Termografia

TERMOGRAFIA INFRAROJA

¿Qué es la energía infrarroja?

• La energía infrarroja es parte del espectro electromagnético y se comporta de forma similar a la luz visible.

• Viaja por el espacio a la velocidad de la luz y puede ser reflejada, refractada, absorbida y emitida.

• La longitud de onda de la energía infrarroja se encuentra entre 0.7 y 1000 µm (1 mm).

• Otras formas comunes de radiación electromagnética incluyen ondas de radio, ultravioletas y rayos X.

Espectro electromagnético

Temperatura

La temperatura puede definirse como el promedio de energía (cinética) de las partículas (átomos / moléculas) de un sistema.

Para un sólido, esta energía se encuentra en las vibraciones de sus átomos con respecto a sus posiciones de equilibrio.

En un gas monoatómico, la energía se encuentra en los movimientos traslacionales de las partículas. En los gases moleculares deben tomarse en cuenta los movimientos por vibración y rotación.

Leyes de la termodinámica

• Ley cero (equilibrio térmico):

– Si dos sistemas termodinámicos están, por separado, en equilibrio térmico con un tercero, también están en equilibrio térmico entre ellos.

– En cuerpos a distinta temperatura, el calor fluye del cuerpo caliente al cuerpo frío.

• Primera ley (conservación de la energía):

– El cambio en la energía interna de un sistema termodinámico cerrado es igual a la suma de la energía calorífica proporcionada al sistema y el trabajo hecho sobre el sistema.

• Segunda ley (entropía):

– La entropía total de cualquier sistema termodinámico aislado tiende a incrementar con respecto al tiempo, acercándose a un valor máximo.

• Tercera ley (cero absoluto de temperatura):

– En la medida en que un sistema se acerque asintóticamente al cero absoluto de temperatura, todos los procesos virtualmente cesan y la entropía del sistema se acerca asintóticamente a un valor mínimo.

– La entropía de todos los sistemas y todos los estados de un sistema es cero en el cero absoluto de temperatura.

Leyes de la termografía infrarroja

• Primera ley:

– Los instrumentos infrarrojos captan la radiación infrarroja de la primera milésima de pulgada de la superficie de la mayoría de sólidos y líquidos.

– Estos no miden o ven temperatura.

– Estos no ven a través de la mayoría de sólidos y líquidos.

• Segunda ley:

– Sin fuerza de impulso no hay resultados (se requieren equipos trabajando al menos al 50% de la carga normal).

– No importa cual sea la aplicación, debe haber algún tipo de fuerza de impulso para producir una energía radiada en la superficie del objeto.

Radiación IR

• Emitida: Por el propio objeto

• Reflejada: Por la superficie del objeto

• Transmitida: Atraviesa al objeto, proviene de otros cuerpos

• Total = E + R + T

• Interesa medir la radiación emitida

Cuerpos: negro, gris y real

• Un cuerpo negro es aquel que tiene una emisividad de 1 (no refleja ni transmite energía infrarroja)

• Un cuerpo gris tiene una emisividad menor a 1, que es constante sobre las longitudes de onda

• Un cuerpo real tiene una emisividad que varía con la longitud de onda

Ley de Stefan – Boltzmann

La energía total radiada por unidad de superficie de un cuerpo negro por unidad de tiempo, j*, es directamente proporcional a la cuarta potencia de la temperatura termodinámica T del cuerpo negro.

j* = sT4

En el caso más general de un cuerpo gris con emisividad e:

j* = esT4

Donde s es la constante de Stefan – Boltzmann:

Ley de Wien

Donde:

I(v,T): cantidad de energía por unidad de superficie por unidad de

tiempo por unidad de ángulo sólido por unidad de frecuencia

emitida a la frecuencia v

T: temperatura del cuerpo negro

h: constante de Planck

c: velocidad de la luz

k: constante de Boltzmann

Ley de desplazamiento de Wien

Establece que la curva de un cuerpo negro para cualquier temperatura está determinada de forma única por la curva del cuerpo negro en cualquier otra temperatura, desplazando la longitud de onda.

Curvas de Planck

IFOV / IMFOV

El IFOV lo proporciona el fabricante o puede calcularse dividiendo la apertura angular entre el número de pixeles de una cámara.

Para la Flir InfraCAM SD, apertura=23°, pixeles=120

(23° * 0.01745) / 120 = 0.003345 = 3.345 mrad = IFOV

IMFOV = 4 IFOV = 4 * 0.003345 = 0.01338 = 13.38 mrad

Para poder medir la temperatura de un objeto, debe considerarse:

Tamaño del objeto a medir = IMFOV * Distancia

A una distancia de un metro, un objeto debe tener un tamaño de:

(0.01338)(1 m) = 0.01338 m = 1.338 cm

El IFOV permite calcular la distancia a la que se puede ver un objeto.

El IMFOV permite calcular la distancia a la que se puede medir la temperatura de un objeto.

Fórmulas:

Para ver: Tamaño Objeto = Distancia * IFOV

Para medir: Tamaño Objeto = Distancia * IMFOV

IMFOV = 4 * IFOV

Ventanas infrarrojas

Una ventana infrarroja permite tener una línea de visión directa para inspeccionar gabinetes eléctricos y otros sistemas sin tener que abrir las cubiertas. Algunos tamaños comunes de ventanas infrarrojas son 2, 3 y 4 pulgadas, aptas para el trabajo con cualquier cámara termográfica, y construidas para trabajar con equipos de baja, media y alta tensión.

Las ventanas ayudan a cumplir con la NFPA 70e.

Algunos materiales que permiten la transmisión de la radiación infrarroja son:

 Germanio

 Zafiro

 Fluoruro de Calcio

 Seleniuro de Zinc

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