Tecniche diagnostiche Tecniche diagnostiche in infrarosso infrarosso

Riflettografia R/IR e Termovisione T/IR
Riflettografia R/IR: sfrutta le proprietà di trasparenza di alcuni pigmenti e leganti pittorici
nel vicino infrarosso (0.7-2.5 µm).
Termovisione T/IR: sfrutta le proprietà di emissione di corpo nero dei materiali
nel medio-lontano infrarosso.
Presentazione dei risultati sotto forma di immagini della grandezza osservata :
Riflettanza nel primo caso, radianza nel secondo caso.
Diagnostica per immagini con relativi programmi di analisi.
La tecnica risulta possibile grazie alla trasparenza atmosferica e la disponibilità di
dispositivi in grado di rivelare la radiazione infrarossa con una buona risoluzione spaziale.
L’immagine infrarossa è in scala di grigi, in alcuni casi per una migliore lettura vengono
presentare con una scala di colori, ma è puramente indicativo
Sistemi in grado di fornire un’immagine istantanea della radianza di oggetti opachi nell’infrarosso.
Nota l’emittanza spettrale dei materiali è possibile fornire una mappa di distribuzione di temperatura.
Sistema di diagnostica non invasiva e possibilità di monitoraggio esteso e continuo.
Rivelatore IR: convertitore di energia IR assorbita in segnale elettrico. Fotorivelatori e termorivelatori
Fotorivelatori:
materiali a semiconduttore in grado di convertire direttamente l’assorbimento
di fotoni in segnale elettrico.
Termorivelatori: assorbimento di energia e misura di T dalla variazione di proprietà elettriche
Degli elementi sensibili: termocoppie, bolometri, pirometri.
Tali sistemi richiedo spesso sistemi di raffreddamento.
{
{
termocamere short wave, banda spettrale (3-5 m) quantità di radiazione minima e
comparabile l’irraggiamento solare nella medesima banda.
Termocamere long wave, banda spettrale (8-12 m) sebbene meno sensibili lavorano in una banda
spettrale dove la quantità di energia è maggiore e non c’è distrubo dalla radiazione solare.
Si basano sull’analisi del flusso radiante di un oggetto.
La calibrazione deve tener conto dell’emissività, della distanza sorgenterivelatore, della Temperatura dell’ambiente.
•
•
La distribuzione spaziale e temporale della Temperatura fornisce
informazioni superficiali ed dell’interno.
Si possono avere due tipi di tecniche:
Passive: indagine sulla Temperatura raggiunta dai corpi considerati isolati
dall’ambiente.
Attive:
Indagine sulla Temperatura raggiunta dai corpi per effetto del
riscaldamento superficiale.
Le tecniche attive a loro volta si distinguono a seconda del tipo di
sollecitazione termica applicata ed il regime termico instaurato.
Termografia dinamica: sequenza di immagini sia in fase di riscaldamento (ad energia
costante), che in fase di raffreddamento.
Si rielaborano le immagini come ∆T rispetto ad una temperatura di un punto
ritenuto “sano”.
Contrasto Termico
Tempogramma
Rappresenta il tempo di
di massimo contrasto
Maxigramma
Rappresenta il valore
di massimo contrasto
Localizzazione e dimensione dei difetti.
Più profondi sono i difetti più tardi e meno intensi si manifestano in superficie.
Tomografia termica dinamica: sequenza come sopra. Oltre alle immagini come sopra si
riporta la variazione temporale massima (derivata massima). Questo permette di
ricostrurire su vari piani paralleli alla superficie i difetti.
Termografia modulata e impulsana: sono tecniche nelle quali si applicano sorgenti di
calore modulate e si indagana sulla risposta a tali segnali. Questo permette di
isolarsi dall’eventuale segnale IR di fondo.
•
Studio del manufatto in quanto tale: identificazione e documentazione
grafica di elementi strutturali non accessibili nel visibile.
•
Diagnostica e monitoraggio non distruttivo dello strato più superficiale delle
murature, stato di conservazione di intonaci, affreschi e mosaici (presenza di
umidità, distacchi degli intonaci, rifacimenti fessurazioni.
•
Le variazioni di emissione non solo solo dipendenti dalle strutture interne
delle murature ma anche dalle caratteristiche della superficie.
•
Termocamere sensibile a 1/100 ºC.
•
Individuazione di rifacimenti, sostituzioni ecc.
•
•
Individuazione di tecniche costruttive e eventuali elementi estranei
Indagini sulla rivelazione di distacchi dei paramenti murari.
•
Indagini su superfici complesse – mosaici, integrazione della termografia con
misure di riflettanza superficiale.
•
Interpretazione problematica della termografia .
Per la ricostruzione effettiva della mappa termica dalla misura locale di radianza. Il rivelatore
infrarosso fornisce solo la misura di radianza, si può risalire alla temperatura se sono
noti il valore di emissività e il fattore di forma punto per punto.
IL comportamento termico può presentare differenze da punto a punto anche per materiali
omogenei in caso di differente colore. La misura della temperatura può variare da punto
a punto in funzione della energia localmente assorbita.
Questo è un ostacolo nella diagnostica di superfici affrescate, senza indagini di sollecitazione
esterne indotte. Pertanto è necessario inlcudere la misura delle proprietà di assorbimento
o almeno una stima ragionevole dell’influenza sulla misura delle temperatura (le aree più
scure appariranno più calde).
Alterazione cromatica dovuta ad una ormai esaurita
risalita capillare.
Studio di assorbimento da 380-1100 nm (75% rad. sol)
Ripresa termografica attiva (radiazione
solare) la zona più scura risulterà più
calda. Incremento 1.39 ºC.
Le statue e la lapide circolare nel timpano
sono nettamente più calde in quanto di
pietra rispetto al cotto della facciata.
Flusso evaporativo e degrado delle superfici:
Passaggio dell’acqua d’imbibizione dal liquido al vapore con deposito di Sali con conseguente
cristallizzazione in superficie: efflorescenze o nei pori del material subflorescenze. Conseguenze
fratturazioni o sfarinamento.
Processo di evaporazione dalle murature: guidato da differenze di concentrazione di acqua fra muro
e aria (gradiente idrico), non solo dall’umidità nella muratura.
Difficile da valutare e richiede uno studio degli scambi idrici muro aria.
Oltre al contenuto ponderale nel muro è necessario monitorare le variabili ambientali: temperatura
ed umidità dell’aria esterna, temperatura ed umidità a contatto con la superficie, ventilazione e
riscaldamento esterno.
Metodo efficace per determinare il flusso evaporativo: valutazione termografica delle zone
sottoposte a raffreddamento per il processo di evaporazione.
Passaggio dell’acqua da liquido a vapore (calore latente di evaporazione) ~ 100-300 W/m2.
La termografia consente di ottenere la mappatura delle zone soggette a traspirazione acquea e
valutare quali sono sede di maggiori flussi evaporativi.
Si individuano facilmente aree che, a causa di evaporazione, sono più fredde.
!
le zone fredde sono attribuibili
a presenza di umidità.
Per il raffreddamento evaporativo si ha un punto più freddo evidenziato dal colore nero.
"
Difficoltà di nel descrivere una
relazione semplice tra massa
ponderale e flussi evaporativi.
Transizione tra trasporto
dell’acqua per capillarità e
diffusione di vapore.
Queste variazioni brusche non
permettono di risalire facilmente
dai flussi evaporativi alla massa
ponderale di acqua.
In ogni caso l’evidenza di flussi evaporativi è di un’importanza
capitale nel rilevare zone dove il degrado, se non già presente,
non tarderà a manifestarsi.
!
Lo studio dei flussi evaporativi vanno correlati ai fenomeni di trasporto dell’acqua. La
termografia permette uno studio in tempo reale delle caratteristiche vapore-condensacapillarità nei materiali porosi, sempre nell’ambiente in cui “vivono” e respirano le murature.
In genere materiali ad elevata percentuale di assorbimento di acqua presentano
riduzioni maggiori in temperatura. Una calibrazione in laboratorio di materiali noti,
permette anche la mappatura dei vari interventi successivi.
Lo studio sulle fortificazioni Venete a Heraklion, hanno permesso di distinguere malte
composte con cemento (parti più calde) da quelle tradizionali composte in calce e/o
pietra. Per il diverso comportamento dei materiali rispetto all’impregnazione e ai
fenomeni di evaporazione si può avere un controllo sull’adeguatezza restauro alla
situaizone originaria.