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Tecniche diagnostiche in infrarosso Riflettografia R/IR e Termovisione T/IR Riflettografia R/IR: sfrutta le proprietà di trasparenza di alcuni pigmenti.

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Presentazione sul tema: "Tecniche diagnostiche in infrarosso Riflettografia R/IR e Termovisione T/IR Riflettografia R/IR: sfrutta le proprietà di trasparenza di alcuni pigmenti."— Transcript della presentazione:

1 Tecniche diagnostiche in 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 ( m). Presentazione dei risultati sotto forma di immagini della grandezza osservata : Riflettanza nel primo caso, radianza nel secondo caso. 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. Limmagine infrarossa è in scala di grigi, in alcuni casi per una migliore lettura vengono presentare con una scala di colori, ma è puramente indicativo. Diagnostica per immagini con relativi programmi di analisi. Termovisione T/IR: sfrutta le proprietà di emissione di corpo nero dei materiali nel medio-lontano infrarosso. link1

2 Quantità di energia trasmessa emissività o emittanza 0 ÷ 1 costante di Boltzmann Superficie del corpo Temperatura del corpo tempo il fenomeno descritto dalla legge di Boltzmann E lo spettro della radiazione emessa (legge di Planck). La Termovisione si basa su

3 La legge di Boltzmann descrive tutta la radiazione emessa a 650 K si ha la radianza in rosso. a 450 K si ha minore radianza

4 Spettri normalizzati 1 Il massimo del blu lo si porta allo stesso livello del rosso, per vedere il confronto con le.

5 Con locchio noi vediamo una finestra di tutta la radiazione emessa dal sole. { I rivelatori nellinfrarosso possiamo considerarli come occhi sensibili in una finestra di radiazione IR.

6 Trasparenza dellaria allIR Link 2 Ci permette di osservare la radiazione emessa dai corpi.

7 Termografia (specchietto riassuntivo) La radiazione rilevata dalle termocamere viene tradotta in un valore di T. Potenza per unità di superficie (W/m 2 ) Per piccole variazioni di T si hanno grandi variazioni di Energia Elevata sensibilità del metodo Energia (radiazione- calore) che giunge da un corpo è proporzionale a T 4 Gli oggetti reali non emettono come corpi neri per i quali =1. Fonti esterne di radiazione possono influenzare la lettura di T. Corpi reali: emittanza (l ink3)emittanza

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9 Sistemi video termografici Sistemi in grado di fornire unimmagine istantanea della radianza di oggetti opachi nellinfrarosso. Nota lemittanza 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 lassorbimento di fotoni IR in segnale elettrico. Per esempio semiconduttori, elettroni possono andare in banda di conduzione mediante fotoni di energia IR, e sono poi rilevati come segnale elettrico. Termorivelatori: assorbimento di energia e misura di T dalla variazione di proprietà elettriche degli elementi sensibili: termocoppie, bolometri, pirometri. Tali sistemi richiedono spesso il raffreddamento della parte sensibile.

10 { { Termocamere short wave, banda spettrale (3-5 m) quantità di radiazione minima e si ha una sovrapposizione con lirraggiamento 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 cè disturbo dalla radiazione solare.

11 { { Sia con un rivelatore short wave, che con un rivelatore long wave un corpo più caldo emette più radiazione. Il rivelatore lo vedrà più luminoso.

12 Tecniche di indagine termovisiva Si basano sullanalisi del flusso radiante di un oggetto. La calibrazione deve tener conto dellemittanza, della distanza sorgente- rivelatore, della Temperatura dellambiente. La distribuzione spaziale e temporale della Temperatura fornisce informazioni superficiali e dellinterno. Si possono avere due tipi di tecniche: Passive: indagine sulla Temperatura raggiunta dai corpi considerati isolati dallambiente. 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.

13 Il principio di conservazione dellenergia vale sempre G=potenza su superficie= Watt/m 2 Per la radiazione avremmo G = G + G + G Sorgenti di Calore Sorgente luminosa Per una sorgente di calore Potenza = Watt Q = Q + Q + Q Trasmissione La temperatura del materiale riscaldato dipenderà da come si propaga il calore e come si disperde nellambiente.

14 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, ovvero come: Contrasto Termico Tempogramma Maxigramma Rappresenta il tempo Rappresenta il valore di massimo contrastodi massimo contrasto Localizzazione e dimensione dei difetti. Più profondi sono i difetti più tardi e meno intensi si manifestano in superficie nellinfluenza sulla temperatura superficiale. Tomografia termica dinamica: sequenza come sopra. Oltre alle immagini si riporta la variazione temporale massima (derivata massima). Questo permette di ricostruire ed individuare i difetti in profongità su vari piani paralleli alla superficie. Termografia modulata e impulsata: sono tecniche nelle quali si applicano sorgenti di calore modulate e si indagana sulla risposta a tali segnali. Questo permette di isolarsi dalleventuale segnale IR di fondo.

15 Studi storici e diagnostica 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 sono 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.

16 Applicazioni al costruito

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18 Termografia e colore 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 colore differente. La misura della temperatura può variare da punto a punto in funzione della energia localmente assorbita. Questo è un ostacolo nella diagnostica attiva di superfici affrescate. Pertanto è necessario includere la misura delle proprietà di assorbimento o almeno una stima ragionevole dellinfluenza sulla misura delle temperatura (le aree di colore più scuro appariranno più calde).

19 Un esempio la chiesa di SS. Egidio e Omobono di Cremona Nella foto in luce visibile si vede unalterazione cromatica dovuta ad una ormai esaurita risalita capillare. Le zone più scure risultano più calde. T 1.39 ºC. Le statue e la lapide circolare nel timpano sono nettamente più calde in quanto di pietra rispetto al cotto della facciata. Ma la parte in basso dove cera risalita capillare? Immagine nel visibile Ripresa termografica attiva, illuminazione naturale (sole). Fascia scura dovuta a risalita capillare, poi risolta. Immagine in infrarosso

20 Sulla scala dei grigi, maggiore luminosità dovuta a maggiore temperatura. Scala dei colori: ad ogni colore viene associata una temperatura. È necessaria quindi una scala dei colori

21 Diagnostica dellumidità Flusso evaporativo e degrado delle superfici: Passaggio dellacqua dimbibizione dal liquido al vapore con deposito di sali e 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 dallumidità 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 dellaria 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 dellacqua da liquido a vapore (calore latente di evaporazione) ~ W/m 2. 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 dellevaporazione dellacqua, sono più fredde.

22 Il raffreddamento evaporativo viene evidenziato come punto freddo, una minore nero radianza. Le zone fredde sono attribuibili a presenza di umidità? Fonti di umidità

23 Difficoltà nel descrivere una relazione semplice tra massa ponderale e flussi evaporativi. In ogni caso levidenza di flussi evaporativi è di unimportanza capitale nel rilevare zone dove il degrado, se non già presente, non tarderà a manifestarsi. Massa ponderale e flussi evaporativi Transizione tra trasporto dellacqua per capillarità e diffusione di vapore. Queste variazioni brusche non permettono di risalire facilmente dai flussi evaporativi alla massa ponderale di acqua.

24 Lo studio dei flussi evaporativi vanno correlati ai fenomeni di trasporto dellacqua. La termografia permette uno studio in tempo reale delle caratteristiche vapore-condensa- capillarità nei materiali porosi, sempre nellambiente in cui vivono e respirano le murature. Flussi evaporativi e fenomeni di trasporto 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 allimpregnazione e ai fenomeni di evaporazione si può avere un controllo sulladeguatezza del restauro alla situazione originaria.


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