L’impiego della termografia per la diagnostica degli impianti a biogas

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Una tecnica di analisi basata sulla “lettura” a infrarossi

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La temperatura è uno di quei parametri fondamentali che possono essere sfruttati per capire come un qualsiasi fenomeno si stia evolvendo. Tutti i processi, infatti, siano essi chimici, meccanici, fisici e/o biologici, prevedono dei trasferimenti di energia che sono spesso resi manifesti da variazioni di temperatura. Basti pensare ai processi di combustione o al trasporto di fluidi caldi o freddi, ma anche a situazioni meno ovvie come l’attrito in un cuscinetto a sfera o nella girante di una pompa, il surriscaldamento dei cavi elettrici o degli avvolgimenti deteriorati di un motore elettrico, le perdite o le infiltrazioni di calore attraverso le pareti degli edifici, e via discorrendo. A tutti gli effetti, è difficile anche solo immaginare che un qualsiasi fenomeno avvenga senza un seppur piccolo trasferimento di calore. Per “leggere” la temperatura siamo abituati a pensare a strumenti semplici come il termometro. Tuttavia un termometro, per quanto sofisticato e preciso possa essere, ha due grosse limitazioni: può misurare la temperatura solamente in un punto per volta e richiede un contatto diretto con quel punto. È intuitivo concludere che il termometro è uno strumento adatto a situazioni particolari, ma non può rappresentare un approccio esaustivo per condizioni complesse. Utilità della termografia Un’alternativa molto più efficiente per una lettura rapida della temperatura è la termografia. La termografia è una tecnica di analisi non distruttiva che si basa sull’acquisizione di immagini nell’infrarosso attraverso uno strumento particolare che prende il nome di termocamera. Una termocamera è in grado di “vedere” e “rendere visibile” la radiazione infrarossa termica irradiata da qualsiasi superficie, rendendo possibile un’analisi accurata dello stato dei processi attraverso immagini in falsi colori. Alcuni esempi possono essere visti in foto 1. La termografia è particolarmente efficace nella diagnosi degli impianti produttivi perché: 1)    è possibile eseguire rilevamenti a distanza, senza alcun contatto. Questo implica la possibilità di misurare temperature in zone normalmente non raggiungibili dagli operatori, come facciate di edifici/strutture, elementi sospesi, quadri elettrici in tensione, organi meccanici in movimento, ecc. 2)    è bidimensionale, ovvero misura allo stesso tempo la temperatura in tutta l’area inquadrata con la termocamera, punto per punto. Permette quindi di eseguire confronti diretti e simultanei fra più aree del soggetto in esame, ripreso mediante immagini panoramiche. Così facendo, le anomalie sono particolarmente evidenti e immediatamente localizzate nel loro contesto. 3)    è immediata e in tempo reale. È possibile, operando in modo adeguato, valutare i processi nelle situazioni di maggior criticità. Se necessario, è anche possibile realizzare filmati termografici costituiti da decine di immagini al secondo per studiare fenomeni particolarmente rapidi. Ciò che rende la termografia uno strumento estremamente interessante è la possibilità di valutare periodicamente lo stato del proprio impianto, osservando l’eventuale evoluzione del funzionamento dei vari apparati, e confrontando ciascun macchinario con i suoi omologhi. Questo consente una diagnosi preventiva dell’impianto sottoposto ad esame, mettendo in evidenza le anomalie prima che queste diventino guasti. L’applicazione della termografia negli impianti a biogas La diagnosi preventiva evita di dover condurre l’impianto per lunghi periodi in situazioni non ottimali, consente interventi di manutenzione precoci e riduce il numero e l’entità dei fermo-impianto. Inoltre, la termografia mette facilmente in evidenza tutti i punti delle strutture che scambiano calore con l’ambiente, consentendo interventi di ripristino mirati ed economici del materiale coibente. Un impianto a biogas è costituito da una successione di elementi variegati che includono in primo luogo il digestore anaerobico, oltre a organi meccanici in movimento come pompe e separatori, motori elettrici e gruppi di cogenerazione, linee di trattamento delle emissioni, scambiatori di calore, reti di distribuzione elettrica e tubazioni per il trasporto dei fluidi. L’indagine termografica rappresenta un approccio efficiente per il controllo di tutti questi aspetti coinvolti nel processo di produzione di energia. Se ne presentano di seguito alcuni, esemplificati anche in foto 2. 1)    Digestore anaerobico. Il digestore di un impianto anaerobico deve essere mantenuto a temperatura costante e controllata. Questo implica la necessità di un impianto di riscaldamento e di un sistema di coibentazione per minimizzare gli sprechi di energia. Mediante l’uso di una termocamera è possibile verificare in tempi rapidi le condizioni dello strato coibente, evidenziando eventuali mancanze o deterioramenti localizzati, e il corretto funzionamento del sistema di riscaldamento. 2)    Gruppo di cogenerazione. La trasformazione del biogas in energia meccanica e calore è il cuore del processo. La termografia permette di valutare lo stato del motore, ad esempio evidenziando attriti nei singoli cilindri e disfunzioni del processo di combustione, o anomalie nel circuito di raffreddamento. 3)    Condotte e tubazioni. Quando all’interno delle tubazioni scorre un fluido con una temperatura differente rispetto alla temperatura ambiente, la tubazione stessa cederà o assorbirà calore. Eventuali discontinuità termiche sono indice di situazioni anomale, come ad esempio ostruzioni del flusso. Alla stessa maniera, è possibile evidenziare problemi di tenuta delle valvole. 4)    Pompe, giranti e alberi di trasmissione. Le parti meccaniche in movimento sono sempre soggette a usura. Lo studio termografico permette di individuare precocemente tutte quelle situazioni che possono portare nel tempo a rotture e malfunzionamenti, come attriti dei cuscinetti, impropri allineamenti degli alberi di trasmissione, inadeguate tensioni delle cinghie, … 5)    Quadri elettrici. Le connessioni e i componenti elettrici dal funzionamento anomalo vengono immediatamente riconosciuti, localizzando la problematica in modo estremamente preciso. 6)    Stoccaggio degli insilati. La degradazione degli insilati è un processo esotermico, ovvero produce calore. La termografia permette di individuare le zone più calde dei silos, nelle quali si sono instaurate condizioni aerobiche che possono pregiudicare la qualità del prodotto. La termografia può, al primo impatto, apparire come una tecnica relativamente semplice in quanto basata sull’interpretazione di immagini. In effetti, molte termocamere sono apparecchi di utilizzo abbastanza immediato: in buona sostanza si tratta di macchine fotografiche particolari che, invece di registrare le sfumature di colore di un oggetto, ne registrano le “sfumature di calore”. Le immagini in formato digitale possono poi essere elaborate da un software per la lettura dei risultati. L’importanza di un’analisi accurata Tuttavia, è l’esecuzione di un buon rilievo termografico ad essere complicata: richiede personale qualificato e attrezzature proporzionate agli obiettivi del rilievo stesso. Durante l’analisi termografica è infatti necessario porsi nelle condizioni più adatte all’osservazione del fenomeno di interesse e, se questo non è possibile, creare queste situazioni in modo artificiale. Ad esempio, bisogna essere consapevoli delle influenze esterne come il riscaldamento solare, la presenza di sorgenti di calore o punti freddi nelle vicinanze, la scelta del corretto angolo di visuale, la distanza di rilievo, ecc. Le termocamere, inoltre, non sono tutte uguali e per determinate analisi è necessario disporre di modelli sofisticati. Anche l’interpretazione stessa dei termogrammi richiede una preparazione specifica perché frequentemente le anomalie termiche sono “mascherate” da altri fenomeni più evidenti e sfuggono ad analisi non sufficientemente dettagliate. Un’errata programmazione del rilievo e il mancato rispetto delle necessarie accortezze portano con facilità all’acquisizione di immagini inadeguate, le quali pregiudicano l’interpretazione e producono come risultato finale diagnosi poco accurate o addirittura errate, con evidenti implicazioni tecniche ed economiche. Per la regolamentazione del settore, sono state emanate norme tecniche riguardanti i metodi di indagine e la formazione necessaria per l’operatore termografico (ISO 9712 e ISO 18436-7), che prevedono corsi specifici, obbligatori e selettivi. Decisiva è infine la conoscenza da parte dell’operatore dei fenomeni che si stanno osservando, così da poter dare una corretta interpretazione dei processi descritti dai termogrammi. Una scarsa conoscenza del settore e dei processi induce facilmente a non considerare nella giusta ottica il fenomeno termico e questo non può che portare ad avere informazioni errate sullo stato di salute del proprio impianto.n (*) Università di Milano, Dipartimento di Scienze Veterinarie per la Salute, la Produzione Animale e la Sicurezza Alimentare – VESPA. Via Celoria, 10 – Milano – davide.gardoni@unimi.it