Emissività e temperatura riflessa – come e perché misurare questi parametri

 

In questo articolo scoprirai cosa sono e come si misurano l’emissività dei materiali e la temperatura riflessa.

Scoprirai perché, indipendentemente dalla tipologia dI termocamera in uso, rappresentano i parametri più importanti, per leggere la reale temperatura di un oggetto.

Questo articolo è stato scritto dall’amico Giovanni Distefano, esperto di termografia e docente dell’infrared trading center.

Le informazioni, che leggerai nelle righe che seguono, ti consentiranno di operare secondo le procedure standardizzate dalle norme di riferimento, quindi presta attenzione ai passaggi illustrati dal collega.

Iniziamo…

 

Emissività e temperatura riflessa – come e perché misurare questi parametri.

 

Diversi sono i parametri che un buon tecnico termografico deve prendere in considerazione per poter effettuare una misura di temperatura accurata.

Tra questi la valutazione dell’emissività del soggetto inquadrato e della temperatura apparente riflessa dell’ambiente circostante, rappresentano quelli di maggiore importanza.

Termografia infrarossi e radiazione incidente

Tutti gli oggetti ad una T° superiore a -273,14 °C emettono energia termica sotto-forma di radiazione. Pertanto l’ambiente circostante al nostro soggetto emette verso di esso energia nella frequenza delle radiazioni infrarosse.

Quando l’energia termica, chiamata “incidente” (W. Inc.) colpisce la superficie del soggetto posso verificarsi 3 situazioni:

  • Una parte viene assorbita  Wα (che si riscalda se a temperatura inferiore)
  • Una parte viene trasmessa Wτ (attraversa l’oggetto senza influire)
  • Una parte viene riflessa Wρ (non influisce)

Una parte di questa radiazione riflessa raggiunge la termocamera insieme alla radiazione propria del soggetto alterandone l’intensità  non permettendo la corretta valutazione della temperatura assoluta.

 

Le procedure ISO per la misurazione di emissività e temperatura riflessa.

 

Per la corretta valutazione della temperatura è indispensabile inserire nel software della termocamera, quanta radiazione l’ambiente esterno emette verso il nostro soggetto e, più specificatamente, quanta di questa radiazione arriva alla termocamera.

Un operatore termografico deve pertanto, prima di ogni cosa eseguire due attività fondamentali:

  • Valutazione della radiazione ambiente che raggiunto il soggetto viene riflessa verso l’operatore (valutazione che si concretizza nella misura della temperatura apparente riflessa)
  • Valutazione di quanta di questa radiazione è assorbita e quanta riflessa verso l’operatore (valutazione che viene svolta dalla termocamera inserendo il corretto valore di emissività).

 

Temperatura apparente riflessa – Valutazione totale della radiazione

 

Il valore della Temperatura apparente riflessa (indicata da alcune termocamere con il termine T.rifl o più impropriamente T.amb) è un numero indicativo dell’energia che l’ambiente circostante sta emanando verso il soggetto e più precisamente quella parte che verrà riflessa dal soggetto stesso raggiungendo l’operatore.

Calcolare la Temperatura apparente riflessa significa dare un “valore” all’energia dell’ambiente.

Secondo la norma ISO 18434-1 il calcolo può essere eseguito con la stessa termocamera tramite l’applicazione di due metodi:

  • Metodo diretto
  • Metodo tramite riflettore

Per ambedue le metodologie di seguito esposte la procedura comune da adottare sarà la seguente:

La Temperatura apparente riflessa deve essere valutata eliminando le correzioni che il software interno della termocamera opera sul termogramma, dobbiamo pertanto :

  1. Accedere al menù opzioni della termocamera e raggiungere la voce “parametri correzione”
  2. Impostare l’emissività a 1 per eliminazione dei fattori di correzione legati all’influenza di radiazioni riflesse dal soggetto)
  3. Impostare e la distanza a 0 (eliminazione dei fattori di correzione legati all’assorbimento dell’atmosfera).

Inserire la temperatura riflessa nel software della termocamera

I parametri di temperatura ambientale, umidità relativa e distanza essendo legati ai primi due, potranno essere tralasciati.

Se la termocamera lo consente, lo strumento di misura migliore da utilizzare è la media dell’area, preferibilmente sfocando l’immagine per garantire una corretta lettura media.

Temperatura Riflessa - Misura con termocamera

 

Metodo diretto

Prima di qualsiasi misura dobbiamo capire “dove e cosa” misurare.

Non è necessario avere un valore per tutte le radiazioni che l’ambiente emette verso il soggetto ma solo di quella parte tra queste che, riflessa, raggiunge la termocamera disturbando la radiazione principale.

Per fare questo dovremo far finta che il nostro soggetto sia la sponda di un biliardo ed immaginare dove andrà la palla qualora venisse lanciata dalla termocamera; la direzione di rimbalzo punterà verso la parte di <<ambiente>> che influenza la lettura.

Una volta individuato cosa misurare, impostiamo i parametri della termocamera come precedentemente indicato. Poi dando le spalle al soggetto ci posizioniamo in maniera da inquadrare la parte di ambiente che ci interessa, prestando sempre attenzione a non inquadrare mai il sole.

Temperatura riflessa - misura diretta

La misura media delle temperature dell’area inquadrata è la Temperatura apparente riflessa da utilizzare per le misure.

Si presti bene attenzione dell’evitare di avere nell’ambiente inquadrato fonti puntiformi o concentrate di calore, in questo caso cambiare l’angolo di ripresa cercando di avere uno sfondo di riflesso quanto più uniforme possibile (eventualmente si potrebbe schermare il soggetto utilizzando come sfondo un cartone).

Se inquadriamo il soggetto di fronte (angolo di incidenza pari a 0°) la fonte della riflessione siamo noi, pertanto è buona norma evitare di fare termografie stando di fronte al soggetto a meno che non sia possibile valutare correttamente la propria riflessione (es. utilizzando il metodo con riflettore).

 

Metodo tramite riflettore:

L’applicazione di questo metodo è estremamente semplice, si utilizza un <<riflettore>> cioè di un elemento che, messo al posto del soggetto, riflette verso l’operatore la maggiore percentuale possibile delle radiazioni dell’ambiente circostante.

Emissività e temperatura riflessa - misura con riflettore

 

La costruzione di un buon riflettore per ottenere la temperatura riflessa, è più semplice a farsi che a dirsi:

Per ottenere un buon riflettore basta utilizzare un foglio di carta di alluminio o stagnola (anche da cucina) dalla parte lucida.

Provvedendo ad accartocciarlo e poi nuovamente stenderlo come nella figura sotto. Il foglio in queste condizioni funzionerà come uno specchio con svariate angolazioni riflettendo verso la termocamera le radiazioni provenienti da tutte le possibili angolazioni.

RIFLETTORE PER MISURA TEMPERATURA RIFLESSA-2

 

Il riflettore viene posizionato di fronte al soggetto (in alcuni casi si può posizionare anche di lato o in un’area non interessata dalla misurazione purché si trovi nelle stesse condizioni di ripresa del soggetto principale) e viene effettuata la misurazione media con i parametri indicati come da procedure comuni.

 

Emissività del materiale, come misurarla

L’emmissività rappresenta la capacità del materiale ad emettere radiazioni elettromagnetiche in determinate lunghezze d’onda.

Nel nostro caso l’emissività indica (in termini percentuali) quanta radiazione termica nella lunghezza d’onda della termocamera è realmente emessa dal soggetto e quanta è riflessa.

Con emissività 1 si rappresenta un corpo nero ideale, cioè tutta la radiazione è emessa dal soggetto senza componenti legati alla riflessione anche parziale dell’energia circostante.

Con emissività inferiori sarà necessario inserire anche il valore della <<Temperatura apparente riflessa>> che, elaborato dalla termocamera, permette di <<pulire>> il segnale dall’energia non direttamente emessa dal soggetto.

Prima di parlare delle metodologie per la valutazione dell’emissività è necessario fare alcune precisazioni:

 

  • L’emissività cambia al variare della lunghezza d’onda, quindi lo stesso materiale può avere emissività diverse se misurato con una termocamera LW (standard) MW o con un pirometro;
  • L’emissività cambia se l’angolo di incidenza con il soggetto è troppo stretto e pertanto la misura deve essere effettuata su superfici che hanno con la termocamera un’incidenza non maggiore di 45°-50°;

 

Secondo la norma ISO 18434-1 per calcolare l’emissività si possono applicare due metodi:
  • Metodo con emissività di riferimento
  • Metodo a contatto

 

Premettiamo subito che sconsigliamo l’applicazione del metodo a contatto poiché di difficilissima applicazione in quanto richiede l’utilizzo di strumentazione di riferimento (termocoppie) estremamente precise (costose) e tempi di applicazione molto lunghi.

In ogni caso la misura viene effettuata con una termocamera di riferimento e non bisogna stupirsi se i valori di emissività calcolati con due termocamere differenti risultano leggermente diversi, ogni sensore può avere piccole differenze; consigliamo a tal proposito di realizzare una tabella di emissività per la propria termocamera.

 

Misura dell’emissività con il metodo di riferimento:

Il calcolo dell’emisisvità di un materiale, con il metodo di riferimento, prevede il confronto tra due superfici alla stessa temperatura di cui sia nota l’emissività di almeno una delle due.

Di norma si utilizza del nastro isolante 3M che ha una emissività nota pari a 0,95 ma può essere utilizzato qualsiasi materiale di cui si conosca l’emissività.

Si proceda come di seguito:

 

  • Applicare nastro isolante su parte del soggetto di cui vogliamo calcolare la temperatura; calcolare con precisione la temperatura apparente riflessa (come visto prima) e gli altri parametri ambientali (t° ambientale, umidità rel.);
  • Riscaldare il soggetto ad almeno 30°C al di sopra della temperatura apparente riflessa cercando di assicurare un riscaldamento uniforme soprattutto nella sezione vicina alla superficie del materiale ad emissività nota;
  • Effettuare una o più termografie (di norma 3)
  • In fase di analisi della termografia calcolare la temperatura reale sul nastro isolante con emissività 0,95 (utilizzando lo strumento spot da posizionare in un punto vicino al materiale ad emissività sconosciuta) ricavando così la temperatura reale del soggetto;
  • Sulla stessa termografia posizionare un altro spot sul materiale per il quale vogliamo calcolare l’emissività e modificare il relativo valore da 0,95 ad un nuovo valore che consenta di uguagliare la temperatura letta sul nastro isolante.

 

Emissività come misurarle -2

 

Il valore così trovato sarà l’emissività propria del materiale in esame. Secondo norma si ripete questo procedimento sulle ulteriori 2 termografie effettuate; l’emissività finale sarà la media tra le tre letture.

 

L’autore:

Distefano Giovanni Giovanni Distefano

Operatore termografico di 2° livello ISO 9712 – 3° livello ITC) dal 1990 si occupa di ispezioni e controlli delle linee vapore nelle principali raffinerie petrolchimiche italiane e dal 2004 ha introdotto il metodo termografico nelle attività di ispezione ampliandone l’applicazione anche ai controlli ambientali e di processo. Oggi, con la IMC Service, gestisce l’utilizzo della termografia nei controlli industriali e prosegue nella progettazione di software per la gestione dei sistemi termografici.

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