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Vedere il calore: la termografia per l’industria e per l’edilizia

A cura di Dario Ambrosini, Laboratorio di Ottica Applicata

Facoltà di Ingegneria, L’Aquila

Ogni oggetto in natura emette radiazioni elettromagnetiche. Il fenomeno, detto irraggiamento termico, è essenzialmente legato alla temperatura dell’oggetto stesso. Quando questa è molto elevata, come per il sole (circa 6000 gradi C), l’emissione avviene principalmente nella banda delle radiazioni visibili. Gli oggetti che ci circondano, invece, che si trovano a temperature prossime alla temperatura ambiente, emettono nella banda dell’infrarosso (cioè con lunghezze d’onda di 5 – 10 millesimi di millimetro) e la loro emissione non è visibile all’occhio umano né rilevabile con apparecchiature di ripresa tradizionali (macchina fotografica, telecamera).

La termografia all’infrarosso è una tecnica in grado di determinare, mediante uno strumento detto termocamera ad alta risoluzione (circa 1 cm a qualche metro di distanza), la temperatura di una superficie attraverso la misura delle radiazione infrarossa emessa da ogni oggetto proporzionalmente alla sua temperatura. Il risultato finale è una immagine termografica, che rappresenta in falsi colori (livelli di grigio oppure una scala cromatica opportuna) le differenze di temperatura tra zone contigue. In altri termini, una immagine tradizionale registra le differenze di intensità luminosa mentre una immagine termografica registra le differenze di temperatura.

Nata in campo militare per esigenze di visione e sorveglianza, oggi l’indagine termografica trova applicazione in settori diversi quali la diagnostica architettonica, le manutenzioni, il controllo non distruttivo, il controllo di prodotti in linea. Sarebbe troppo lungo illustrarli tutti; ci soffermeremo sulle diagnostica non distruttiva, perché è in questo particolare campo che si è specializzato il laboratorio di Ottica Applicata del Dip. di Energetica della Facoltà di Ingegneria dell’Università dell’Aquila.

L’indagine termografica applicata alle superfici murarie consente, dalla individuazione di zone a differente temperatura e dalla conoscenza dei possibili processi di scambio termico, di evidenziare la presenza di strutture architettoniche nascoste. Infatti le diverse risposte in temperatura sono causate da differenze di conducibilità e di capacità termica tra i materiali posti all’interno delle pareti. Per questo tipo di indagine può essere necessaria una sollecitazione termica.

Nel caso che ci si occupi della ricerca di umidità, la termografia permette di discriminare le superfici umide da quelle asciutte e di individuare le condizioni ambientali che favoriscono l’evaporazione dell’acqua contenuta nelle murature.

In riferimento alla legge sui risparmi energetici, l’indagine termografica, oltre che al recupero e alla conservazione del patrimonio edilizio ed artistico, può essere finalizzata anche alla progettazione ed al controllo dell’isolamento termico degli edifici e degli impianti. In particolare si possono individuare e documentare dispersione termiche, arrivando anche a fornire una quantificazione dell’energia dispersa. Oltre a queste sopra citate, un’utilissima applicazione dell’indagine termografica su pareti affrescate o dipinte è rappresentata dalla possibilità di individuare la tessitura muraria di supporto all’intonaco e di localizzare zone interessate da umidità anche non affiorata. Tali indagini sono alternative a quelle tradizionali distruttive e/o empiriche.

Ulteriori settori di applicazione riguardano il controllo non distruttivo su materiali compositi, plastici e metallici per evidenziare difetti quali delaminazione, discontinuità interne e difetti di saldatura; il controllo degli impianti elettrici e relativi componenti, dalla centrale fino ai quadri di distribuzione nei palazzi; l’individuazione di componenti difettosi su schede elettroniche, dissipazione nei circuiti elettronici e difetti nelle piste dei circuiti stampati.

Il laboratorio di Ottica Applicata ha utilizzato la termografia, in collaborazione con gruppi di ricerca dell’Università dell’Aquila ed alcune industrie, per diagnostica non invasiva di pezzi meccanici e di materiali compositi. Nel campo della conservazione del patrimonio edilizio ed artistico, in stretta collaborazione con la Soprintendenza, sono stati studiati gli affreschi dell’Oratorio di S. Pellegrino a Bominaco e del Palazzo Ducale di Tagliacozzo. Attualmente è in corso una importante campagna di misure sulla intera facciata della Basilica di Collemaggio, a L’Aquila.

 

Analisi della qualità dell’aria della città dell’Aquila:

…cosa respiriamo viaggiando in autobus…”

 

Carlo Cantalini, Dipartimento di Chimica, Ingegneria Chimica e Materiali dell’Università dell’Aquila

Gabriele Sulli, Parco Scientifico e Tecnologico d’Abruzzo

 

Il monitoraggio della qualità dell’aria ha assunto negli ultimi anni un ruolo determinante per la valutazione della qualità della vita in ambiente urbano. Se da un lato sono cresciute le aspettative dei cittadini di avere assicurata la salubrità del loro habitat quotidiano, dall’altro si riscontra una preoccupante penuria di risorse finanziarie, umane, tecnologiche e di informazione necessarie per un efficace coinvolgimento e responsabilizzazione delle parti interessate.

Il Parco Scientifico e Tecnologico d’Abruzzo e il Dipartimento di Chimica, Ingegneria Chimica e Materiali dell’Università dell’Aquila hanno predisposto un progetto di ricerca tecnologica per la messa a punto di un sistema agile, poco costoso, di facile utilizzo per l’analisi della qualità dell’aria in ambiente urbano, in grado di sostituire, a costi competitivi, i tradizionali sistemi di monitoraggio attualmente a disposizione.

 

La centralina, di cui è stato realizzato un primo prototipo, portatile, dotata di sistemi di localizzazione (GPS) e di trasmissione wireless dei dati (GSM), è in grado di alloggiare varie tipologie di sensori, sia per la misura di parametri fisici (temperatura, umidità, rumore), sia chimici (gas inquinanti, particolato aerodisperso), in modo da rappresentare uno strumento completo e versatile per il monitoraggio meteo-ambientale.

La progettazione della centralina è basata sul concetto di monitoraggio di traccianti dell’inquinamento atmosferico urbano, cioè sulla rilevazione della concentrazione di quelle sostanze la cui presenza è correlata ad altre sostanze pericolose di difficile o complessa rilevazione, come il CO per il benzene, o a situazioni di potenziale rischio ambientale. Il sistema è così in grado di rilevare in continuo inquinanti atmosferici precursori di situazioni di allerta/allarme e, dunque, di sostituire le centraline fisse di monitoraggio tradizionali durante le giornate scarsamente inquinate, consentendo una drastica riduzione dei costi di gestione.

Il prototipo scaturito dall’attività di ricerca è stato validato nell’anno 2001 in una campagna di monitoraggio “dinamico” della qualità dell’aria urbana, su autobus in movimento, presso la città dell’Aquila, effettuata in collaborazione con l’Azienda della Mobilità AquilanaAMA SpA.

I traccianti monitorati sono stati monossido di carbonio e particolato fine. La sensoristica prescelta per ciascun tracciante è caratterizzata dall’estrema miniaturizzazione dei dispositivi di misura. Ad esempio la tecnologia di misura del particolato, che sfrutta la diffusione della luce (light scattering), può essere implementata in apparecchiature portatili di ridotte dimensioni e con modalità d’uso estremamente semplificate rispetto alle metodiche tradizionali.

La centralina è stata installata su autobus di linea, con acquisizione delle concentrazioni degli inquinanti e le relative posizioni dell’autobus a brevi intervalli temporali (decine di secondi).

Il risultato più significativo è stato quello di misurare il valore delle concentrazioni dei traccianti dell’inquinamento in funzione della posizione assunta dall’autobus nei suoi percorsi quotidiani in tempo reale.

La grande potenzialità di un tale metodo si comprende se si pensa ad un insieme numericamente consistente di autobus in grado di coprire l’intero territorio comunale. In tale maniera si otterrebbero una copertura modulare del territorio a seconda delle criticità di area e un’evoluzione in tempo reale della mappa dell’inquinamento urbano.

Mediante un’opportuna elaborazione dei dati ottenuti, è anche possibile simulare centraline fisse “fittizie”, sfruttando le medie delle misure puntuali effettuate su certi siti di particolare interesse ad ogni attraversamento dell’autobus nel corso della giornata. Diventa così agevole calcolare grandezze statisticamente significative, confrontabili con i parametri di misura dell’inquinamento atmosferico che la normativa ambientale vigente prevede.

I dati ottenibili da tali metodologie innovative di monitoraggio confluiscono in un modello numerico di simulazione che integra le informazioni provenienti dalla rete di centraline con dati metereologici. Il modello integrato, fornisce una previsione “Meteo-ambientale” da utilizzare come strumento predittivo o diagnostico di situazioni di inquinamento. Il modello, sulla base di dati pregressi e/o inventari delle emissioni, consente di prevedere l’evoluzione nel tempo della qualità dell’aria in zone a rischio, divenendo un efficace strumento di simulazione, utilizzabile anche per indagini preliminari e/o per valutazioni di impatto ambientale.

L’attività di ricerca applicata, in fase di consolidamento, ha come fine ultimo la progettazione e la realizzazione di reti innovative per il monitoraggio ambientale, nell’ottica di sviluppare una linea di prodotto/servizio come risposta ai nuovi bisogni delle organizzazioni che operano nel campo dell’ambiente. Il mercato potenziale di riferimento è composto da:

  • Agenzie Regionali per la Protezione dell’Ambiente estese a tutto il territorio nazionale;

  • Enti ed Istituzioni di Comuni e Provincie preposti a controlli ambientali e sanitari;

  • Società di Servizi e grandi Studi di Progettazione, i cui bisogni primari sono la realizzazione e la gestione di reti di monitoraggio interne o esterne, l’organizzazione e la gestione di sistemi informativi e previsionali delle condizioni meteo-ambientali, l’esecuzione di studi di Valutazione di Impatto Ambientale;

  • Imprese e Società interessate all’analisi del microclima o alla misura di agenti inquinanti chimico-fisici negli ambienti di lavoro, luoghi pubblici, locali adibiti ad abitazione;

  • Imprese e Società interessate alla fabbricazione e commercializzazione del prodotto “Centralina”.

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