La importancia de la Emisividad en la Termografía Infrarroja
Una fábrica típica está llena de equipos los cuales requieren de inspección periódica con tecnología infrarroja. El reto, como lo sabrá un ingeniero de mantenimiento y/o profesional termógrafo, es obtener una indicación exacta de la salud del equipo. Compensar correctamente todos los valores de Emisividad que uno encuentra en la fabrica es posiblemente el factor más critico en cuanto a inspecciones infrarrojas exactas y significativas. Hasta pequeños errores en la compensación de Emisividad pueden causar errores significativos en cálculos de temperatura y cambios de temperatura (ΔT). Los gabinetes eléctricos son buenos ejemplos ya que pueden contener materiales con la Emisividad entre 0.07 a 0.95.
La ciencia de la termografía infrarroja
El espectro electromagnético es un conjunto continuo de rayos cósmicos, rayos gama, rayos X, luz ultravioleta, luz visible, radiación infrarroja, microondas y ondas de radio. La luz infrarroja ocupa esa porción del espectro entre 0.75 μm (micras) y 1000 μm en longitud de onda, empezando un poco mas allá de lo que el ojo humano puede ver.
Todos los objetos sobre cero absoluto emiten radiación infrarroja. Cuando se calienta un objeto, la intensidad de la radiación emitida aumenta exponencialmente (Ley de Stephan-Boltzmann) y el pico de la radiación cambia a ondas de longitudes mas cortas (Ley de Planck), eventualmente moviéndose al espectro visible. Por esta misma razón es que un quemador tiene una iluminación roja (“incandescente”) después de llegar a los 500°C (923 °F).
La Ley de Kirchoff
Una extensión de la Ley de Kirchhoff nos dice que la suma de la radiación dejando la superficie de un objeto es igual a uno: expresado como Vatios Emitidos + Vatios Transmitidos + Vatios reflejados = 1 (ε+τ+ρ = 1). Entonces, podemos entender que, existen tres tipos de radiación infrarroja:
- Energía emitida por el objeto,
- Transmitida a través del objeto desde una fuente la cual está detrás,
- Reflejada desde otra fuente.
Además, un emisor perfecto se conoce como un cuerpo negro. Un cuerpo negro emite 100% de la energía cual absorbe. Por definición, como no existe reflexión ni transmisión, un cuerpo negro tiene 1 como el valor de Emisividad. Para objetos reales la Emisividad se expresa como la razón de la energía radiante emitida por ese objeto, dividida por la energía que un cuerpo negro emite a la misma temperatura.
Las siguientes imágenes, muestran claramente la diferencia entre la temperatura actual y la temperatura aparente. Es el mismo sartén: la primera imagen es el lado recubierto de teflón y la segunda imagen es el lado de acero inoxidable que aparenta estar más frío porque refleja las temperaturas frescas en el fondo.
El siguiente gráfico muestra cómo las temperaturas calculadas pueden ser adversamente afectadas cuando la Emisividad del sistema de imágenes está ajustado demasiado alto. En este ejemplo, la emisividad del objetivo es 0.50. Entonces, el gráfico muestra la temperatura aparente cuando la emisividad del sistema de imágenes es reducida desde 1.0 a 0.5. Cuando se compensa por la emisividad correctamente, la temperatura actual se muestra como 12.2° mas alta.
Estandarización de Emisividad
Para algunos componentes, puede ser difícil determinar el valor correcto de la emisividad. En el caso de un componente con brillo como una barra colectora (bus bar), la emisividad real puede ser tan baja que la medida de temperatura sería impráctica. Se recomienda ampliamente que los termógrafos entiendan la superficie de los objetivos primarios. Después de su identificación, estas superficies deben ser tratadas con una cubierta de alta emisividad para que todos los objetos tengan una emisividad cual ha sido estandarizada. Los termógrafos pueden aplicar cinta eléctrica, pintura de alta temperatura, o etiquetas adhesivas de alta emisividad (como las etiquetas adhesivas IR-ID de IRISS).
Cuando todos los objetivos tienen una emisividad estándar, los problemas de reflexión son disminuidos y los errores de medidas de la energía ambiental reflejada también son notablemente reducidos. Los objetivos de alta emisividad de varias formas también pueden proveer un buen punto de referencia para el termógrafo y el técnico de reparos.
Resumen de la emisividad en la termografía infrarroja
- La emisividad es unas de las variables mas importantes que los ingenieros de mantenimiento y/o termógrafos deben de entender.
- Cuando es posible, se debe saber la emisividad del objetivo y compensar por ella usando el valor de emisividad en la cámara.
- Los valores incorrectos de emisividad pueden tener un efecto significativo en la exactitud de información cualitativa y cuantitativa (termogramas y cálculos de temperatura).
- Usando un valor de emisividad más alto de la emisividad real del objetivo resultará en fallos eléctricos mostrándose con temperaturas más bajas que las temperaturas reales.
- Los errores de emisividad no son lineales, pero exponencial por naturaleza (Ley de Stephan- Boltzmann). La naturaleza exponencial del error también indica que ΔT (cambio en temperatura) puede ser extremadamente afectado por este error.
- Cuando se instalan ventabas IR es importante estandarizar la emisividad de los objetivos mientras el equipo esté abierto (y no energizado).
- Algunos tratamientos comunes para las superficies cuales son objetivos son: pintura de parrilla, cinta eléctrica y las etiquetas adhesivas IR-ID de IRISS.
Fuente: 10 Cosas a saber sobre ventanas infrarrojas. IRISS Inc.
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- ¿Ya habías hecho inspecciones con termografía?
- Antes de que leyeras el artículo, ¿habías recibido algún informe de termografía con Emisividad = 1?
- ¿Cuándo fue la última vez que le realizaste mantenimiento con termografía a tu tableros eléctricos, motores, transformadores?
¡Te leemos!
