TERMOGRAFIA
Morigi Maria Pia
Università di Bologna
Dipartimento di Fisica
Viale Berti Pichat, 6/2 – 40127 Bologna
e-mail: [email protected]
Tecniche diagnostiche in infrarosso per
immagini: riflettografia e termografia.
INFRAROSSO: lunghezze d’onda da 7x10-7 m a 10-3 m
• RIFLETTOGRAFIA
• TERMOGRAFIA
Si basa su
Si basa su
Trasparenza di alcuni pigmenti
e leganti pittorici nel vicino
infrarosso (0.7 - 2.5 mm)
Emissione di radiazione di corpo
nero da parte di oggetti a
temperatura ambiente in alcune
bande
del
medio-lontano
infrarosso.
TECNICHE TERMOGRAFICHE PER LA
DIAGNOSTICA SULL’EDILIZIA STORICA
Termografia
Termografia
In alto: immagine fotografica
In basso: immagine termografica
Termografia
TERMOVISIONE
• Sistema di visione che fornisce immagini
della radiazione infrarossa emessa dagli
oggetti ripresi
Termografia
TERMOGRAFIA
Dalla superficie di ogni oggetto, animato o no, viene
emessa energia sotto forma di radiazione elettromagnetica,
in grado di propagarsi nel vuoto e in alcuni materiali a
causa dell’agitazione termica delle molecole.
Le leggi che governano l’emissione di questa energia sono
le seguenti:
Legge di Stefan-Boltzmann:
W = 5,67 x 10-8 T4
(in W/m2)
W = quantità di energia per unità di tempo e per unità di
superficie, irradiata da un corpo nero (corpo con proprietà
di assorbitore ed emettitore ideale di radiazione)
T = temperatura assoluta
TERMOGRAFIA
Corpo nero: in fisica un corpo nero è un oggetto che
assorbe tutta la radiazione elettromagnetica incidente (e
quindi non ne riflette). Il corpo nero, per la conservazione
dell'energia, irradia tutta la quantità di energia assorbita
(coefficiente di emissività uguale a quello di assorbanza
ed entrambi uguali a 1) e deve il suo nome solo
all'assenza di riflessione. Lo spettro (intensità della
radiazione emessa ad ogni lunghezza d'onda) di un corpo
nero è caratteristico e dipende unicamente dalla sua
temperatura.
TERMOGRAFIA
Legge di Planck:
Descrive come l’energia emessa da
un corpo nero si ripartisce al
variare della lunghezza d’onda
della radiazione.
Curve di emissione spettrale per
corpi neri a diverse temperature.
Legge di Wien:
lmax T = 2,8978 x 10-3
( in m)
lmax = lunghezza d’onda di massima emissione
TERMOGRAFIA
L’emissività
può
essere definita come
il
rapporto
tra
l’energia emessa dal
corpo (superficie) e
quella emessa da un
corpo
nero
alla
stessa temperatura e
lunghezza d’onda.
Per un corpo reale, che non è nero, l’emissività è minore di 1 e la curva
di emissione sarà inferiore a quella per il corpo nero alla stessa
temperatura ed è ricavabile nota l’emissività spettrale, semplicemente
moltiplicando la radianza ad una data lunghezza d’onda per il valore
dell’emissività spettrale, cioè per il valore che ha e a quella lunghezza
d’onda.
TERMOGRAFIA
Un corpo reale è assimilabile solo approssimativamente ad
un corpo nero ideale; tuttavia un oggetto di qualsiasi
natura emette una quantità di radiazioni tanto più
grande quanto più è alta la sua temperatura
(dipendenza dalla quarta potenza della temperatura)
Possibilità di misurare la temperatura di un
corpo a partire dalla quantità di radiazione
emessa.
Termografia
Il principio
oggetto
lampada a
incandescenza
termocamera
TERMOGRAFIA
Rivelatore IR: è in pratica un convertitore che assorbe
radiazione IR e la trasforma in un segnale elettrico.
Le termocamere sfruttano due tipi di rivelatori:
• fotorivelatori:
sono
realizzati
con
materiali
a
semiconduttore, nei quali il rilascio di cariche elettriche è
associato all’assorbimento di fotoni
• termorivelatori: assorbono l’energia irraggiata dall’oggetto
e misurano la variazione di temperatura dalla variazione di
proprietà
elettriche
degli
elementi
sensibili
(es.
termocoppie*).
* Nel 1821 il fisico Thomas Johann Seebek scoprì che in un circuito formato da
due conduttori di natura differente, sottoposto a un gradiente di temperatura, si
instaura una differenza di potenziale. Questo fenomeno, chiamato effetto
Seebek, è sfruttato dalle termocoppie.
TERMOGRAFIA
Con i rivelatori IR si ottengono in tempo reale delle mappe
di intensità, relative alla radiazione infrarossa emessa dal
corpo.
Un’immagine
in
infrarosso
all’origine
è
sempre
rappresentata in toni di grigio, corrispondenti alle diverse
intensità di radiazione provenienti dai diversi punti
dell’oggetto inquadrato.
Per meglio evidenziare taluni fenomeni (ad es. presenza di
umidità, distacchi nell’intonaco), si usa spesso la
rappresentazione in falsi colori, che si ottiene associando ad
ogni livello di grigio un determinato colore.
Termografia
Termografia
Termografia
Termografia
Termografia
Termografia
Termografia
Umidità
In figura si vede una superficie intonacata ed affrescata asciutta
nella parte destra e inumidita solo nella parte sinistra. Qui la
temperatura è più bassa grazie all’effetto dell’evaporazione, salvo che
nella parte centrale, più calda in quanto lì l’evaporazione è stata
bloccata per qualche minuto mediante una pellicola trasparente,
rimossa subito prima di registrare l’immagine termica. Trattandosi di
termografia passiva non si percepiscono effetti dovuti al colore.
Umidità
La termografia passiva è impegata solitamente per
l’individuazione di zone umide, dal momento che in
condizioni di temperatura superiori allo zero Celsius e
umidità relativa inferiore all’80%, l’evaporazione ha
luogo senza necessità di alcun riscaldamento.
L’individuazione delle zone umide è possibile grazie
all’ingente calore assorbito dall’acqua nella transizione
dalla fase liquida a quella di vapore (il calore latente di
evaporazione è di 540 calorie per ogni grammo di
acqua evaporata). E’ possibile stimare il flusso
evaporativo, responsabile del deposito di sali alla
superficie e quindi di degrado (efflorescenze e
subflorescenze, …)
Termografia
Termografia
Distacchi – Ponti termici
Distacchi (zone isolanti)
Stato di conservazione di intonaci
I distacchi si manifestano
con geometria irregolare
Esterno chiesa parrocchiale di Ello (LC)
Termografia
Termografia
La lettura di tessiture
murarie.
Chiesa parrocchiale di
Nembro (BG).
Riscaldamento 500 W
per 10 minuti
La termografia in falsi
colori evidenzia le
anomalie termiche
=> distacchi
La termografia in livelli
di grigio evidenzia le
differenze di materiali
=> tessitura
Esempi di termografie
Villino residenziale (Pisa):
Immagine acquisita in fase di raffreddamento notturno dopo una
giornata di forte irraggiamento solare e foto diurna in radiazione
visibile; si notano molte delle possibili caratteristiche svelabili
tramite termografia, dalla differente tessitura muraria tra i
diversi piani, alle dispersioni termiche sopra e sotto la finestra,
fino alla presenza di putrelle.
Piazza Santa Maria Novella (Firenze)
Immagine ripresa in fase di raffreddamento subito dopo un
irraggiamento solare di 4-5 ore; è ben rilevabile il differente
assorbimento di calore delle facciate, legato al materiale
impiegato ed alla colorazione a vista. Si notano anche
anomalie locali poco estese che possono essere legate a
distacchi di intonaco o a crepe nelle murature.
Galleria d'arte (Firenze)
Quadro illuminato da un sistema di faretti alogeni; è ben
evidente la serie di spot caldi sulla superficie che possono
comportare temperature critiche per vernici e leganti, e
indurre nel tempo deformazioni dei supporti.
Piazza Santa Maria Novella (Firenze)
Recinto del cimitero dopo una giornata di forte irraggiamento
solare; in questo caso il colore e la natura della pietra e la
presenza di croste nere sul monumento sono alla base delle
differenze di riscaldamento subite.
Il termogramma in alto mostra l'origine dell'infiltrazione causa del
degrado nella volta affrescata.
I termogrammi sotto mostrano la composizione di una parete e
l'individuazione di una perdita nell'impianto di riscaldamento a
pavimento.
Esempi di termografie
Si nota la preesistenza di un’apertura ad
arco con colonnine decorative, oggi
murata.
WEMES Consulting, Vicolo Fucini 14, I-30172 Mestre-Venezia, ITALY
Esempi di termografie
Sono evidenti diffuse zone di distacco
dell'intonaco.
WEMES Consulting, Vicolo Fucini 14, I-30172 Mestre-Venezia, ITALY
Esempi di termografie
Esempi di termografie
Termografia
Sensibilità spettrale:
3  5 mm
490x490 pixel
Raffreddata
Interv. temperatura:
-20  250 °C
RIEPILOGO APPLICAZIONI ALL’EDILIZIA STORICA
Ambito di
applicazione
Studio
storicoconoscitivo
sull'edilizia
storica
monumentale
MonitoraggioDiagnostica
dello stato di
conservazione
Applicazioni
Fenomeno termico
correlato
Identificazione di elementi Propagazione differenziale
non a vista;
del calore all'interno della
studio tessiture murarie;
muratura a causa di diversi
identificazione di
valori di diffusività termica
tamponamenti di aperture
preesistenti; mappatura di
precedenti interventi di
restauro (anche di
elementi strutturali)
Umidità superficiale
Umidità: raffreddamento
(misura dei flussi
calore latente di
evaporativi in atto);
evaporazione.
Distacchi: isolamento
Distacchi di intonaci,
termico locale causato da
affreschi e mosaici;
bolle di aria fra muro e
fessurazioni, cricche
paramento esterno. In
subsuperficiali.
generale si rileva ogni
ostacolo alla diffusione del
calore.
Tecniche di indagine
Termografia attiva.
Umidità: termografia
passiva.
Distacchi: meglio in
termografia attiva, ma
spesso il semplice
gradiente di temperatura
fra l’aria del giorno e la
muratura che mantiene,
per inerzia termica, la
temperatura della notte, è
sufficiente per
l'identificazione di difetti
superficiali dell’intonaco.