ΔT e classificazione delle anomalie termografiche: dal termogramma alla priorità di intervento

Il ΔTDelta TDifferenza fra la temperatura del punto in esame e quella di un riferimento: un componente identico nelle stesse condizioni, oppure l'ambiente. La gravità di un'anomalia si valuta sul delta T, non sul valore assoluto, perché è il delta… è la differenza fra la temperatura del punto sospetto e quella di un riferimento, e serve a trasformare un termogrammaTermogrammaImmagine in falsi colori in cui a ogni pixel corrisponde una temperatura apparente della superficie. Senza scala di temperatura e senza i parametri di misura un termogramma non è un dato: è un'illustrazione. in una priorità di intervento — ma solo se dichiari due cose: quale riferimento hai usato e a quale carico hai misurato. Esistono infatti due scale ΔT distinte, con soglie diverse di un fattore che arriva a tre, e un difetto ispezionato a un quarto del carico dissipa un sedicesimo della potenza che dissiperebbe a pieno carico, presentandosi molto più mite di quanto sia. Confondere le due scale o ignorare il carico rende la classificazione priva di valore, per quanto ordinata sia la tabella che la contiene.

Che cosa misura davvero il ΔT

Un termogramma restituisce una distribuzione di radiazione infrarossa convertita in temperature apparenti. Il valore assoluto di quelle temperature dipende da emissivitàEmissivitàRapporto fra la radiazione emessa da una superficie reale e quella emessa da un corpo nero alla stessa temperatura. Varia con materiale, finitura e angolo di vista: impostarla male è la prima causa di misure sbagliate. Rame lucido e…, temperatura riflessa, distanza, atmosfera, angolo di ripresa e taratura dello strumento: è la grandezza più fragile che una termocamera produca.

Il ΔT nasce esattamente per aggirare questa fragilità. Se confronti due punti nella stessa immagine, ripresi con lo stesso strumento, alla stessa distanza, con la stessa impostazione di emissività, gran parte degli errori sistematici si elidono. Quello che resta è la differenza reale, ed è su quella differenza che si può ragionare.

Il ΔT quindi non è una temperatura: è un indicatore di squilibrio. E come ogni indicatore di squilibrio, ha senso solo rispetto a un termine di paragone dichiarato.

Le due scale: il punto che quasi nessuno separa

Il termine di paragone può essere di due tipi, e sono profondamente diversi.

ΔT rispetto a un componente simile in pari carico. Confronti il morsetto caldo con il morsetto omologo della fase adiacente, o con lo stesso morsetto di una partenza gemella che porta la stessa corrente. Le variabili comuni — corrente, aria, geometria, materiale, emissività, distanza — si annullano quasi tutte. Ciò che rimane è attribuibile al difetto. È il confronto più selettivo che la termografia elettrica possa fare, e per questo le soglie sono basse.

ΔT rispetto all'aria ambiente. Confronti la temperatura del componente con quella dell'aria del locale. Qui non si annulla nulla: la lettura contiene il riscaldamento fisiologico del componente in esercizio, sommato all'eventuale contributo del difetto. È un confronto molto meno selettivo, si usa quando un gemello non esiste (un componente unico, una partenza senza omologhi, un carico squilibrato per progetto) e per questo le soglie sono molto più alte.

Scala A — ΔT rispetto a un componente simile in pari carico

Fonte dei valori numerici: tabella 100.18 delle specifiche ANSI/NETA (Acceptance Testing Specifications / Maintenance Testing Specifications), colonna «temperature difference between similar components under similar loading». Vedi la sezione sull'attribuzione più sotto.

Si nota subito quanto la scala sia compressa. Tre gradi separano il «non succede niente» dall'«è probabile che ci sia un difetto», quindici gradi dalla riparazione immediata. Non è severità eccessiva: è la conseguenza logica del fatto che, fra due gemelli in pari carico, qualunque differenza stabile è anomala per definizione.

Questa scala impone però una condizione di validità che va verificata, non presunta.

Quando anche una sola di queste condizioni cade, il numero resta leggibile ma la classificazione no. Nel report va scritto quale condizione mancava.

Scala B — ΔT rispetto all'aria ambiente

Fonte dei valori numerici: tabella 100.18 delle specifiche ANSI/NETA, colonna «temperature difference based upon comparisons between component and ambient air temperatures».

Due avvertenze che accompagnano la tabella originale e che vengono quasi sempre omesse quando la si ricopia.

La prima: le specifiche di temperatura variano con il tipo esatto di apparecchiatura, e anche all'interno della stessa classe di apparecchiature esistono diverse temperature nominali ammesse. Un componente progettato per lavorare a 105 °C e uno progettato per lavorare a 70 °C non hanno lo stesso margine, a parità di ΔT sull'ambiente. Dove il costruttore dichiara una sovratemperatura ammissibile, quella prevale sulla tabella generica.

La seconda: la Scala B richiede una misura quantitativa affidabile, perché mette in gioco la temperatura assoluta del componente. Se non hai controllato emissività e temperatura riflessa, il numero che confronti con l'aria è affetto da un errore che può facilmente valere più dell'intervallo fra due classi.

Chi prescrive queste soglie: norma, prassi, contratto

Qui va fatta una distinzione che la SERP italiana quasi non fa, e che è la ragione per cui vale la pena leggere questa pagina invece di un'altra.

Le soglie numeriche sopra riportate non sono una norma italiana e non sono di origine europea. Provengono dalla tabella 100.18 delle specifiche pubblicate da NETA (InterNational Electrical Testing Association), associazione nordamericana di aziende indipendenti di collaudo elettrico, nelle sue specifiche ANSI/NETA ATS e MTS. Sono prassi di settore largamente adottata anche fuori dal Nord America, non prescrizione cogente in Italia.

UNI 10824-1:2000 viene citata continuamente nelle pagine italiane come se fosse la norma delle soglie. Non lo è. Il suo titolo è Prove non distruttive — Termografia all'infrarosso — Termini e definizioni: raccoglie in ordine alfabetico le definizioni della tecnica, non contiene una scala di criticità. Risulta inoltre ritirata con sostituzione dal 29 novembre 2016 secondo il catalogo UNI. La norma che ne ha raccolto la materia terminologica è la parte 3 della serie UNI EN 16714 (Prove non distruttive — Prove termografiche), pubblicata nel 2016 e articolata in tre parti: principi generali, apparecchiature, termini e definizioni. La sostituzione con la UNI EN 16714-3:2016 è quella indicata nella scheda di catalogo UNI della norma ritirata.

UNI ISO 18434-1 (Monitoraggio dello stato e diagnostica delle macchine — Termografia — Parte 1: Procedure generali) è la norma che viene più spesso invocata a copertura delle soglie ΔT. Il suo scopo dichiarato è introdurre l'applicazione della termografia a infrarossi al monitoraggio dello stato e alla diagnostica del macchinario, comprese ausiliarie, valvole, macchine elettriche e scambiatori. È una norma di procedura: strumentazione, competenze, condizioni di rilievo, contenuto del rapporto. [DA VERIFICARE] l'assenza di una tabella di soglie ΔT nel testo integrale: il documento è a pagamento e non è stato possibile leggerne il corpo, ma né l'abstract né lo scopo pubblicati lasciano intendere la presenza di criteri numerici di accettazione.

Ne discende la sola formulazione difendibile in un report:

Il carico: la variabile che invalida tutto

È la lacuna tecnica più grave della divulgazione italiana sul ΔT, ed è la ragione per cui questa sezione esiste.

Un difetto di contatto — un morsetto allentato, una superficie ossidata, una connessione sottodimensionata — si comporta come una resistenza parassita R inserita in serie al circuito. La potenza che quella resistenza dissipa in calore vale:

P = I² · R

La potenza va con il quadrato della corrente. Non con la corrente: con il suo quadrato. Le conseguenze sono brutali.

Valori calcolati direttamente da P = I²R, non misurati.

Un'ispezione eseguita al 25% del carico nominale vede un difetto che dissipa un sedicesimo della potenza che dissiperebbe a pieno carico. Un morsetto che a regime produrrebbe un ΔT ampiamente critico, verificato a un quarto del carico può presentarsi come una macchia tiepida da qualche grado, cioè classificabile come informativa. Il difetto non è più mite: è solo momentaneamente meno alimentato.

Va aggiunta una precisazione che rende il ragionamento onesto. La legge quadratica descrive la potenza dissipata, non direttamente il ΔT. Il ΔT è il prodotto della potenza per la resistenza termica verso l'ambiente, e quella resistenza termica non è costante: al crescere della temperatura, convezione e soprattutto irraggiamento diventano più efficaci nello smaltire calore. Il risultato è che il rapporto reale fra i ΔT è un po' meno estremo del rapporto fra le potenze: il fattore 16 è un limite superiore della sottostima, non il valore esatto. Chi presenta il fattore quadratico come se si applicasse tale e quale al ΔT sta semplificando; chi lo ignora del tutto sta sbagliando molto di più.

Carico minimo perché il rilievo sia valido

Sulle soglie operative le indicazioni disponibili convergono, pur provenendo da fonti diverse e tutte non italiane.

• Almeno il 40% del carico nominale. È l'indicazione più diffusa nella letteratura tecnica di settore, attribuita a NFPA 70B. [DA VERIFICARE] il riferimento puntuale alla clausola di NFPA 70B che fissa il 40%: la cifra è riportata concordemente da note applicative di costruttori di termocamere, ma non è stata verificata sul testo della norma.
• Periodi di massimo carico possibile. È la formulazione delle specifiche ANSI/NETA MTS: l'ispezione va condotta quando l'impianto è caricato al massimo che le condizioni di esercizio consentono.
• Sotto carico adeguato, idealmente il normale carico di esercizio. È la formulazione dello standard dell'Infraspection Institute per l'ispezione a infrarossi di sistemi elettrici e macchine rotanti.

Tutte e tre dicono la stessa cosa in tre modi: la termografia elettrica misura un effetto della corrente, quindi senza corrente significativa non misura nulla di utile.

Come si normalizza la lettura al carico di riferimento

Quando la corrente al momento della misura è nota, il ΔT letto può essere estrapolato alla corrente di riferimento (nominale o massima di esercizio) con:

ΔT_normalizzato ≈ ΔT_misurato × ( I_riferimento / I_misurata )²

Nell'esempio, un ΔT di 3 °C — classe informativa su Scala A — estrapolato da 120 A a 400 A dà circa 33 °C, cioè ampiamente oltre la soglia critica della stessa scala. È lo stesso morsetto, lo stesso termogramma, e due conclusioni opposte.

Cosa scrivere nel report quando il carico era basso

Un rapporto che tace il carico è un rapporto non verificabile: chi lo legge non può sapere se un'assenza di anomalie significa impianto sano o ispezione cieca. La struttura completa del documento è trattata a parte, nella pagina su cosa deve contenere un report termografico; qui interessano solo le voci che riguardano carico e ΔT. Il contenuto minimo, per ciascun punto rilevato, è:

• corrente misurata al momento del termogramma e corrente di riferimento assunta (nominale della linea o massima di esercizio), con il rapporto percentuale fra le due;
• ΔT misurato, con indicazione esplicita del riferimento usato — componente omologo (e quale) oppure aria ambiente (e a quale temperatura);
• scala di classificazione applicata (A o B) e classe risultante;
• ΔT normalizzato, se calcolato, con la formula e l'avvertenza che si tratta di una stima;
• dichiarazione di limitazione quando il carico è sotto la soglia di rappresentatività.

Una formulazione utilizzabile per la dichiarazione di limitazione:

Il rilievo è stato eseguito con carico pari al 27% della corrente nominale della linea. In queste condizioni la potenza dissipata da un'eventuale resistenza di contatto è circa un quattordicesimo di quella attesa a carico nominale: le anomalie di entità lieve e media possono non essere rilevabili e le classificazioni riportate sono da considerarsi cautelative per difetto. Si raccomanda la ripetizione del rilievo in condizioni di carico rappresentative.

È una riga che toglie al rapporto ogni pretesa di completezza, e proprio per questo lo rende affidabile.

Qualitativa e quantitativa: perché la distinzione decide quale scala puoi usare

La termografia qualitativa confronta pattern termici. Cerca l'asimmetria: la fase più calda delle altre, il morsetto più caldo del suo gemello, il tratto di sbarra fuori gradiente. Non pretende l'esattezza del valore assoluto, perché l'errore di emissività si applica in modo analogo a entrambi i termini del confronto e in buona parte si elide.

La termografia quantitativa dichiara una temperatura. Per farlo deve controllare emissività della superficie, temperatura riflessa dall'ambiente, distanza di misura, trasmittanza dell'atmosfera e di eventuali finestre o schermi interposti, e deve disporre di uno strumento in taratura valida.

L'implicazione operativa è diretta e viene sistematicamente ignorata:

• La Scala A (componente simile) è sostenibile con un rilievo qualitativo ben condotto, purché i due termini del confronto siano ripresi nelle stesse condizioni.
• La Scala B (aria ambiente) è un confronto fra una temperatura assoluta e un'altra temperatura assoluta: richiede un rilievo quantitativo. Applicarla a un rilievo qualitativo produce classificazioni che sembrano rigorose e non lo sono.

Sulle superfici tipiche dei quadri elettrici questo pesa parecchio: metalli nudi e lucidi hanno emissività bassa e riflettono l'ambiente, e la loro temperatura apparenteTemperatura apparenteValore letto dallo strumento senza correzione dei parametri di misura. La temperatura reale si ottiene correggendo per emissività del materiale, temperatura apparente riflessa dell'ambiente, distanza, umidità e trasmittanza atmosferica. può essere molto lontana da quella reale. È il motivo per cui, su rame o alluminio non trattati, il confronto con un gemello è quasi sempre più affidabile del confronto con l'aria.

Dalla classe alla priorità di intervento

La classe di criticità è un attributo del termogramma. La priorità di intervento è una decisione di manutenzione, e la classe da sola non la determina. I fattori che la modificano:

• conseguenza del guasto: la stessa classe su un'utenza ausiliaria e su un'alimentazione di processo non genera la stessa urgenza;
• accessibilità e finestra di fermata: un intervento eseguibile solo a impianto fermo va incastrato nella prima finestra utile, e questo può giustificare l'anticipo di un'azione di classe attenzione;
• rappresentatività del carico al momento del rilievo: una classe informativa ottenuta al 20% del carico non è una classe informativa, è un dato non concludente;
• tendenza storica: un ΔT stabile da tre campagne e un ΔT che è raddoppiato dall'ultima verifica meritano trattamenti diversi anche a parità di classe. È la ragione per cui i valori vanno archiviati con corrente e riferimento, non solo come immagini;
• prescrizioni del costruttore o requisiti contrattuali, che prevalgono sempre sulla tabella generica.

In sintesi operativa

Perché un ΔT valga qualcosa servono cinque informazioni, e nessuna è facoltativa: quanto (il valore), rispetto a cosa (componente omologo o aria ambiente), a quale carico (corrente misurata e nominale), con quale scala (A o B, con la fonte dichiarata) e con quali limitazioni (condizioni di validità mancanti, carico non rappresentativo, natura qualitativa del rilievo).

Un rapporto che le contiene tutte e cinque si può discutere, contestare e riverificare. Un rapporto che ne contiene una sola — il numero — è un'immagine colorata con una didascalia.