I9

'elulJuelululsul IeruIInQ r-udnlsop ryq yq 1fo>l usecord qusdo>lsoDlelu etuou

urefo>1 n eluels eLeQEUZo EVelou^er (elqnueuporurel)u1sur1do1'eru€JnleJeduel urlyprlzer eu'nurydolnlnlualurzeJ ulol e1eft1 ns {op e,l,s elerl euelurzer e1s

-uqdo1 secoJd 'ur?Bu le1 eu nfr8reue nlo,ts tgnlnluerus qr

r2nfe,ru2e,r.od 'rlrsouerd r1r rleurud eToru olelg nloq nurp11ea,

uly.telsperd eu11do1 1op 'u1eiq e8o>1eu efuu]s olsurld-o1 elnsrdo urnleredrual :qr?on eqarl nlo>1 ernleredruelr eurldol npeuzr e4tlzer uupnlll elnl 1 'eurernleredurel

uillt?tlzet s e1eft1 nperuzr \e,tluefanzel e1o:uu es eulld-ol Bur?rlel e>1s1e8.reue oey 'e1elq e8o>1eu nltSreue ru1s

-uqdo1 erzrral>lere1eiol eurprTe.r e>lsle8reue r e[ eugdo;'ornleredruel eTru o1elt1

eu ernleredurel oQrA e1eft1 s veletd eio>1elelq efr?reue

elupe4nun ef oIC 'eurQrlel eusecord uuo el ed zeleludez o,nrpnlp1st euEZeL e[ eu11do1 'qnu €{eupaf el eurtdol'egeupelzt ernleredruel es Bp€X 'unleredruel n o{IIZUJ

eluelolsod Soqz oSnrp uu u1el4 ?oupel s rzelerd elo>1

uftSreue efeulldo;'rJe.t1 e{eu efue}s oule8erSe r urrur;eprlsouelrr8ez luednls ez erclut oe1 ernleredue; 'e1ei1t

eueperpo e1n{alou qr.r,s eftSreue q.D[?qeuDI iorqz rutp nlo>1

elelq nftSreue nlu;erlnun nudn4n elnperpo ernleredruelurquu 14 e51 'forq

^oqlfu r os ete?elod 'eJser erruered

-urel o{DI u 'uroftSreue uo{{e^ s ecrlse? oleru o>leleutepuo 'e4sru elelq e8o>1eu ernleredurq eio>1y'o1eiq oleueurp elo>1 (euor gr etuole 'e1n1e1oru)

"Jrlse? nlelpodser

rulsle8reue eJrzueDIeJDI rlol releruered empreduel eleprgoJe1our es ouefl,r.ulsoupalod >1edr 'e>pe1c e8o,to e8esdo

uenzr elulol nzrleua ru1siuo4 nl1qnp e,relnunzerpod ernl-eredru4 uftcrurgep uftuprurog'epe4euo;d legelso ez a[rreze^ r uu,r.rplelqns rrnleredruel r ru1do1 o urefop eir,r.r4

eu;1do;'g

'elr3urSorure] euelrce4ul I ef qllu po uupeie 'efuenp-rdsr qru.rozeJeu e{ruqel r epoleu erQtlzat elsrJo{ eqJAS

es al n 'erursecord tupllolouqel n r1r rlrceteoldsle n u1

-e>lelqo r lepern 'uponzrord eleq€,t.>I r eluels nlue,trprnlnrrd nuelurrrd DIoJr! nlerur efue,r.qrdsr epoleu e{LIozBJeN

'esecord e8o1;olouqel epur epDIeJd ousoupo'ourordo eqerodn epqerd op z?Iop eu ruehurrd lourzelurrd 'eluerehu eplelqo ernleredurq eiuurrrperpo epolerueuDleluo{seq eu,trsed elr;erSouuel eue,trcsqul ef o{€)'e lue,r,rlrdsr epoleru euroze rou oe>1 eue leprqon e i elelsodelr;erSorurel euel.Jce4ur euehuud 'eurerdo e{?rueqeu r

eu?uDlele niueleTrpo o rpeJ es epe;1 'eluu,rqrdsr epoleureuJozareu etsrJo l es olse? esecord qrupo,rzrord r eruerdo

nlueneTrpo n 'esecord eupo,tzord nludnls uro{lolouqelr ou4 'nsecord nuponzrord o r rsrl.o uuo ou 'e1J-JAl e{e,\s eJrqepo el re4s a[ eluet*Vtpo e]sJ,{ eueftuu4

z-I'rq 'rt IoA'8002 uerlrg-xil

'ttolonqq Kcua8y-xg ut Surquoasat puo uotsluadns 1oc-tuqcal Suunp (qdotSoutaql pato{ut (q ruawatnsoaut atnlondutajpaplar puo srunuoqcau.t n{suoq paq stuoqs apluo aq1 '(qdotSow

-taqt panttut st lJoluoc tnoqlttL luautalnsvaut atnlondwal {o stoupasn Qruanba{ ary lo aug 'tlDiuo) fioqill puo pDluo) qr^\ asoql

olul s! sluawalnsDau.t alnloladwal to uotslltp ilsDq aqJ 's{ou luat-a{l1p fuow ut actootd Kop(tao u1 patnsoaw Qpnsn &1ruonb at11 sr

4 puv Dgow aql {o uourpuoc (.fuaua lo uoucay[at o st atnlotadutal'paansqo 1ca{qo aqt {o acnltns aqt uo uortDlrDt arnl

-otadwal lsalq?qs aqt uaAa spro)il DraruDr pan$u1 '1ta[qo xtattocaqt uo K&taua aql uo{ uatffip {.3nua awtpor llrw paansqo pafqoaql uo Sulttncco qnnt n aSowop qJoa wqi suDau stqJ'uouorrDtatnptadwat Kq paruodruocco sI salpoq m uotttpuoc {o a?uoqc fuatg

' a frcuaSy-xg n {1to4otoqt1 n n fuonrTa4sr

1 ooq o{uopalSpou n8o42ruqa1 uo4tlud uo[gfot8outa1 tuouauto4{utatwondwaj afuanfu ouazatod outl{u s a7 autldol osouafud rutzru

-oqaut ntnzttqrtd as n4uo72 y1 'o[{ot8owa| ouaucotfur atnlotadtuato[uatattu o8ou14o1ucn1saq ourpou q1[11t4sa?n po a[ uopaS 'Dw4otuo1s

-aq t Dul4Diuoy atnlotadurat o{uan[tu nlatpod af ouaousg 'Dur?Du

q!4?!lzDt oSouut nu ountatra rc4ntd fououpo1D^s n ntotl nur2qalt{ltolspatd r afualnu.t ofut4s oSoysft?taua nupo a[ ntn1otadtual

'nqa[qo ouottotuotd tut;tltod ou atnl-otadwal nua[uto.td nfuoufou t ryaf1tq D]autD4 )I 'n14a[qo wounotdstou afr&taua po uofr&taua uoft2o?rup upotz 'nqafqo nutouogotuotdnu rpoSop as rfoq totol g7 a[uapa1;o oID^s a2 op r?Duz oJ'atnn)t-adua! utouafruotd af ouaVttdod 'nwua[u n ofunry ouafwotd o4otg

nuorsoud nwoNszou3n ngf I.{YUC OI,\IUfl I fl NgAU J YUdNI

I^IONflfI,\IIUd flUNJYugdWgIgfNflUflfl,\I I flNITdOJ

Y ZY'TEf IUd II{IZINVHfl I,\I

IoEuntr oT^Dls

po^n'r

Izraz za izradunavanje jest:

Q=m'c'LTgdje je:

m - masa tijela, kgLT - razlika temperature, Kc - specifidni toplinski kapacitet tvari, J/kg KIzraz rije(,ima moZemo iskazati: Toplina je umnolakmase, razlike u temperaturi i specijlinoga toplinskogkapaciteta tvuri. Toplina spontano prelazi s toplijegtijela na hladnije.

LQ > 0 ako je toplina predana sustavu

LQ < 0 ako je sustav toplinu predao okolini

3. Mehanizmi prijenosa topline

Postoje tri razlldita mehanizma prijenosa topline:

a) prov o denj e ( kondukc ij a ),b) struj anj e ( konv ekcij a),

c) zraienj e ( radij acij a).

a) Provodenje ili kondukcija

Provodenje topline je nadin izmjene topline koji se

dogada u tijelima dije su osnovne destice (molekule,atomi) vezani na poloZaj u kojem se nalaze u samomtijelu i ne mogu se znatnije pomaknuti. Strogo gledajuiiprovodenje se odvija u krutim tijelima (krutinama)premda se moZe pojaviti i kod tekuiina (kapljevina iliplinova) kada se onenalaze u vrlo malom prostoru takoda ne moZe doii do znatnijeg gibanja njihovih makro-skopskih dijelova.

U metalima dominantnu ulogu u provodenju toplineigraju slobodni elektroni pa se zbog toga dogada da se

dobri provodnici struje javljaju i kao dobri provodnicitopline. Poznato je da kada se neko tijelo zagrijava,kinetidka energija njegovih molekula raste. destice udijelu tijela koje se zagrijava sludajno se sudaraju sa

susjednim desticama, predajuii im dio svoje kinetidkeenergije. Ovakav se proces postupno Siri ditavim tijelom.Dakle, prijenos topline kod provodenja je usmjeren oddestica vi5e temperature prema desticama niLe tempera-ture, a opisan II. zakonom termodinamike (slika 1).

Zakon toplinske kondukcije, poznat i kao Fourierovzakon,kale da za stacionarno provodenje topline (vre-

(61-68)

menski ustaljeno) kroz ravnu stijenku, bez postojanjatoplinskih izvoraili ponora u stijenci, te uz pretpostavkuda je toplinska provodnost materijala stijenke konstant-na, toplinski se tok izmijenjen provodenjem moZeizr adunati prema izr azt:

o=!' -uo' 'o

2

gdje je:

O - toplinski tok, W

t, - tr- temperaturnarazlTka, "C

A - povr5ina okomita na smjer izmjene topline, m2

d - debljina stijenke, m

a - toplinska provodnost materijala stijenke, Wm'KNazivnik se u ovoj jednadZbi ! torrjo5 i specifidni)"toplinski otpor (m2IVW). Ohmov je zakon elektridnianalogan Fourierovu zakonu jer brojnik u Fourierovuzakonu t, - trpredstavlja razlikl temperatura, a kodOhmova je zakona to razlika potencijala (U,-Ur).Nazi-

vnik u Fourierovu zakonu 9 toplinski je otpor koji u

Ohmovu zakonu predstavljen elektridnim otporom (R).Toplinska provodnost materijala (,i) fizikalno je svojstvomaterijala. U opiem sludaju ovisi o prirodi same proma-trane tvari, njenoj temperaturi i tlaku.

U dana5njim se postrojenjimanalaze oprema (elektro-motori, pumpe, svjetiljke, kompresori, motori s

unutra5njim izgaranjem i dr.) i instalacije (elektridneinstalacije, parovodi, zagijane cijevi s procesnim flui-dima) koje imaju vruie povr5ine. Neki se od tih uredajai instalacija izolirqu, ali njihovi su pojedini dijelovineizolirani ili je izolacija uslijed vremena oslabila.Takoder odredeni su uredaji radi hladenjaizvedenibezizoliranih dijelova (motori s unutraSnjim izgaranjem).Za strojnu mehanidku opremu u dijelu Ex-dokumenta,Tehnidkom nalazu neelektridnih uredaja (TN-NEU),analiziraju se vruie povr5ine uredaja i instalacija. Ana-liza se moZe izvoditi radunski ili mjerenjem. Bilo kojiod postupaka odredivanja temperature vanjske stijenkezagrijana uredaja ili instalacija kao potencijalnihuzrodnika paljenja, nimalo nije jednostavan. Ukoliko se

definiranje temperature vanjske stijenke izvodi radunskimputem, potrebno je za svaki zagrijani ureclaj dobiti tem-peraturu na temelju dostupnih podataka.

hddhje b) Strujanje ili konvekcija

Drugi nadin prijenosa topline, konvekcija ili strujanje,dogacla se samo u fluidima, tj. plinovima i kapljevinama,kada se njihova ditava neuniformno zagrljavana masapomide i mije5a. Stupanj strujanja topline toliko je veii

Slika 1. Provodenje topline

62 Ex-Bilten 2008. Vol 37,br. 1-2

Slavko Rumbak: Mehanizmi pijelaza topline i mjerenje temperature primjenom infracrvene... (61-68)

koliko je ve1abrzina kretanja fluida. Prijenos toplinestrujanjem uvijek je praien i prijenosom toplineprovodenjem jer su u fluidu destice razli(,ite temperatu-re u stalnom direktnom dodiru. Gibanje fluida moZe

biti pobudeno na dva nadina:

. prirodnom ili slobodnom konvekcijom (prirodna ven-tilacija, vjetar na otvorenom prostoru) i

. prisilnom ili prinudnom konvekcijom (uporabom ven-tilatora, pumpi, puhala i dr.).

Prirodna je konvekcija posljedica razlike u temperaturiizmedu dva mjesta u fluidu. Brzina strujanja relativno jemala. Kod prirodne ili slobodne konvekcije strujanjetekuiine uvjetovano je heterogeno5iu masenih sila nad

promatranim volumenom tekuiine. Ta je heterogenostuzrokovana nejednolikom temperaturnom raspodjelomu tekuiini, a samim tim i nejednolikom raspodjelomgustoie (destica uz stijenku i destica podalje od stijenke).Ta razlika u gustoii za posljedicu ima slobodno (prirod-no) strujanje tekuiine uz stijenku. Primjerice: ako jestijenka toplija, onda ie destice tekuiine koje su bliZestijenci biti toplije, pa time i lak5e. One ie se uslijed togapodizati u vis i izazvati strujanje koje je zapravo uzroko-vano izmjenom topline. Prisilna je konvekcija posljedicapumpanja ili ventilacije, a ne razlike temperatura . Brzinastrujanja je velika. Kod prisilne ili prinudne konvekcijestrujanje fluidaizazvano je izvana nametnutom razlikomtlakova (pumpa, ventilator i s1.) pa se strujanje tekuiinedogada bez obzira na prijelaz topline.

Toplinski tok izmijenjen konvekcijom opisuje se Newto-novim iskustvenim stavkom ili Newtonovim zakonomhladenja:

Q=a'(4-0-)'Apri demu se oznake u jednadZbi odnose na:

(D - toplinski tok, W

a - koeficijent konventivnog prijelaza topline, W m2K

d - temperaturu stijenke,'C

d- - temperaturu tekuiine podalje od stijenke, oC

A - povr5inu okomitu na smjer izmjene topline, m2

c ) Zrad e nj e (radij acij a)

Zrad,enje je mehanizam izmjene topline koji se odvija uformi elektromagnetskih valova izmedu tijela razliditihtemperatura, izmedu kojih je proziran (propusni) medij.Sirenje elektromagnetskih valova odvija se bez mate-rijalna posrednika i to je osnovnarazlikaizmedu zradenja

i prethodna dva nadina prijenosa topline (i provodenje ikonvekcija imaju materijalna posrednika). Zradenje se

dakle moZe odvijati i u vakuumu.Izvor je termalne ra-dijacije unutra5nja energija zagrijana tijela. Kolidinaizralene energije zavisi uglavnom od fizidkih karakteri-

Ex-Bilten 2008. Vo1 37.br. 1-2

stika i temperature emitirajuieg tijela. U zavisnosti od

valne duljine zradenja ono imarazli(ite osobine. Zradenjekoje je od najveieg interesa za proces prijenosa topline,ono je s valnim duZinama a e [0.8 - 40 prm] koje pred-

stavlja tzv. termalno zradenje. Zra(,enje je proceskarakteristidan za sva tijela. Svako tijelo neprekidnoemitira i apsorbira energiju zra(enja ako je njegova tem-peraturarazlidita od 0 K (nula Kelvina).Zbogtoga uvijekpostoji prijenos topline zradenjemizmedu dva tijela, dak

i kada su ona na istoj temperaturi. Kada su tijela u toplin-skoj ravnoteLi, jednake su kolidina emitirane i apsorbi-rane energije zra(,enja. Spektar zra(enja veiine dvrstihtijela i kapljevina (tekuiih fluida) je kontinuiran. tj. tije-la emitiraju zrad,enje svih valnih duljina. Spektar zradenja

plinova diskretan je, tj. oni emitiraju elektromagnetnezrake todno definirane valne duljine. Svako je tijelosposobno ne samo emitirati zradenje, vei i reflektirati,apsorbirati ili propu5tati zra(,enje kroz sebe.

Tablica 1. Emisivnost e razliditih metala

Velidinom e obiljeZava se spektralna emisivnost, ili,de5ie, samo emisivnost. Ona zavisi od fizidkih osobinatijela, a narodito od stanja njegove povr5ine, amo1ebiti vrijednosti od nule do jedan. U tablici 1 prikazanesu vrijednosti emisivnosti za neke materijale. Ova jevrijednost vrlo vaZna kod mjerenja infracrvenom termo-grafijom.

Kolidina toplinske energije E ovisi od temperature objek-ta T i emisivnosti njegove povr5ine e . Definirana jeStefan-Bolzmanovim zakonom

E=e'o'Tgdje je:

o - Stefan - Boltzmanova konstanta, 5,67 x l0-8,W(m'z.Ka)

e - koeficijent emisivnosti.

Koeficijent emisivnosti e , ovisan je izmedu ostaloga, odvrste materijala i stanja povr5ine (zaprljanost, oksidira-nost i s1.). Ovaj zakon pokazuje energiju koju tijelo zradi,a koja se moZe mjeriti IC-kamerom. Ako se ta energijaispravno snimi i unese todna vrijednost emisivnosti e,

IC-kamera preradunava temperaturu na temelju izraza:

delidni lim, salvaniziran, sviietli

delidni lim, valj

delik, oksidiran

delik, iako oksidiran

63

To znadi da svaki (elektridni ili mehanidki) uredaj, kojise nalazi u ugroZenomu prostoru, (ukoliko ima unutarnjiizvor zagrljavanja) prenosi toplinu na okolinu (i okolneuredaje). Takoder i sam taj uredaj dobiva (,,upija") to-plinu od okolnih tijela. Prijenos topline zradenjem uzonama opasnosti moZe se pikazati na mnogobrojinimprimjerima. Tako npr. postoje uredaji u Ex-izvedbi (npr.

razvodne kutije crne boje) koji se nalaze na otvorenuprostoru i kojima se podiZe temperatura do 60-tak 'Cuslijed sundeva zagrljavanja(zra&nja). Drugi su slidanprimjer uredaji koji se nalaze u toplinskim jedinicama

koje sadrZe velike kolidine topline, a tdkve su plinsketurbine koje su zatvorene u zasebna kuii5ta (kontejner-skoga tipa). Uredaji, elektridni i mehanidki, koji se na-

laze unutar kontejnera na odredenoj udaljenosti od plin-ske turbine, zagrljavaju se uslijed prijenosa toplinekonvekcijom i zradenjem. Zapravo protrebno je pozorno

r azmotr iti zagrij av anj e ure daj a (temperaturu s amo g

uredaja) jer zbog velikog prijenosa topline zra(eryempojavljuje se velika vjerojatnost vi5e temperature od one

za koju je uredaj deklariran (npr. temperatura okoline od

40'C prema certifikatu). Nemojmo zaboraviti da jeprijenos topline zradenjem vrlo vaZan (intenzivan) jersva toplina koju tijela na zemlli dobivaju od sunca, do-

lazi upravo i iskljudivo ovim mehanizmom prijenosatopline (zradenjem).

4. Temperatura

S termodinamidkoga stajali5ta moglo bi se reii da jenajprikladnija definicija temperature po kojoj ,,dva tije-lakoja su u toplinskoj ravnoteZi, imaju istu temperaturu".Zbogtakve se definicije temperatura zapravo i ne moZe

mjeriti. Mjere se uvijek neke druge velidine koje sujednoznadno s njom povezane, a neke su od njih:1. volumen tijela koji se mijenja s temperaturom (npr.

volumen Zive u Zivinom termometru),2. elektridna svojstva koja ovise o temperaturi:

- elektridni otpor vodida koji se mijenja s temperatu-rom,

(61-68)

- elektromotorna sila koja se javlja na spoju dvajurazllditlh metala, a diji iznos ovisi o temperaturi,

3. mjerenje iznosa i raspodjele po spektru energije kojuodzraduje tijelo diju temperaturu mjerimo (primjenjujese pri vi5im temperaturama).

Zbog nemoguinosti izravna mjerenja same temperature,definirane su ,,temperaturne skale", tj. odabrane su dvijefizikalne pojave koje se uvijek odvijaju pri todnoodredenim temperaturama i njima su pridruZene brojdanevriiednosti. Kako je izbor tih pojava, a isto tako i brojdanihvrijednosti koje se pridruZuju tim todkama proizvoljan,postoje razne, vi5e ili manje pogodno odabrane tempe-raturne skale od kojih su se danas u Sl-mjernom sustavu

odrLale samo dvije - Celsiusova (dopu5tena) i Kelvinova(obvezna), a u angloameridkom sustavu koriste se jo5

Fahrenheitova i Rankineova skala (tablica 2).

4. 1 Mj erenj e temperature

Mj erenje temperature podrazumij eva uspostavlj anje

termodinamidke ravnoteZe izmedu tijela A, diju tempe-raturu Zelimo mjeriti i termometarskog tijela T (termo-metra), pri demu nema toplinske razmjene s okoli5em.

Ako se mjerenje ponovi, sada s tijelom B, dolazi do

nove ravnoteZe. Ako termometar T daje iste indikacijekao i maloprije, onda znadidatijelaAi B imaju jednake

temperature. Funkcioniranje termometra temelji se na

nekom toplinskom fenomenu (toplinsko Sirenje, promje-na otpora s temperaturom i s1.) i neophodno je da se

proces uspostavljanja termodinamidke ravnoteZe s tije-lom koje se mjeri, izvede tako da se njegovo stanje uravnoteLi Sto manje razlikuje od onoga prije podetka

mjerenja (a to se postiZe tako da je podetna temperaturatermometra bliska temperaturi tijela koja se odreduje, imalim toplinskim kapacitetom termometra). Opisaniprimjer mjerenja temperature dozvoljava da se definirajednakost dvije temperature, ali ne i njihov odnos, jer bise on mijenjao u ovisnosti od termometra i pojave na

osnovi koje funkcionira. Zbog toga se moZe reii da (uobidnom smislu riiedi) temperatura nije mjerljiva vei

Apsolutna nula 0 -27 3.r5 -459,67 0 559,125 -90.14 -218.52 -135,90

Fahrenheitova

mieSavina

leda i soli

255.37 -11,18 0 459,6',7 tj6,6',7 -5,87 -14.22 - 1,83

TaliSte leda/lediSte vode(pri normalnom tlaku)

213,15 0 32 491.67 150 0 0 1,5

Temperatura ljudskoga

tijelaVreliSte vode

310,15 3t 98,6 558.27 94,5 t2,21 29,6 26,925

373,15 100 212 67r.61 0 JJ 80 60

Tablica 2. Usporedba temperaturnih skala

64 Ex-Bilten 2008. Vol 37,br. l-2

Slavko Rumbak: Mehanizmi pijelaza topline i mjerenje temperature primienom infracwene... (61-68)

odrediva velidina. Svakoj temperatud daje se jedna

numeridka vrijednost u skali, dije se karakteristidne todke

odreduju na neki definiran nadin. To ujedno i ukazuje na

sloZenost mj erenj a temperature.

5. Infracrvena termografija

Termografija je beskontaktna metoda mjerenja tempe-

raturnih razlTka,te ima zna(,aine prednosti pred kontak-

tnim mjerenjem. Beskontaktnost, dvodimenzionalnost ibrzinaglavne su prednosti te mjerne metode pred ostalim

nadinima mj erenj a temperature. B eskontaktno mj erenj e

omoguiuje mjerenje na daljinu, aIo znadi da je moguiemjeriti temperaturu i na nedostupnim objektima. Takoderje dragocjeno i u situacijama kada je opasno dodirivatimjerni objekt, npr. elektridne instalacije. NajvaZnije je

Sto se beskontaktnim mjerenjem ne remeti toplinska slika

mjernoga objekta. Termografija podrazumijeva da nakon

mjerenja ostane trajan zapis o izmjerenim velidinama u

realnom vremenu. Taj se zapis zove termogram.Dinamidke promjene temperature pratimo nizom termo-

gramakoji se poslije analiziraju.

5.1 Kratka povijest infracmene termograftje

Davne 1800. godine fizi(N sirWilliam Herschel (1738.-

1822) zapaLa kako svjetlost koja prolaziksoz razll(itefiltre zagrijava isti objekt. Zamlietio je da temperatura

boja raste od ljubidaste prema crvenoj, ali da se porast

nastavlja i iza crvene boje, dakle u podrudju gdje nema

vidljive svjetlosti. Zakljudio je dazradenjepostoji i izvan

vidljivoga dijela spektrate je taj dio nazvao,,termome-trijskim spektrom", a zradenje,,tamnom toplinom" ili,,nevidljivim zrakama". Zanimljivo je da se termin,,in-fracrveno" javlja tek krajem 1 9. stoljeia i da se pouzda-

no ne zna tko gaje uveo.

5.2 Primjena infracvene termograftie u tehniikomnadgled,anju

Infracrvena se termografij apokazalau nizu primjerakao

izvrstan alat: u postupcima kontrole i odri'avanja, otkri-vanju kritidno visokih temperatura, ocjeni kvalitete to-plin ske izolacije, kod pro cj ene s tanj a opreme, r azli(itimpostupcima kontrole bez nzar arya, problemima prij ela-

za topline i slidno.

Pojava zagrljavanja u mnogim sludajevima ukazuje na

stanje kvara. Termografskim se uredajima moZe vrlodobro pratiti stanje elemenata za prijenos elektridneenergije, elektridnih instalacija i dr. Jednako tako moZe

se pratiti stanje rotacijskih dijelova na kojima se odekuju

potencijalno vruie povr5ine kao 5to su brtvenice i leZajevi

kod rotacijskih (elektridnih ili mehanidkih) strojeva(slika 2.), cjevovodi s izolacijom, odnosno kvalitetaobloga izolacije, centriranost i napetost remena (slika 3.)

i dr.

Ex-Bilten 2008. Vol 37,br. l-2

Slika 2. IC snimka i fotografija ku6iita leZaja elektromotora

75.1 0C

60

4S

?.0t9.o

Slika 3. IC snimka remenskoga prijenosa ventilatora

U ugroZenomu prostoru neophodno je poznavati vrijed-nosti temperature svih povr5ina koje su u dodiru s eks-

plozivnom atmosferom jer je vrijednost temperaturejedan od nqznahlnijih parametara.

Tablica 3. Primjena termografije u odrZavanju elektroenergetskih sustava

i opreme

VaZnost primjene metoda dijagnostike prikazana je ve-

likim udjelom elektro i strojne opreme u ugroZenomu

prostoru, u smislu poveianja sigurnosti takvih pogona.

Pravovremeno otkrivanje kvara na opremi u zonama

Nejednolika optereienj a, velikiotpori spojnih mjesta, lo5i i

korodirani kontakti, vrtloZne stru

Elektridni vodidi isklopke, osiguradi

LoSi spojevi i pregrijani

Nejednoliko optereienje, detkice,

klizni prsteni. loSe hladenl

LoS prikljudak akumulatora, 6elijau kratkom spoiu, lo5i kontakti

Napajanjeakumulatora

65

Motori s unutra5njimizgnanjem, plinski

motori

Ispu5na grana (ispu5ni sustav),zagrijanost bloka motora, lo5 rad

ventila, sustav za hladenie

Preoptereieni leZajevi,ralelnost osovina

Vozila, kodnice, gume,lei,ajevi, reduktori

Pregrij avanj a kodnica,

LoSe brlve, pregrij avanja,lo5a cirkulaciia fluida

Sustavi s vruiimprocesnim fluidima,

parovodi

Gubici energije, neprohodnicjevovod i ventili, oslabljena

(prekiuta) izolac4a

Plinske turbine iturbinsko- generatorske

jedinice

Zagijanost kuii5ta, visoketemperature ulja i leZajeva,

zadepljeni vodovi, propuitanjeosovinskih brtvi

Pumpe, kompresori,ventilatori

Pregrijani leZajevi i prijenosi,visoke temperature kompresije,

visoke temperature ulja,neispravni ventili i remenski

Slqvko Rumbak: Mehanizmi prijelaza topline i mjerenje temperature pimjenom infraavene... (61-68)

.1 +C

68,37

r:rrt ilt-t llf *ok...ltIffiiltlllL*lL -

ilL .

A,BTTablica 4. Primjena termografije u odrZavanju strojarskih komponenata iopreme

opasnosti moZe sprijediti nastanak veiih kvarova kojimogu biti uzrodnik paljenja eksplozivne atmosfere.Potrebno je napomenuti da je svako prekomjerno za-grijavanje opreme ili dijela opreme znak gre5ke ili kva-ra. Termogramski je prikaz moguie obraditi cijelim ni-zomalata, slidno kao i na samoj kameri, ali su moguinostinaknadne obrade na radunalu puno veie. Razliditimsoftverskim programima moguie je provesti i djelomidnukorekciju dobivenih rezultata definiranjem novih vrije-dnosti koeficijenta emisivnosti e i stanja okoli5a.

Na slici 4. prikazan je prikljudak nekog potroSada izve-den stopicama i to trofazno uz isto fazno optereienje.

lz lermovizijske slike vidi se da je faza,,S" toplija odfaza ,,R" i ,,T". To moZe biti zapisano s iztazom:

S(t)=f(R,T)+LTPoznato je da temperatura komponenata ovisi o

gdje su:

E, = R" . Ir. t",t

R - elektridni otpor, O

1- struja, A/ - vrijeme, s

Zna(i, osim vremenat,"k,mogrt se promatrati samo dvijevelidine, a to su otpor R i struja I u fazi,,S". Ako je

I(S)>I(R,T)

66

85

imamo tzv. neuravnoteZen teret ili kvar samog uredaja.U drugom sludaju, ako je otporR veii od otpora ufaza-ma..R" i ..T". moZe se zapisati

R(S)>RiR,r)moZe se pretpostaviti da je veza popustila pa je nastaopoveiani prijelazni otpor. Prijelazni otpor moZe bitiuzrokovan oksidacijom ili korozijom ili lo5im spojem.U svakom sludaju, treba hitno popraviti stezaljku ,,S"faze ili sam uredaj jer 6e se na taj nadin preduhitritimoguie teZe havarije.

Gore izloLeno jedno je od osnovnih obiljeZja u indu-strij skoj primjeni odrLavanjaelektroenergetskih uredaj a

i postrojenja. Moguinost oditanja promjene temperaturefaze ,,5" (u ovom sludaju) u odnosu nafaze,,R" i ,,T" jeAf = 0,1 oC, Sto zna(i da se vei u ranoj fazi nastajanjanekog kvara mogu sprijediti veii problemi.

5.3 Primjena infracvene termogrffie u lnboratorijuEx-Agenci.ie

U laboratoriju Ex-Agencije (Exlab) provode seistraZivanja na ispitnom modelu koji je izraden kako bisimulirao rad rotacijskog stroja. Na ispitnom modeluprovodi se niz istraZivanja lei.ajeva na kojima se, kaojednom od kritidnih elemenata rotacijskih strojeva, poja-vljuju uzrodnici paljenja (vruia povr5ina s visokom

Slika 4. Povi5eno zagijavanje elektridnil komponenata

Ex-Bilten 2008. Vol 37,br. 1-2

Slika 5. IC snimka i fotografija (dijela) ispitnog modela rotacijskoga stroja

temperaturom, =223,1 'C) slika 5. Cilj je istraZivanja

stjecanje novih saznanja vezanih zanastanak vruiihpovr5ina kod rotacijskih strojeva s kotrljajnim kuglidnimleLajevima (npr. kod elektromotora, ventilatora, crpki isl.).

5.4 Procjena stanja rotacijskog uredaia

Za svako uodeno ,,toplo" mjesto izmjerena se tempera-

tura usporeduje s temperaturom tzv. ,,referentnoga"mjesta. U odabiru referentnoga mjesta treba biti vrlooptezanjer je bitno da je Sto slidnije ,,toplom" mjestu.

Kao kriterij za utvrdivanje stanja ,jeLine kvara" opreme

nakojojje uodeno zagrijavanle, odnosno stupanj hitno-sti potrebne intervencije,trzimase upravo A0, tempera-

tttma razlika izmedu uodena ,,toploga" mjesta i ,,refe-rentnoga" mjesta. Procjena stupnja hitnosti intervencijetreba takoder uzetiu obzir naponsku razint opreme kojase kontrolira te pogonsko optereienje u trenutku ispiti-vania (tablica 4.).

Tablica 4. Procjena stanja elektridne opreme

Ex-Bilten 2008. Vol 37,br.l-2

(61-68)

Osim lo5ih spojeva elektridni sustavi trpe povi5enu tem-

peraturu i uslijed nepravilno rasporedena optereienja,oksidacije, korozije te prijelazna otpora. Termografijomse ove pojave mogu lako detektirati, moZe se utvrdititeLina problema, te se analizom moZe definirati rok u

kojem je potrebno provesti korektivne aktivnosti na

neispravnoj opremi (tablica 4.). Jedna je od mnogihprednosti termografije sposobnost obavljanja pregleda

dok su elektridni sustavi pod optereienjem. S obziromda je infracrvena termografija dijagnostidka metoda bez

kontakta, termografist moZe skenirati pojedini dio opre-

me iz sigurne udaljenosti, napustiti podrudje opasnosti ivratiti se u svoj ured na analint pohranjenih podataka

bez izlaganla opasnosti. Udinkovitost strujne mreircopada prije no Sto dode do kvara pa se energija tro5i na

stvaranje topline 5to rezultira nepotrebnim gubicima.Potencij alni kvarovi visokonaponskih instalacij a (oksi-

dacija, pregrijavanje, neispravno udvr5ienje) koje se

provjeravaju infracrvenim kamerama ukljuduju i VNelektromotore.

5. Zavr5ni osvrt

Pojava zagrljavarya opreme u mnogim sludajevimaukazuje na pojavu kvara. Medutim postoje i sludajevi

kod kojih se vruie povr5ine pojavljuju u normalnomradu, kao npr. plinskih turbina, turbopuhala kod plinskihmotora, vrelovoda, parovoda, visokonaponske elektroe-

nergetske opreme i sl.

Kako bi se osigurala neprekidnost i operativnost pogona,

kao i sigurnost od paljenja eksplozivne atmosfere, mno-

ge su se industrijske grane odludile na izradu programa

preventivna odri.avanja predviclanjem. Jedan je od

696 C

U redu. Toplinskoispitivanje ponoviti

za 6-12 mieseci00c<t<5"c

DrZati pod kontrolomi Sto oriie intervenirati

5'C<0<10'C

lntervenirati kod prvog10'c<0<35'C

67

naj dragocj enih dij agnostidkih alata u programima zapredvidanje je infracrvena termografija.

Brtli grttukt

23Brq go'dt{th lC prsglsds

Slika 6. Broj grelaka u ovisnosfi o udestalosti pregleda lC-termografijom

Termografskim se uredajima mogu vrlo dobro pratitistanja elemenata za prijenos elektridne energUe, rota-cijskih strojeva, stanja izolaclje i dr. Dijagnostidkoispitivanje u tehnidkom nadgledanju prostora ugroZeniheksplozivnom atmosferom ima zadatakosigurati sigur-nost i radno stanje opreme. Prezentirana dijagnostidkametoda, infracrvena termografija, primjenjiva je naelektridnoj i neelektridnoj (strojnoj) opremi. Moguinostbeskontaktnoga i daljinskoga snimanja ukupna tempe-raturnoga polja povr5ine promatrana objekta daje velikepreilnosti u odnosu na nekada5nje klasidne analize kodtehnidkog nadgledanja. Vrlo je vaZno prilikom tehnidkognadgledanja dijagnostidkim ispitivanjima pristupiti vrlo

(61-68)

odgovorno jer o njima neposredno ovisi sigurnost po-strojenja. Analize pokazuju da uvodenje suvremenihprincipa termografskih mjerenja u industriji, omoguiujeznatno smanjivanje gre5aka koje nesumljivo mogu do-vesti do kvarovao a s njima povezanih i uzrodnika paljenja(slika 6.).

Na kraju vaZno je napomenuti da suvremeno koncipira-ni sustavi odrLavaila zahtijevaju da termografska mje-renja mogu provoditi kvalificirane osoba koje morajubiti certificirane sukladno zahtjevim a za nerazorrre me-tode ispitivanja. Na taj se nadin osigurava korektna iusporediva interpretacija termografskih mjerenja.

Literatura

[1] Petrovii K., Petrovii K., Metoda infracrvene ter-mografije novi pristup odrZavanju, OdrZavanje i ek-sploatacija 4 (I) 19-23,2000

[2] Andrassy M., Boras, I., Svaii, S., Osnove termo-grafije s primjenom kigen, srpanj 2008.

[3] Rumbak, S., Bratko, S., Dijagnostidka ispitivanja uprostorima ugroZenim eksplozivnom atmosferom, Ex-Bilten I/2007.

Adresa autora:

Dnsc. Slavko Rumbak, dipl.ing.Ex-AgencijaBaitijanova bb, Zagrebs. rumb ak@ e x- a ge nc ij a. hr

68 Ex-Bilten 2008. Vo1 37,br. l-2