elettrico in un pannello può provocare un arco elettrico che genera temperature e livelli di luce estremamente elevati. Il guasto genera anche un arco elettrico, un'onda d'urto supersonica che produce un rumore assordante e schegge surriscaldate, provocando gravi lesioni. Gli archi elettrici possono verificarsi anche alle basse tensioni, di soli 120 V, ma la probabilità aumenta con l'aumentare della tensione.

Sebbene sia possibile utilizzare dispositivi di protezione individuale (DPI) per difendersi dagli archi elettrici, un'alternativa più sicura e meno costosa è quella di utilizzare le finestre di ispezione per isolare e proteggere gli operatori.

Una finestra IR o multispettrale assicura un imaging termico più efficiente, consentendo di visualizzare l'interno di quadri elettrici e involucri senza aprirli, prevenendo così l'esposizione ad archi elettrici ed esplosioni e tutelando gli operatori (Figura 2).

Figura 2: Esempio di una finestra IR montata su un pannello di controllo, che consente l'accesso a una termocamera. (Immagine per gentile concessione di Fluke Electronics)

Fluke Electronics offre finestre IR compatibili con le proprie termocamere IR e sistemi di imaging termico.

Le finestre ClirVu CLKT e ClirVu CV offrono protezione critica a tecnici e ingegneri, dando loro accesso alle aree di ispezione senza dover aprire pannelli o involucri. Le finestre IR sono dispositivi permanenti realizzati con ottiche in cristallo resistenti all'arco elettrico, montate in telai pressofusi in lega ad alta resistenza con guarnizioni ad alta pressione per una protezione superiore contro l'arco elettrico. Le finestre ottiche sono realizzate in fluoruro di calcio (CaF₂) rivestito con uno strato di ClirVu a banda larga di Fluke per una migliore trasmissione IR e la protezione contro il deterioramento dovuto all'umidità. I coperchi proteggono l'ottica dalla polvere e dai danni accidentali. Hanno un intervallo della temperatura di funzionamento continuo da -40 a +232 °C.

Entrambe le serie offrono finestre di diametro di 50, 75 e 100 mm e la possibilità di scegliere tra tre diversi tipi di chiusure della porta (Figura 3).

Figura 3: Questi esempi delle finestre CLKT e CV mostrano la scelta disponibile per la chiusura della porta. (Immagine per gentile concessione di Fluke Electronics)

La finestra IR CV301 di Fluke (Figura 3, al centro) misura 75 mm e utilizza meccanismo di chiusura con chiave di sicurezza. La versione da 100 mm è il modello CV400 di Fluke (Figura 3, a destra). Questa finestra utilizza un meccanismo di chiusura a rotazione manuale che non richiede una chiave di sicurezza. La finestra FLK-050-CLKT di Fluke (Figura 3, a sinistra) misura 50 mm ed è dotata di una chiusura avvitabile. La serie CLKT è dotata di una finestra multispettrale che utilizza la tecnologia ottica QUADRABAND di Fluke. La lente ottica gestisce non solo i raggi infrarossi a onde corte, medie e lunghe, ma anche la luce ultravioletta e visibile. Consente la fusione dei display negli imager IR compatibili, combinando le viste IR e della luce visibile per una rappresentazione più intuitiva.

La serie CV è sottoposta a 30 cicli di prova ed è classificata per resistere ad archi elettrici fino a 63 kA. La serie CLKT è classificata per 30 cicli di un evento di arco da 50 kA.

Queste finestre sono conformi a molteplici standard di sicurezza, di resistenza agli archi elettrici e di compatibilità ambientale.

Selezione di una finestra IR

La scelta di una finestra IR inizia con la determinazione delle ispezioni necessarie e della possibilità di eseguirle con la combinazione di finestra IR e termocamera IR che si prevede di utilizzare. Il campo visivo della termocamera e il suo allineamento con la finestra sono importanti, ma la dimensione della finestra e la distanza del bersaglio dalla finestra determinano il campo visivo attraverso di essa (Figura 4).

Figura 4: Il campo visivo attraverso le finestre dipende dalle dimensioni della finestra e dalla distanza del bersaglio dalla finestra. (Immagine per gentile concessione di Fluke Electronics)

La tabella nella Figura 4 mostra il campo visivo di tre finestre di dimensioni diverse (50, 75 e 100 mm) e la distanza tra la finestra e il bersaglio. Sono evidenziati i campi visivi per tre dimensioni di finestra a una distanza di 30,48 cm al bersaglio. Il campo visivo aumenta di pari passo con le dimensioni della finestra e la distanza dal bersaglio.

Conclusione

Le finestre IR e multispettrali sono essenziali per la sicurezza della termografia diagnostica. Isolano il personale addetto ai test da archi elettrici potenzialmente dannosi, temperature elevate e macchinari in movimento, consentendo al contempo l'accesso ai dispositivi di imaging termico.