Aumenta la produttività e la sicurezza delle fabbriche con le soluzioni di termografia

La generazione di calore di scarto e i punti caldi sono inevitabili in tutti i processi di produzione.

Le temperature estreme possono influire negativamente sui cicli di vita delle apparecchiature, oltre a rappresentare una grave minaccia per la salute dei lavoratori. Il monitoraggio del surriscaldamento, del sottoriscaldamento, dei punti caldi e delle condizioni indesiderate associate alle temperature può ridurre la probabilità che si verifichino tempi di inattività non pianificati dovuti a guasti alle apparecchiature, ridurre i costi di manutenzione in caso di guasti e prolungare la durata delle apparecchiature. Le termocamere possono evitare potenziali problemi monitorando in tempo reale la temperatura delle apparecchiature critiche, oltre a essere in grado di rilevare i punti caldi e freddi. Questo articolo illustra i vantaggi della termografia dal punto di vista della produzione e della sicurezza industriale, illustrando alcuni esempi pratici e aspetti da considerare durante la scelta dei sistemi di termografia per i diversi settori.

Che cos'è la termografia?

Una termocamera funziona se viene emessa una certa quantità di radiazioni infrarosse (IR) da qualsiasi oggetto al di sopra della temperatura di zero assoluto. Mentre l'occhio umano presenta dei limiti nella percezione della luce a infrarossi, una termocamera rileva e misura l'energia a infrarossi emessa dagli oggetti. Queste informazioni vengono successivamente trasformate in un'immagine termica (noto anche come termogramma). Il termogramma rappresenta la temperatura superficiale dell'oggetto.

Una termocamera utilizza un sistema ottico per catturare e mettere a fuoco l'energia a infrarossi su un chip rilevatore noto come array di sensori, che contiene migliaia di pixel disposti su una griglia. Ogni pixel risponde all'energia a infrarossi generando un segnale elettronico. Un'operazione matematica viene quindi eseguita su questi segnali da un processore della termocamera, che crea una mappa equivalente codificata a colori in base alla temperatura dell'oggetto. Ogni colore corrisponde a una temperatura specifica e l'immagine finale, o mappa termica, viene memorizzata e visualizzata, mostrando la distribuzione della temperatura dell'oggetto.

Figura 1: funzionamento di una termocamera (fonte)

Principali vantaggi della termografia

Le termocamere aiutano a rilevare le condizioni sfavorevoli, in modo da poter intraprendere in anticipo le azioni appropriate. Di seguito sono riportati i principali vantaggi delle termocamere e delle relative letture, che aiutano a ottimizzare e migliorare le procedure di manutenzione in vari settori.

Sicurezza dei processi e delle apparecchiature: le termocamere sono in grado di rilevare facilmente le condizioni di surriscaldamento nelle macchine o nei circuiti elettrici, evitando guasti costosi alle apparecchiature. Le termocamere rilevano i punti caldi e altre anomalie di temperatura, avvisando il personale appropriato che occorre adottare le misure appropriate per evitare gli incidenti e i danni alle apparecchiature causati da incendi, scariche elettriche, guasti irreversibili e rischi correlati.
Miglioramento dell'efficienza energetica e risparmio sui costi: le termocamere migliorano l'efficienza energetica, individuando le aree con trasferimento di calore o perdite di energia. I problemi come il consumo energetico superfluo vengono ridotti, se non eliminati. Le termocamere consentono inoltre di generare un notevole risparmio sui costi, prevenendo le riparazioni estese. Inoltre, poiché non è necessario mettere in pausa o arrestare le macchine o l'ispezione termica, i tempi di inattività inutili si riducono ulteriormente.
Migliore qualità dei prodotti e controllo più efficace dei processi: le termocamere aiutano ad aumentare la qualità, verificare le specifiche dei prodotti, garantire la tracciabilità dei prodotti sensibili alle temperature e ridurre al minimo i tassi di rilavorazione. Grazie a questi dispositivi, il team di produzione può analizzare rapidamente le variazioni di temperatura o le condizioni non conformi alle specifiche, effettuando le regolazioni necessarie durante il processo.
Sicurezza garantita dalle ispezioni senza contatto: le termocamere facilitano l'ispezione delle apparecchiature statiche e rotanti, delle superfici ad alte temperature e delle aree di difficile accesso. Inoltre, proteggono gli operatori da ambienti o situazioni pericolose.

Applicazioni comuni

Le termocamere vengono utilizzate in numerose applicazioni industriali e domestiche. Di seguito sono riportate alcune applicazioni comuni delle termocamere in vari settori

Impianti elettrici: le termocamere vengono utilizzate comunemente per ispezionare gli impianti elettrici ad alta e bassa tensione. Nelle installazioni ad alta tensione, le termocamere sono in grado di rilevare in modo rapido ed efficiente l'ossidazione degli interruttori ad alta tensione, i collegamenti surriscaldati, i collegamenti fissati in modo errato e i difetti dell'isolatore. Possono essere utilizzate anche per le ispezioni all'aperto di sottostazioni ad alta tensione, gruppi di comando, trasformatori e interruttori automatici esterni. Negli impianti elettrici a bassa tensione, le termocamere facilitano la scansione degli armadi elettrici e dei centri di controllo dei motori (MCC) per verificare la presenza di collegamenti corrosi o ad alta resistenza, danni interni ai fusibili, guasti agli interruttori automatici interni, collegamenti difettosi e altri danni interni. Le termocamere individuano con precisione il problema, determinando la gravità e facilitandone la riparazione nell'intervallo di tempo stabilito.
Installazione meccanica: una termocamera può risultare utile per studiare i modelli di vibrazione nelle apparecchiature meccaniche. In presenza di un'anomalia in un sistema meccanico, si verifica un aumento della dissipazione del calore. Le termocamere consentono inoltre di rilevare i problemi di lubrificazione, i disallineamenti, i surriscaldamenti, i rulli sospetti, cuscinetti surriscaldati e i sovraccarichi negli accoppiamenti meccanici, nei riduttori, nei cuscinetti, nelle cinghie, nei compressori, nelle turbine e nei nastri trasportatori. È possibile rilevare facilmente diversi tipi di guasti alle macchine, confrontando le letture effettuate da una termocamera con la temperatura di una macchina funzionante in condizioni normali.
Garanzia di qualità: le termocamere consentono di ottenere informazioni precise sul processo di produzione, offrendo una maggiore garanzia di qualità. Ad esempio, vengono utilizzate nel settore automobilistico per rilevare perdite di acqua all'interno delle cabine e in altre aree protette da materiali sigillanti. Le termocamere consentono inoltre di determinare se le gocce di colla sono state applicate correttamente e rilevare varchi o problemi di controllo della qualità, ad esempio i limiti di temperatura.
Monitoraggio dei processi: le termocamere sono utili per le ispezioni delle apparecchiature di processo. Nelle industrie di processo, forniscono informazioni molto utili sulle condizioni delle condutture, dei tubi e dell'isolamento delle valvole. Le termocamere aiutano a rilevare i materiali refrattari danneggiati e le perdite di calore corrispondenti nelle fornaci, nelle caldaie, negli essiccatoi, negli inceneritori, nei cracker e nei reattori. Grazie a queste caratteristiche, aiutano a fornire una diagnosi rapida e accurata per la manutenzione di installazioni di ogni tipo, ad adottare le misure correttive e a garantire la sicurezza dei lavoratori nelle procedure di manutenzione pericolose.

Aspetti principali da considerare durante la scelta di una termocamera

La scelta della termocamera giusta dipende interamente dai requisiti di settore specifici della particolare applicazione di processo. Di seguito sono riportati gli aspetti da considerare.

Risoluzione della temperatura: maggiore è la risoluzione di una termocamera, minore è la variazione di temperatura che è in grado di rilevare. Una termocamera con risoluzione più elevata fornisce inoltre immagini più chiare e dettagliate, caratteristiche ideali per le applicazioni che richiedono un elevato livello di accuratezza. Nelle telecamere a infrarossi, la risoluzione e la sensibilità vengono comunemente espresse sotto forma temperatura delta equivalente al rumore (NEDT). Questa cifra di merito indica in che misura una termocamera è in grado di rilevare la più piccola variazione di temperatura al di sopra del suo rumore di fondo.

Tempo di esposizione: indica la velocità con cui una termocamera è in grado di acquisire un singolo frame di dati. È simile alla velocità dell'otturatore di una normale macchina fotografica. È noto anche come tempo di integrazione o costante di tempo termica di un rilevatore. Questi termini indicano semplicemente il tempo impiegato da una termocamera per acquisire una singola immagine termica.

Frequenza dei fotogrammi o fotogrammi al secondo (fps): descrive il numero di immagini termiche raccolte al secondo da una termocamera. Un'elevata frequenza dei fotogrammi è utile per acquisire la firma termica degli oggetti in rapido movimento. In seguito, la termocamera può acquisire un fotogramma e riprodurlo al rallentatore.

Campo visivo (FOV): definisce l'area che una termocamera può acquisire entro un determinato periodo di tempo. Un obiettivo con un campo visivo ampio (almeno 45°) è utile per la scansione di aree più estese, mentre un teleobiettivo con un campo visivo ridotto (12° o 6°) è più utile per la messa a fuoco di aree più piccole e più specifiche. Alcune termocamere sono munite di più obiettivi per diverse applicazioni.

Funzionalità: funzioni aggiuntive particolarmente utili come la registrazione video e la possibilità di acquisire dati da altri dispositivi o collegarsi a questi ultimi per condividere i dati. Le moderne termocamere sono dotate di numerose funzioni come la connettività Bluetooth, la modalità di fotocamera normale, la connettività WiFi e altre funzioni ergonomiche.

Esempi di applicazioni industriali

Ambienti pericolosi: l'ispezione delle apparecchiature di processo nelle aree industriali circondate da ambienti pericolosi è un'attività impegnativa. I responsabili delle ispezioni e del monitoraggio delle condizioni che si occupano della verifica degli impianti industriali come i siti di combustione di gas naturale e gli impianti di liquefazione del gas devono ottenere in anticipo un permesso di lavoro a caldo firmato da più line manager. Sebbene si tratti di un approccio lodevole, ottenere un permesso per di lavoro a caldo può richiedere diverse ore e può essere valido solo per un turno in alcuni casi. Inoltre, in caso di ritardi imprevisti nel sito o di mancanza di forza lavoro, il processo di manutenzione o ispezione del sito può rimanere in sospeso e, potenzialmente, peggiorare, poiché tali autorizzazioni sono valide per un periodo di tempo limitato e devono essere rinnovate dopo la scadenza.
Le sfide di cui sopra possono essere mitigate utilizzando FLIR C5, una termocamera compatibile con gli ambienti pericolosi prodotta da Teledyne FLIR. Questo dispositivo elimina la necessità di ottenere i permessi di lavoro a caldo e di sbrigare pratiche cartacee superflue, risparmiando tempo. FLIR C5 è una termocamera compatta dotata di sensore di termografia FLIR Lepton® e tecnologia brevettata FLIR MSX® (Multi-Spectral Dynamic Imaging). Questa tecnologia aiuta a trasformare la temperatura in tempo reale del sito sottoposto a ispezione in immagini termiche precise. Un'altra caratteristica degna di nota di FLIR C5 è la soluzione FLIR Ignite basata su cloud, che aiuta i professionisti a caricare, archiviare ed eseguire il backup delle immagini acquisite dalla termocamera sul cloud, a condividere i dati con i membri del team e a creare report diagnostici. FLIR C5 è una soluzione di termografia tascabile che aiuta i professionisti della manutenzione a identificare e diagnosticare rapidamente i problemi nascosti.
Figura 2: termocamera FLIR C5 con funzione di integrazione nel cloud
Manutenzione predittiva: Continental Carbonic Products è un produttore leader di ghiaccio secco (anidride carbonica solida) per una varietà di settori. L'azienda ha recentemente deciso di sviluppare un efficace programma di manutenzione preventiva e predittiva. Nell'ambito di questa strategia, il team di manutenzione dell'azienda ha avviato il ciclo iniziale di controlli di base. Il team ha iniziato con il monitoraggio dei compressori e dei motori utilizzando la termocamera Fluke TiS75 per il ciclo iniziale dei controlli di base, durante il quale sono stati individuati alcuni punti caldi. Con la termocamera TiS75, il team di manutenzione dell'azienda è stato in grado di identificare i punti caldi associati a problemi, analizzare rapidamente i guasti sospetti e risolverli tutti. Questa termocamera a infrarossi ha consentito all'azienda di risparmiare tempo e denaro, evitando potenziali guasti alle apparecchiature e tempi di inattività eccessivi.
Con una risoluzione a infrarossi 384 x 288, un campo visivo istantaneo (IFOV) di 1,91 mRad e una messa a fuoco manuale precisa, TiS75+ semplifica la manutenzione preventiva, oltre a offrire un livello avanzato di efficienza e precisione nelle ispezioni termiche. TiS75+ acquisisce video standard e radiometrici, esegue il monitoraggio dei processi ad alta temperatura fino a +550 °C e registra video standard e radiometrici della durata massima di 5 minuti. Offre inoltre IR-Fusion® AutoBlend™ e Picture-in-Picture (PIP), al fine di associare un'immagine a luce visibile con un'immagine IR dello stesso target a cinque livelli diversi, per individuare più facilmente i problemi. Ti75+ è dotato di punti caldi e freddi selezionabili dall'utente e di allarmi a colori interni/esterni. Inoltre, modifica la pallettizzazione di un'immagine a infrarossi, limitando i pixel disegnati ricorrendo ai colori della tavolozza in base alla temperatura dei pixel.
La caratteristica più interessante di TiS75+ è la possibilità di condividere le immagini in tempo reale tra i team utilizzando l'app Fluke Connect. Questa funzione consente di creare e inviare report tramite e-mail dal luogo di lavoro, risparmiando molto tempo.

Conclusione

Questo articolo aiuta a prendere decisioni informate durante la scelta di una termocamera per la manutenzione predittiva o preventiva. Farnell offre un'ampia gamma di termocamere e accessori associati, per aiutarti a raggiungere l'efficienza operativa nel tuo impianto di produzione. Le termocamere, inoltre, proteggono le risorse utili e la manodopera da situazioni catastrofiche e, naturalmente, dai costi associati.