|
Cresterea sigurantei cladirilor folosind termoviziunea
Prin atributele sale majore, sistematizarea teritoriala si a localitatilor este definitorie prin masurile tehnico-economice si legislative ce se impun a fi luate.
În cadrul acestora un capitol distinct se ocupa cu retelele utilitare de apa, de canalizare, de termoficare, de conductoare electrice, de telecomunicatii, de conducte de gaze, precum si retele geodezice, hidrografice, meteorologice etc.
Ne vom ocupa în continuare de "Cresterea sigurantei cladirilor si a instalatiilor din cladiri, folosind termoviziunea", un domeniu recent al stiintei si tehnicii.
Termoviziunea este o metoda de vizualizare a fluxului intens de fotoni emis în domeniul infrarosu prin folosirea unei duble conversii (foton în domeniul infrarosu – electron – foton în domeniul vizibil). Mai precis, este vizualizat contrastul termic al cladirii, adica diferenta de intensitate a radiatiilor termice emise de cladire fata de mediul înconjurator.
Sistemele de termoviziune si-au gasit utilizari din ce în ce mai multe în domeniul civil, de exemplu în determinarea pierderilor de caldura a locuintelor, în proiectarea unor cladiri rezistente la atacuri teroriste, folosind senzori care pot rezista în conditii extreme de caldura si presiune, în industrie, în determinarera temperaturii proceselor metalurgice, în efectuarea unor inspectii la instalatiile electrice aflate sub tensiune, în domeniul militar etc.
|
Un exemplu de studiu termografic al instalatiilor energetice a fost prezentat recent (februarie 2005). Este vorba de un studiu termic nedistructiv, folosind tehnica termografiei în infrarosu pentru aplicatii de ventilare a caldurii si de conditionare a aerului (HVAC – heating, ventilating and air conditioning). În aceste aplicatii a fost realizata evaluarea formei termice a zidurilor groase, a barierelor cu elementele lor constructive, a conductelor de conditionare a aerului, precum si a sistemelor termice, cablurilor, conductorilor, întrerupatoarelor din instalatiile electrice. A fost studiata si influenta umiditatii asupra comportamentului termic al materialelor de constructie. Rezultatele au aratat relatia dintre evaporarea apei si porozitatea datorata structurii materialului, iar studiul a aratat utilitatea acestei tehnici în detectarea diverselor defecte invizibile din instalatiile energetice si termice.
Au fost prezentate recent si aplicatii ale termoviziunii în infrarosu pentru evaluarea nedistructiva a îmbinarilor. O jonctiune dintre doua materiale similare sau nesimilare reprezinta în general un punct slab al structurii si de aceea necesita o alegere atenta a celei mai adecvate tehnici de îmbinare si o evaluare nedistructiva a partilor îmbinate, oricare ar fi tehnica de îmbinare. Un exemplu de studiu îl constituie aplicarea termografiei în infrarosu pentru evaluarea nedistructiva a trei tipuri de îmbinari: îmbinari fixate adeziv din aluminiu, îmbinari sudate cu laser, din otel inoxidabil, si îmbinari Glare fixate mecanic. Pentru aceasta a fost folosita atât termoviziunea cu impulsuri, cât si cea cu modulare, cu stimulare optica. Atentia s-a concentrat în special pe cea de-a doua metoda, deoarece practic imaginile de faza nu sunt afectate de încalzirea neuniforma locala sau de variatia locala a coeficientului de emisivitate, ca imagini termice.
O alta aplicatie o constituie masurarea difuziei termice în placi folosind propagarea armonica si uni-dimensionala a undelor termice. Recent a fost realizata o noua abordare a metodei lui Angstrom pentru masurarea difuziei termice. În aceasta metoda, difuzia este determinata din translatia de faza a unui semnal termic periodic în timpul propagarii sale de-a lungul placii. Propagarea poate fi usor monitorizata prin termoviziune în infrarosu. În general, este folosita o sursa fara contact direct pentru a aplica semnalul.
Totusi, în sistemul mentionat este folosita o sursa cu contact direct, cu un semnal de oscilatie a temperaturii furnizat pe o portiune a uneia dintre cele doua suprafete principale ale specimenului, unde un contact omogen poate fi produs prin folosirea unei presiuni de contact corespunzatoare. O astfel de practica implica faptul ca masurarile temperaturii suprafetei pot fi folosite pentru a estima difuzia doar dincolo de o anumita distanta fata de sursa, unde frontul de unda al oscilatiei temperaturii în cadrul specimenului devine plan si perpendicular pe suprafetele principale. A fost investigata aceasta distanta, pentru a stabili o regula generala pentru realizarea experimentelor.
Pe post de sursa termica a fost folosit un dispozitiv termoelectric bazat pe efectul Peltier. Principala dificultate legata de folosirea sa a reprezentat-o obtinerea unui semnal termic perfect armonic si bine echilibrat. Acest lucru a fost necesar pentru a evita o prelucrare complexa a datelor experimentale, si a putut fi obtinuta prin furnizarea unui curent cu o forma de evolutie în timp corespunzator aleasa.
Au fost realizate de asemenea si doua noi tipuri de sisteme de imagine (sisteme de termoviziune în infrarosu) fara racire, bazate pe matrici piroelectrice si bolometrice. Aceste noi sisteme de imagine în infrarosu sunt în plus echipate cu canale TV si pirometrice. În noul sistem stationar cu o focalizare mai mare, canalul opto-electronic este implementat în locul unuia pirometric, realizând detectia optica pâna la o distanta de 1000 m.
Sistemele de imagine în infrarosu realizate furnizeaza o observatie eficienta a obiectelor si a zonelor securizate (controlate) în timpul oricarei perioade a zilei. Instrumentele furnizeaza vizualizarea obiectelor ce radiaza caldura si ofera solutii pentru o gama larga de sarcini, incluzând unele foarte importante: siguranta tehnologica (diagnosticarea structurilor, cladirilor, echipamentului de sursa de putere, detectarea scurgerilor de la conductele furnizoare de caldura, precum si a focurilor ascunse); sarcini de cautare si observatie (detectia si observatia obiectelor îndepartate ce radiaza caldura, cum ar fi oameni, mijloace de transport etc.; detectia unor anomalii ascunse etc.)
Echipamentul realizat poate fi utilizat pentru inspectia termica a facilitatilor industriale cu saturatie de energie, ca si pentru scopuri de securitate anti-terorism si furnizarea sigurantei tehnologice.
De asemenea, au fost prezentate diferite sisteme de termoviziune bazate pe matrici CCD în infrarosu pe SiPt cu bariera Schottky, lucrând în mijlocul domeniului infrarosu. Au fost evaluate problemele legate de realizare, testare si mentenanta si au fost determinati parametrii tehnici si rezultatele experimentale.
Un astfel de sistem de termoviziune consta din:
- cap de camera în infrarosu cu PtSi,
- un mic criostat cu N2 pentru a infuza în sistem azot lichid,
- bloc de control al camerei CCD si bloc de conversie analog-digitala a semnalului video,
- procesor specific pentru procesarea imaginii cu ajutorul unui computer Power Mac.
Principalii parametri si caracteristici sunt:
- sensibilitatea temperaturii: 0,07 K
- numar de elemente pentru camera CCD: 256-290
- dimensiunile câmpului fotosensibil: 9,57-12,8 mmp
- frecventa cadrului: 25 Hz
- timpul de functionare continua fara infuzare de N2: mai mult de 6 ore.
Sensibilitatea ridicata a camerei CCD folosite, precum si reprezentarea spatiala buna, nivelul redus al zgomotului si omogenitatea semnalului video asigura o buna calitate a imaginilor termice.
Electronica de citire de la iesire, realizata pe baza de module programate controlate, furnizeaza o functionare flexibila a camerei CCD si o procesare analog-digitala a semnalului video pe 12 canale.
Procesorul de imagine realizat pe baza computerului Power Macintosh proceseaza imagini de termoviziune în timp real cu o viteza de pâna la 20 cadre/s.
Au fost date exemple de imagini termice din filmul de termoviziune al plecarii unei nave: la 150, 250, 450, 600, 900 si 1800 metri. Diferite aplicatii ale acestor sisteme de termoviziune realizate se întâlnesc în constructii, medicina, energetica, electronica, miscari automate etc.
Termoviziunea în infrarosu a fost folosita ca tehnica nedistructiva si fara contact direct si în alte aplicatii, cum ar fi de pilda examinarea proceselor progresive de deteriorare si a mecanismelor de defectare ale specimenelor de beton supuse unor compresii neconfinate statice si unor vibratii de excitare suprapuse. Parametrul care a fost investigat a fost generarea caldurii datorata disiparii intrinseci cauzate de neelasticitatea materialului care a fost excitat dincolo de limita sa rever-sibila stabila. Aceasta tehnica utila permite realizarea unei ilustrari precise a propagarii defectelor care apar în astfel de structuri.
|
Concluzie
Aplicatiile termoviziunii conduc la o îmbunatatire a sigurantei cladirilor în situatii în care alte metode dau gres, inclusiv în situatii extreme cum ar fi cele legate de atacuri teroriste, dupa cum afirma si profesorul american Julian Jones de la Universitatea Heriot-Watt, "În climatul de azi de amenintari teroriste în crestere, exista o cerere imensa de tehnologie care sa ajute la proiectarea unor cladiri rezistente la atacuri cu bomba."
|
Drd. Ing. Andrei Dragulinescu
|
