Come le termocamere a infrarossi (IR) aiutano nel monitoraggio delle condizioni (CM)

Una termocamera (imaging a infrarossi o videocamera termica) utilizza la radiazione infrarossa per rilevare gli oggetti.

L’imaging a infrarossi svolge una funzione essenziale nella manutenzione predittiva. Le telecamere monitorano i macchinari o le attrezzature nell’impianto per creare immagini termiche che rivelano i punti caldi. Questi punti caldi aiutano a rilevare futuri malfunzionamenti, surriscaldamenti, danni ai macchinari o alle strutture e lesioni al personale. Le riparazioni o la manutenzione possono essere effettuate nel momento più sicuro ed economico.

Una condizione essenziale per il funzionamento sicuro di qualsiasi impianto elettrico è la corretta selezione delle apparecchiature. La manutenzione di tali apparecchiature deve rispettare i parametri stabiliti in termini di dispersione del calore in tutte le modalità operative e le parti conduttrici di corrente che le collegano. Anche negli impianti elettrici il trasferimento di calore dalle aree calde a quelle fredde avviene in tre modi: per conduzione, convezione e irraggiamento.

Sistema di imaging termico / telecamera a infrarossi

Ogni oggetto emette energia a infrarossi, che viene definita "firma termica". Questa energia infrarossa viene misurata e rilevata da una telecamera a infrarossi (IR) o termocamera. La termocamera converte questi dati a infrarossi in un'immagine elettronica che rappresenta la temperatura apparente della superficie dell'oggetto da misurare. Una termocamera è dotata di un sistema ottico che focalizza l'energia infrarossa su uno speciale chip rivelatore (array di sensori) composto da migliaia di pixel rivelatori disposti a griglia. Quando ogni pixel del sensore reagisce all'energia infrarossa concentrata su di esso, viene prodotto un segnale elettronico. L'unità di elaborazione della fotocamera prende il segnale di ogni pixel e applica un algoritmo matematico per creare una mappa a colori (termografia) della temperatura apparente dell'oggetto da misurare. A ogni valore di temperatura viene assegnato un colore diverso e viene prodotta una matrice di colori. Questa matrice viene inviata all'unità di memoria della termocamera, che visualizza la termografia (immagine termica) dell'oggetto, come mostrato nella Figura 1.

Figura 1:  Sistema di imaging termico (telecamera a infrarossi)

Scenario delle applicazioni della telecamera a infrarossi CM

Grazie al rilevamento di anomalie spesso invisibili a occhio nudo, la termografia consente di intraprendere azioni correttive prima che si verifichino costosi guasti al sistema. I casi di utilizzo delle termocamere nell'ambito della manutenzione predittiva sono infiniti; alcuni di questi riguardano la manutenzione elettrica e meccanica, le utenze e la perdita di energia. Di seguito sono elencate alcune delle sfide che si presentano nello scenario delle applicazioni industriali.

• Ispezioni a bassa tensione:  Le ispezioni elettriche richiedono telecamere a infrarossi. Eventuali connessioni elettriche allentate aumentano la resistenza alla corrente, provocando un aumento della temperatura. Di conseguenza, i componenti possono guastarsi, causando interruzioni non pianificate e lesioni. Inoltre, l'efficienza di una rete elettrica diminuisce prima di un guasto; di conseguenza, si spreca energia con la generazione di calore, con conseguenti perdite inutili, come mostrato di seguito.



Figura 2(a): Cattivo collegamento e danni interni   (b)danni al fusibile interno

• Ispezioni ad alta tensione:  Le telecamere a infrarossi sono utilizzate abitualmente per monitorare i trasformatori di potenza. Si possono confrontare le temperature delle alette di raffreddamento e dei collegamenti ad alta tensione in modo da poter intervenire prima che si verifichino problemi significativi. Interruttori, commutatori, e linee elettriche ad alta tensione sono tra gli altri impianti ad alta tensione che vengono controllati con una telecamera a infrarossi. L'imaging a infrarossi identificherà le aree potenzialmente problematiche, come mostrato nella figura seguente.



Figura 3(a): Collegamento non correttamente fissato   (b) Ispezione di linee elettriche ad alta tensione

• Manutenzione meccanica: La maggior parte delle industrie manifatturiere è costituita da apparecchiature statiche e rotanti critiche che fungono da spina dorsale delle operazioni, come motori, avviatori, trasportatori, sistemi di assemblaggio, ecc. I dati termografici integrano gli studi sulle vibrazioni nel monitoraggio delle apparecchiature meccaniche.



Figura 4(a): Rullo sospetto   (b) Motore surriscaldato

Integrazione della termografia a infrarossi con il monitoraggio delle condizioni

Per il rilevamento dei guasti utilizzando una termocamera infrarossi, di seguito viene mostrato un algoritmo di scansione per il monitoraggio a infrarossi per l'intero processo di scansione dell'apparecchiatura. La scansione IR fa parte di un sistema integrato di monitoraggio delle condizioni che utilizza altre tecnologie per un monitoraggio completo delle condizioni.

A seconda dei casi, il processo di scansione della macchina o dell'apparecchiatura può essere configurato a intervalli di tempo predeterminati. Una volta avviato, il processo di scansione confronta le immagini termiche di un obiettivo definito con l'immagine di base dell'apparecchiatura per individuare le anomalie termiche del sistema. Se non viene rilevata alcuna deviazione, il processo di scansione inizia dopo un intervallo di tempo determinato dall'utente. Se durante il processo di scansione viene individuata un'anomalia, si passa alla fase successiva per valutare il problema utilizzando il Software di termografia a infrarossi. Il processo di diagnosi inizia con l'identificazione della natura del problema; una volta individuato, il problema viene confrontato con la priorità stabilita dal pianificatore della manutenzione nell'elenco di importanza e di allarme. Se il problema è drastico e inadeguato, genera un rapporto IR per l'area effettiva dell'oggetto target con tutti i dettagli del gradiente di temperatura e i modelli termici necessari per un'indagine dettagliata e la riparazione al pianificatore della manutenzione per le azioni correttive necessarie durante questa fase diagnostica.

Figura 5: Processo di scansione del monitoraggio IR per l'apparecchiatura

Figura 6: Componenti tipici del sistema di imaging termico utilizzato nel monitoraggio delle condizioni.

Se la natura del problema non è ad alta priorità, viene aggiunto allo stack di attesa per una nuova scansione. Se viene riscontrata un'anomalia ma il problema non viene identificato, si procede a un'ulteriore indagine, utilizzando test a vibrazione e a ultrasuoni dell'apparecchiatura.