Sinergie tra termografia a infrarossi e ultrasuoni airborne nella manutenzione predittiva

La termografia ad infrarossi è una tecnica ampiamente conosciuta e di sperimentata efficacia nella manutenzione predittiva degli impianti elettrici ed in genere di tutti gli impianti ed i processi industriali ove la temperatura rappresenti un fattore critico per l’affidabilità e la sicurezza. L’immagine termografica è una “mappa” dell’energia raccolta dalla termocamera ed emessa dal componente oggetto di indagine.

I limiti di applicazione della termografia sono l’esistenza di una linea diretta di vista (in pratica, la possibilità di inquadrare l’oggetto con la termocamera) e l’emissività del’oggetto (se l’emissività è troppo bassa l’energia emessa dall’oggetto può divenire inferiore a quella che l’oggetto stesso rileva dall’ambiente e quindi il rilievo inaffidabile).

I limiti “predittivi” della termografia, in taluni casi, consistono proprio nella sua natura intrinseca: quando l’evolversi di un guasto incipiente ha raggiunto un certo livello termico, se da un lato è positivo averlo rilevato prima che evolva in guasto effettivo o in incidente, il componente dev’essere comunque sostituito, perché deteriorato dall’aumento della temperatura.

Gli ultrasuoni airborne sono un tecnica meno conosciuta, ma altrettanto efficace, che si configura sia come “completa” a sé stante, sia come perfettamente complementare alla termografia per alcune indagini. La tecnica ultrasonora consiste nella rilevazione del rumore ultrasonoro nelle frequenze non udibili all’orecchio umano (dai 15000 hz e maggiori) e nella conversione, mediante uno specifico circuito eterodinico presente nello strumento, di tali rumori in frequenze udibili che mantengono la stessa “caratteristica qualitativa” del suono (senza perdere la misure di decibel originali), rendendo distinguibili da un operatore addestrato le diverse anomalie. L’operatore, nei modelli più diffusi, ascolta il rumore “convertito” mediante una cuffia che nel contempo lo protegge dalle interferenze causate del rumore udibile presente all’interno dell’azienda ove avviene la rilevazione. Il vantaggio di rilevare rumori ad elevata frequenza consiste anche nell’elevata direzionalità di tali rumori, e quindi nella precisa individuazione della loro sorgente di emissione.

Gli strumenti più moderni e costosi sono in grado di registrare in file il rumore originale rilevato, e dispongono di software che ne consentono analisi avanzate in frequenza, facilitando anche l’individuazione della specifica sorgente di emissione in macchine complesse.

Si vedano gli esempi che seguono.

Il deteriorarsi dei cuscinetti o degli avvolgimenti di statore di un motore elettrico, rovinati a causa dell’attrito e/o del non allineamento dell’albero motore, possono venire individuati in modo tardivo dalla termocamera, ma in modo più precoce dal rilevatore ultrasuoni airborne con analisi in frequenza, visto che il deteriorarsi dei ruotismi ed il conseguente attrito generano l’emissione (molto prima di generare incrementi termici o rumori udibili) di suoni ad elevata frequenza.

Un altro limite predittivo della termografia è costituito nelle indagini sul tracking o sull’effetto corona negli impianti di media ed alta tensione: si tratta di fenomeni “energeticamente” troppo piccoli perché producano un aumento di temperatura rilevabile con uno strumento ad infrarossi. Per contro, quando avviene il guasto è improvviso e disastroso, viste le elevate tensioni in gioco e l’importanza degli impianti che le utilizzano. Ma il fenomeno del tracking e dell’effetto corona generano emissione di ultrasuoni airborne ad elevata frequenza (prima che l’effetto corona diventi udibile all’orecchio umano), rendendo di fatto utilizzabili ed affidabili le indagini ultrasonore. Esistono inoltre indagini ultrasonore con sonde magnetiche che rendono possibile l’ispezione su quadri di  media tensione chiusi

Altro esempio è quello del controllo termografico del corretto funzionamento degli scaricatori di condensa nelle linee di trasporto vapore. Se per taluni modelli di scaricatori e per alcune combinazioni di valori pressione-temperatura in gioco la termocamera può riuscire ad individuare gli scaricatori non funzionanti, spesso il solo controllo delle temperature della linea a monte ed a valle dello scaricatore non è in grado di fornire indicazioni affidabili, perché richiederebbe la conoscenza degli specifici parametri termodinamici della linea e dei loro riflessi sul comportamento del dispositivo. Per contro, uno strumento rilevatore di ultrasuoni equipaggiato con una sonda a contatto che rilevi il rumore trasmesso per via solida, che tenga in osservazione diversi cicli di funzionamento (apertura e chiusura) dello scaricatore, è riconosciuto come la tecnica più affidabile per monitorarne la corretta operatività, in quanto l’interpretazione del dato non è resa complicata dalla conoscenza dei fattori termodinamici di processo e dai loro riflessi sulla temperatura superficiale.

Da questi pochi esempi, che trattano di indagini di grande importanza, si vede come le 2 tecniche termografica ed ultrasonora siano complementari e come l’affidabilità di talune interpretazioni non possa prescindere da procedure operative di condition monitoring che le applichino entrambe.

La ISO 18436-8:2013 “Condition monitoring and diagnostics of machines – Requirements for qualification and assessment of personnel – Part 8: Ultrasound” definisce i requisiti dei corsi di formazione, che a breve saranno attivati anche in Italia, per la formazione del personale che debba utilizzare strumenti ad ultrasuoni per la manutenzione preventiva. Chi fosse interessato può contattare l’autore del presente articolo.