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Termografía básica
Nociones básicas
Termografía
Hola!
Las cámaras termográficas se usan para hacer visible el calor radiante, proporcionando al usuario un nuevo campo dentro de la tecnología de medición. Este módulo de aprendizaje contiene la materia fundamental dentro del área específica de la termografía; aprenderá el principio de funcionamiento de una cámara termográfica y cuales son las características especiales a tener en cuenta cuande se mide con una.
Inicie el capítulo con la flecha de abajo a la derecha.
¡Diviértase!
Radiación infrarroja
Historia de la radiación infrraroja
Hasta los inicios del siglo XVII, se pensaba que los colores eran simplemente mezclas de luz y oscuridad.
Pero en 1672, Sir Isaac Newton hizo un descubrimiento revolucionario.
Cuando dirigió un rayo de sol a través de un prisma hacia una pantalla, fue capaz de observar una banda de luz que contenía los colores violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo.
A partir de este experimento, Newton sacó la conclusión que la luz debía consistir en varios "tipos" diferentes (lo que hoy conocemos como longitudes de onda).
Al inicio del siglo XIX, el astrónomo y técnico experto Germano-Británico Friedrich Wilhelm Herschel llevó los experimentos de Newton a un nivel superior.
Herschel situó termómetros de cristal en cada uno de los colores creados por un prisma, de tal manera que pudo determinar el contenido de calor de cada color individual del espectro.
Herschel observó una tendencia ascendente en la temperatura del azul al rojo, y todavía fue más sorprendente descubrir que la temperatura más allá del color rojo era incluso superior.
Herschel dedujo a partir de esa comprobación que una forma de energía se producía en ese rango y que el sol emitía radiación "invisible" más allá del rango visible. A esta radiación le dió el nombre de "ultrarroja" (conocida hoy como: "Infrarroja ")
Infrarroja: El prefijo "infra" deriva del Latín, significa "inferior, debajo".
En la palabra "infrarroja", el prefijo se refiere a la frecuencia, porque este tipo de radiación tiene una frecuencia inferior (0.3–385 THz) que la luz visible por el ojo humano (385–750 THz).
Infrarroja = por debajo del rango de luz visible.
El antónimo de "infra" es "ultra" (Lat. "mas allá de", indicación de exceso).
La frecuencia de la radiación ultravioleta, por ejemplo, está por encima de la luz visible.
La denominación acuñada por Herschel's "ultrarroja" apenas se usa hoy en día puesto que resulta
incomprensible en los términos actuales.
Herschel usó "ultrarroja" para definir el rango que simplemente está "más allá" de la luz roja visible por el ojo humano.
Radiación infrarroja (2)
Historia de la radiación infrarroja
Tras el descubrimiento por Herschel de la radiación infrarroja in 1859, los científicos Alemanes Robert Bunsen (químico) y Gustav Kirchhoff (físico) iniciaron las investigaciones sobre espectroscopía.
Concluyeron que varios elementos químicos modifican el color de una llama de gas de una forma característica.
Sus investigaciones también originaron la formulación de la conocida ley de radiación de Kirchhoff.
Esta ley expone que cada tipo de materia emite energia continuamente, visible o invisible según la temperatura de la materia.
Kirchhoff también concluyó que la energía radiante que absorbe y emite un cuerpo real está en equilibrio, por lo que un cuerpo siempre emite la cantidad precisa de calor que absorbe.
En 1860 Kirchhoff acuñó el término "cuerpo negro", un cuerpo que absorbe y emite toda la radiación a la que está expuesto.
En 1865, el físico Escocés James C. Maxwell fué el primero en teorizar que la luz (y por consiguiente la
térmica y otras formas de radiación) está compuesta de ondas electromagnéticas.
Su teoría se confirmó experimentalmente por el físico Alemán Heinrich Rudolf Hertz en 1884.
Por medio del "oscilador de Hertz" demostró por primera vez la existencia de ondas electromagnéticas.
Espectroscopía: La espectroscopía investiga las longitudes de onda en las que un objeto puede recibir (absorber) o emitir (repeler) la mayor cantidad de energía en forma de ondas electromagnéticas o luz.
De esta forma se estudia la interactividad entre luz (ondas electromagnéticas) y materia.
Por ejemplo, el color del brillo de un trozo de hierro sirve como indicativo de su temperatura: a mayor incandescencia, mayor temperatura.
No obstante, la espectroscopía no se limita a la luz visible; también estudia los infrarrojos, los rayos UV y los rayos X.
Radiación infrarroja (3)
Historia de la radiación infrarroja
Los físicos austríacos Josef Stefan y Ludwig Boltzmann ampliaron la teoría de Gustav Kirchhoff en 1884 e ilustraron los logros de su investigación en la ley Stefan-Boltzmann.
La ley establece que el total de la energía térmica emitida por un cuerpo negro depende de la temperatura intrínseca del mismo.
Pero el avance que condujo al conocimiento actual de la radiación electromagnética lo descubrió el físico alemán Max Planck en 1900.
El postulado de la ley de radiación de Planck se considera como el nacimiento de la física cuántica y todavía sirve como base física para la termografía.
La ley define la distribución de la intensidad de la energía electromagnética emitida por un cuerpo negro como la función entre temperatura, longitud de onda y frecuencia.
Radiación infrarroja en el espectro de ondas
El espectro electromagnético
En términos físicos, las ondas electromagnéticas son oscilaciones que se propagan en campos eléctricos y magnéticos.
La onda electromagnética más corta es la radiación cósmica, cuya longitud de onda es aprox. 10-15 m.
A partir de ahí, el espectro electromagnético se extiende en todo el rango hacia corrientes de baja frecuencia con longitudes de onda de hasta 107 m.
Ejemplo de radiación microondas:
¿Conoce de qué forma funciona un horno microondas y porqué se le llama así?
Respuesta: Nos referimos a este tipo de horno como microondas porque el alimento se calienta mediante ese tipo de radiación.
El contenido en agua del alimento se estimula gracias a la longitud de onda y frecuencia de dicha radiación.
El calor que se produce responde a un calentamiento por fricción como resultado de la reorientación constante de las moléculas de agua en el campo alternante eléctrico del horno.
La longitud de onda de la radiación microondas se situa entre 1 mm y 1 m y por tanto es mucho mayor que la radiación infrarroja.
Radiación infrarroja en el espectro de ondas (2)
La radiación infrarroja en el espectro electromagnético
El diagrama ilustra el espectro electromagnético.
No deja de ser sorprendente que la luz visible por el ojo humano sea tan solo una minúscula parte de la totalidad del espectro de ondas.
El rango de radiación infrarroja sigue inmediatamente a continuación de la luz roja y ocupa el rango de 780 nm a 1 mm dentro del espectro electromagnético.
Para el campo de la tecnología de medición, la radiación infrarroja se puede subdividir en otros tres rangos:
1. SIR (short infrared [infrarrojo corto], 780 nm - 3 µm),2. MIR (middle infrared [infrarrojo medio], 3 - 5 µm) y3. FIR (far infrared [infrarrojo lejano], 5 µm –1 mm).
En relación a la tecnología de medición por infrarrojos, el rango más significativo es el de 5-20 µm (FIR).
Percepción de la radiación electromagnética
El ojo humano solo es capaz de percibir un rango limitado de todo el espectro electromagnético.La luz visible para el ser humano se encuentra en el rango de longitud de onda de 380 – 780 nm, que comprende desde el color púrpura, pasando por el azul, el verde, el amarillo, y llega hasta el rojo.
El ojo no puede percibir la radiación en el resto de longitudes de onda, pero si que podemos detectar sus efectos: la radiación UV nos puede quemar la piel. Los humanos detectamos la radiación infrarroja en forma de calor que incide en la piel.
Si pudiéramos ver el mundo a través de los ojos compuestos de una abeja nos parecería completamente diferente. A diferencia de los humanos, las abejas perciben la radiación electromagnética en un rango de longitud de onda mucho más corto. Las abejas perciben la luz desde unos 300 nm (radiación UV) hasta 650 nm (amarillo).
Por consiguiente, una abeja no puede ver el atractivo color de una amapola, aunque si que es capaz de percibirla en el rango ultravioleta. El ojo de la abeja, al estar adaptado a la radiación UV, puede percibir incluso las vetas de nectar en las flores.
En cambio, una cámara termográfica restringe su percepción al rango de longitud de onda de la radiación infrarroja.
La cámara normalmente "ve" dentro del rango de 8-14 µm y reproduce la información que registra como una falsa imagen de color para hacerla visible al ojo humano.
Ejercicio: Frecuencias
En este capítulo hemos tratado el espectro electromagnético.
Si lo ha aprendido bien, ¡Este ejercicio debería ser un juego de niños!
Emisión, reflexión y transmisión
La radiación infrarroja detectada por una cámara termográfica la emiten los objetos presentes en el ángulo de visión de la misma. Cada objeto tiene unas características específicas que pueden influenciar en varios grados la medición de la temperatura por infrarrojos.
Entre los factores que ejercen la mayor influencia se incluyen la emisión, la reflexión y la transmisión.
La emisividad (e) es la medida de la capacidad de un material de emitir radiación infrarroja. Depende de las propiedades de la superficie, el material y en el caso de ciertos objetos, de la temperatura de los mismos.
La reflexión (p) es la medida de la capacidad de un material de reflejar la radiación infrarroja. Depende de las propiedades de la superficie, la temperatura y el tipo del material. En general las superficies lisas y brillantes reflejan de forma más intensa que las rugosas y mate del mismo material.
La transmitancia (t) es la medida de la capacidad de un material de transmitir (ser permeable a) la radiación infrarroja. Depende del tipo y grosor del material.
Muchos materiales no son transmisivos, es decir, permeables a la radiación infrarroja de onda larga.
Ley de radiación de Kirchhoff
Todo cuerpo con una temperatura por encima del cero absoluto (-273.15 °C) emite calor radiante (radiación infrarroja).
La ley de radiación de Kirchhoff postula que la radiación recibida (absorbida) y la repelida (emitida) por un cuerpo real están en equilibrio térmico, o dicho de otro modo, un cuerpo siempre emite exactamente la misma cantidad de calor que la que recibe. A partir de esta teoría podemos deducir que:
? = ?
Por lo que teóricamente un cuerpo puede absorber y repeler el 100 % de la radiación a la que está expuesto. Este hipotético cuerpo ideal fue descrito por Kirchhoff comoEn este caso:
? = ? =1
Al contrario que con el cuerpo negro ideal, para los siempre es e < 1, porque cuando se trata de cuerpos reales hay que tener en cuenta otras características: la reflexión y la transmisión. Por lo tanto, en estos casos se aplica lo siguiente
? + ? + ? = 1
Cuerpo negro:
Cuerpos reales:
Significado de ?, ? & ? en la termografía
Significado de ?, ? & ? en la termografía. Tal y como explicamos en el capítulo anterior, la radiación infrarroja detectada por una cámara termográfica se describe mediante la fórmula ? + ? + ? = 1.No obstante, tan solo unos pocos materiales son permeables (capaces de transmitir) radiación infrarroja de onda larga, por lo que la fórmula se puede simplificar a? + ? = 1.
En termografía, esto significa:
> En objetos con una elevada emisividad (e = 0.8):
La temperatura es fácilmente medible con una cámara termográfica.
> En objetos con una emisividad media (0.8 > e > 0.6):
La temperatura es fácilmente medible con una cámara termográfica.
> En objetos con una emisividad baja (e = 0.6):
Se puede medir la temperatura con una cámara termográfia, pero los resultados se deben examinar detenidamente.Es fudamental establecer la temperatura reflejada en la cámara de forma correcta porque este factor influye considerablemente en el cálculo de la temperatura.
Ejercicio "Significado de ?, ? y ? en termografía"
Características de la radiación de los cuerpos
En la realidad no existe nada similar a la definición de "cuerpo negro" postulada en la ley de radiación de Kirchhoff.
No obstante, con la ayuda de tecnología avanzada se pueden recrear fuentes de radiación muy parecidas a las propiedades ideales de un "cuerpo negro". Estas fuentes de radiación se usan, p.ej. para el ajuste de sensores infrarrojos.
Lo opuesto a un "cuerpo negro" sería un "cuerpo blanco", concepto teórico de igual manera, puesto que un "cuerpo blanco" reflejaría cualquier radiación que le afectara.
El comportamiento de todos los cuerpos reales se posiciona entre estos dos conceptos teóricos extremos.
Muchos de los objetos (cuerpos) que nos rodean son "cuerpos grises". Su superficie solo absorbe o emite parte de la radiación que les llega. Además, una parte de la radiación se refleja, y en casos aislados esta radiación también se transmite.
De forma adicional, ciertos materiales reaccionan de maneras diferentes según su temperatura. A estos cuerpos se les llama cuerpos coloreados".
Ventanas atmosféricas
La atmósfera está compuesta de una mezcla de gases que absorbe y dispersa una gran proporción de la radiación del total del espectro electromagnético.
Por ejemplo, la capa de ozono absorbe la radiación de onda corta y muy rica en energía UV casi por completo, protegiéndonos, p.ej. contra las quemaduras del sol y el cáncer de piel.
No obstante, la atmósfera es permeable a ciertas longitudes de onda, conocidas como "ventanas atmosféricas". Por ejemplo, alrededor del 50 % de la luz visible penetra la atmósfera. Sin esta ventana atmosférica, la vida en la tierra tal y como la conocemos no sería posible puesto que sin luz no se produciría la fotosíntesis.
Existen ventanas de este tipo en el rango de longitud de onda de la radiación IR.
El rango FIR (far infrared [infrarrojo lejano]) en particular, de 8 a 14 µm, se muestra ideal para mediciones técnicas puesto que en este rango hay una transmisividad atmosférica muy elevada y constante.
Así, las mediciones se pueden efectuar a razonablemente largas distancias,por lo que todas las cámaras termográficas trabajan en este rango.
Algunas cámaras operan en el rango MIR (middle infrared [infrarrojo medio]), de 3 a 5 µm. No obstante, si se mide a largas distancias, la atmósfera puede causar una debilitación considerable. En determinadas aplicaciones muy especiales, p.ej. la astronomía, también se usa el rango SIR (short infrared [infrarrojo corto]) de 0.8 a 2.2 µm.
Ventanas atmosféricas (2)
Ventanas atmosféricas – transmisividad atmosférica en varias longitudes de onda
Ejercicio 3
Emisividad
En el capítulo previo hemos aprendido muchas cosas acerca de la emisividad.
Transferencia de calor
"Transferencia de calor" es la denominación genérica de muchos procesos. Este capítulo es una descripción simplificada de los flujos de energía térmica que ocurren en un cuerpo debido a las diferencias de temperatura.
Se distingue sobre todo entre tres tipos de transferencia de calor:
ConducciónConvexiónRadiación
Ver detalles en la siguiente pantalla.
Conducción
La conducción transporta la energía térmica de un lugar a otro.
Esto sucede tanto en líquidos como en sólidos.
En este tipo de transferencia solo fluye la energía pura, nunca partículas.
La energía se transfiere mediante el impacto aleatorio de las partículas mientras en esencia estas permanecen en sus lugares de origen.
Convexión
Igual que la conducción, la convexión también transporta calor.
Pero al contrario que la conducción, donde no hay flujo de partículas, la transferencia de calor por convexión solo se produce si hay un flujo de materia.
Una característica distintiva es que el flujo siempre se produce de una temperatura caliente a una fría.
En realidad, la convexión solo ocurre en gases y líquidos.
La corriente del golfo es un ejemplo clásico de convexión. El agua cálida fluye del Caribe a lo largo de la costa Este de los EE.UU. y luego dirección noroeste atravesando el Atlántico, enfriándose a medida que se desplaza. Esta es una de las razones por las que el peso específico del agua se incrementa y finalmente se desploma entre Irlanda e Islandia. Si este "sistema de calefacción por agua caliente", las temperaturas en Europa serían mucho más bajas; algunos investigadores afirman que Europa estaría tan poco poblada como el centro de Canadá. Otro ejemplo de convexión es una chimenea, por donde asciende el aire caliente hacia donde hay aire más frio.
Radiación
Ya sabemos algo acerca de los diversos tipos de radiación a través del espectro electromagnético.
El calor radiante / la radiación infrarroja son particularmente importantes para la termografía.
Al contrario que con la conducción y la convexión, para transportar calor mediante la radiación infrarroja no se necesitan partículas, por lo que se puede afirmar que toda forma de radiación electromagnética funciona en un vacío.
El ejemplo más sencillo de radiación es el calor que llega a la superficie terrestre desde el sol.
Tal y como sucede con la luz visible, el sol también emite todos los tipos de radiaciones del espectro electromagnético.
Significado para la termografía
Los tres tipos de transferencia de calor descritos anteriormente tienen un significado considerable para la termografía.
La transferencia de calor en forma de radiación representa la base de todas las mediciones termográficas.
Mediante la conducción se pueden detectar, p.ej. bajo la superficie. El calor siempre "fluye" a través de un material hacia el punto más frío, por lo que siempre hay zonas con diferencias de temperatura en la superficie del objeto. Estas zonas se pueden detectar mediante termografías.
La conducción también influye en la capacidad térmica de las sustancias.
El agua tiene una relativamente alta capacidad térmica. lo que significa que las zonas húmedas, p.ej. en
techos planos, se pueden detectar porque el agua retiene el calor por más tiempo que otras sustancias.
Por el contrario, la convexión significa que un muro se enfría o recalienta debido a la circulación de aire, por ejemplo. Otro ejemplo es la determinación de la temperatura de los aislantes en sistemas de alta tensión: el calor pasa al ambiente, usualmente más frío, por lo que la temperatura real del aislante no se puede determinar.
Puentes térmicos: Un puente térmico es lo que también se llama erróneamente puente frío. Describe las áreas de un inmueble en el que el calor se escapa al exterior más rápido que en otras zonas. Un puente térmico ocurre, p.ej., como resultado de un aislamiento defectuoso por el uso de materiales de construcción inadecuados.
Ejercicio 4
Relación entre conceptos de calor
Diseño y funciones
Termografía - ¿Qué es?
La termografía es un método de medición pasivo, sin contacto, en el que la distribución de la temperatura en las superficies se mide con el uso de una cámara termográfica. La cámara termográfica mide la radiación infrarroja de onda larga en el campo de visión y utiliza los resultados para calcular la temperatura del objeto medido.
Estos resultados se plasman en una imagen virtual coloreada (imagen térmica). Así se hace visible la distribución de la temperatura en la superficie del objeto.
Cada píxel de una imagen térmica representa un punto de temperatura en la superficie del objeto medido.El procesamiento de la imagen virtual coloreada considera la emisividad (e ) de la superficie del objeto medido y la temperatura reflejada.Ambas variables se pueden ajustar manualmente en la cámara termográfica.
La termografía es una tecnología de medición de última generación por lo que respecta a la producción de imágenes.
Historia de la cámara termográfica
Después de que Herschel descubriera la radiación infrarroja en el siglo XIX, los primeros logros técnicos alrededor de 1920 posibilitaron la medición de dicha radiación. Pero no fue hasta tiempo despúes cuando la radiación se convirtió de forma automática en temperatura.
Durante la Segunda Guerra Mundial, las propiedades de la radiación infrarroja se usaron principalmente para temas militares con la invención de los misiles guiados por infrarrojos.
Tras la guerra, el desarrollo avanzó rápidamente. La empresa Sueca AGA lanzó al mercado la primera cámara termográfica para propósitos civiles y comerciales en 1960.
Las primeras cámaras eran pesadas, grandes y poco manejables. No fue hasta los 80s cuando aparecieron las primeras cámaras termográficas cómodas y manejables.
Muchos avances técnicos, un progreso importante en el campo de la tecnología informática y la llegada de la era digital en la mitad de los 90s provocaron la rápida evolución de las cámaras.
La posibilidad de adquirir instrumentos de elevadas prestaciones a un precio cada vez más barato permitieron a la termografía acceder a un espectro muy amplio de aplicaciones civiles.
Y no se intuye final a este impresionante progreso.
Componentes de una cámara termográfica
En las próximas pantallas aprenderá mucho más acerca de dos de los componentes más importantes de una cámara termográfica – las lentes y el sensor.
Objetivos
El objetivo de una cámara termográfica es un sistema óptico que incorpora varias lentes individuales. Estas lentes definen el campo de visión en el que la cámara puede detectar la radiación infrarroja. La lente también cumple la misión de hacer llegar la cantidad adecuada de radiación infrarroja al detector (sensor).
Como ya se ha mencionado, el tipo de objetivo determina el campo de visión de la cámara termográfica. En termografía, se distingue habitualmente entre objetivo angular y teleobjetivo.
El objetivo angular de los testo 875 y 881 (32° x 23°), es particularmente adecuado para medir objetos o superficies grandes termográficamente, porque de un solo vistazo se obtiene una imagen bastante amplia.
El teleobjetivo de los testo 875 Y 881, por el contrario, tiene un campo de visión de 9° x 7° y por tanto se centra en una sección pequeña de la imagen.
Los detalles se identifican mucho mejor con un teleobjetivo. Especialmente en termografía edilicia, las imágenes térmicas se pueden tomar incluso a grandes distancias.
Como ocurre con casi todas las cámaras termográficas, las lentes de los testo 875 y 881 están fabricadas en germanio, uno de los pocos materiales que es muy permeable a (capaz de transmitir) la radiación infrarroja. No obstante, este material es muy sensible y se ralla con facilidad, por lo que las lentes se deben tratar con sumo cuidado.
Sensores
La perfección gradual de los sensores también ha contribuido a la actual expansión mundial de la termografía.
La tarea del sensor en una cámara termográfica consiste en convertir la radiación térmica en señales eléctricas. Estas señales se envían a un procesador que crea una falsa imagen visible coloreada a partir
de las mismas.
La tecnología de medición por infrarrojos usa un gran número de sensores con una amplia gama de características, tanto por lo que respecta a su estructura como a la evaluación electrónica de los datos.
Avance a la siguiente pantalla, hay más información acerca de sensores escáner y sensores FPA (focal plane arrays - matrices de plano focal).
Sensores(2)
Tipos de sensores
Al contrario que el chip CCD (charge coupled device - dispositivo de carga acoplada) de una cámara digital, una cámara por escáner solo dispone de un detector individual.
Por tanto, el sensor consiste en un único punto, p.ej. un fotodiodo, y no un área.
En la cámara, un espejo vertical y uno horizontal rotan sobre sus propios ejes, movimiento coodinado de tal manera que cada píxel de la imágen se dirige finalmente hacia el detector individual.
Este detector convierte la radiación recibida en señales eléctricas, que son recreadas en una imágen visual por el resto de la electrónica.
El principal inconveniente de las cámaras por escáner, aparte de tener que refrigerarse frecuentemente con nitrógeno líquido, es que la captura de la imagen supone un período de tiempo relativamente largo.
Debido a que algunas cámaras tardan hasta un segundo en "escanear" el objeto, algunos de estos en movimiento pueden producir distorsiones o imágenes desenfocadas.
La gran ventaja de las cámaras por escáner es su extremadamente elevada exactitud relativa, porque entre cada píxel individual hay diferencias de temperatura muy bajas.
Sensores(3)
Tipos de sensores
Al día de hoy, el sensor más comun entre las cámaras termográficas es el FPA (focal plane array - matriz de plano focal).
La notoriedad de las cámaras con sensores FPA se debe sobre todo a que su exactitud aumenta emulando la exactitud de las cámaras por escáner.
Un FPA tiene una estructura compleja y a menudo exprime la electrónica asociada al límite. Para expresarlo con sencillez, un FPA es un chip de silicio con una fina capa adicional.
Esta capa fina también se conoce como la matriz microbolométrica y se subdivide en filas y columnas, lo que significa que los testo 875 y 881 disponen de 19,200 microceldas (160 x 120 píxeles). Un FPA es una matriz detectora bidimensional y por tanto un sensor de área.
Cada una de las 19,200 microceldas representa un bolómetro independiente; un bolómetro tiene la propiedad de generar una señal eléctrica mediante cambios de resistencia, según el nivel de radiación infrarroja recogida.
Esta señal se envía a la electrónica, donde se crea una imagen virtual coloreada de 160 x 120.
Con un FPA se pueden tomar varias termografías por segundo, lo que supone una tasa de refresco de la imágen de 9 Hz para el testo 875 y 33 Hz para el testo 881.
Otra de las ventajas importantes del FPA es que se puede utilizar sin problemas en temperaturas inferiores a la temperatura ambiente en interiores.
Resolución, NETD, exactitud
Resolución
Resolución es la palabra usada para definir la habilidad del sensor de reproducir ciertos detalles de imagen muy pequeños.
La resolución se indica como el número total de píxels o el número de filas y columnas del FPA.
Las pantallas de los testo 875 y 881 tienen 160 x 120 píxeles, para un total de 19,200 píxeles.
Exactitud
La exactitud indica la cercanía del resultado de la medición al valor verdadero del parámetro.
La exactitud de los testo 875 y 881 es de ±2 °C o ±2 % de la lectura, lo que sea mayor.
Por tanto, si medimos una superficie con una temperatura real de 100 ºC con los testo 875 ó 881, los resultados de medición obtenidos no diferiran en más de 2 °C.
NETD - Sensibilidad térmica
La NETD (noise equivalent temperature difference - diferencia de temperatura equivalente a ruido)
describe la menor diferencia en temperatura entre dos píxeles que la cámara puede medir. La NETD también se conoce como sensibilidad térmica.
A menor NETD, mayor exactitud en las termografías.
La sensibilidad térmica del testo 881 es inferior a 50 mK a una temperatura ambiente de 30 °C.
Marcas de medición y distancia: FOV, IFOV, IFOVmeas
Para obtener una lectura correcta y determinar la distancia de medición apropiada (z), se deben tener en cuenta varios parámetros.
IFOVmeas
IFOVmeas - objeto medible más pequeño - basado en los datos de un teleobjetivo.
IFOVmeas - objeto medible más pequeño – basado en los datos de un teleobjetivo.
El IFOVmeas (measured instantaneous field of view) es la designación del objeto más pequeño cuya temperatura se puede medir de forma precisa con una cámara termográfica. Al IFOVmeas también se le llama marca de medición.
Ejemplo de objeto de medición- La cabeza de 1.3 mm de un alfiler se mide (círculo rojo = objeto visible más pequeño) contra un muro, a una distancia de 1 m.Caso realLa cabeza del alfiler solo llena parte del píxel / bolómetro del detector. Consecuentemente, la temperatura medida por el bolómetro no corresponde ni con la temperatura del alfiler ni con la de la pared.El bolómetro solo hace un cálculo del promedio de los dos valores.Caso idealEl objeto medido cubre caso por completo un píxel entero del detector. La temperatura medida por el bolómetro está muy cercana a la temperatura verdadera de la cabeza del alfiler.
Regla general: IFOVmeas = 3 x IFOVSólo si un objeto es tres veces mayor que el tamaño del objeto visible más pequeño un píxel del detector queda cubierto por completo. En este píxel se detecta la temperatura verdadera del objeto medido.
IFOV
IFOV (instantaneous field of view) – objeto detectable más pequeño
El IFOV (instantaneous field of view), también conocido como IFOVgeo (resolución geométrica), es la medida de la habilidad del detector de resolver detalles en conjunción con el objetivo.
La resolución geométrica se representa en mrad y define el objeto más pequeño que se puede representar en la imagen del visualizador, según la distancia de medición. En la termografía, el tamaño de este objeto corresponde a un pixel.El valor representado en mrad corresponde al tamaño del punto visible [mm] de un píxel a una distancia de 1m.
IFOV - illustrado según el teleobjetivo del testo 875-881
FOV
FOV – field of view (campo de visión)
El campo de visión de la cámara termográfica describe el area representada y localizada por el detector.
La cantidad se expresa en ángulos, independientemente de la distancia. El campo de visión depende del objetivo usado.
En la práctica, un ángulo amplio – o sea, usando un objetivo gran angular – es importante si se quiere obtener un campo de visión amplio.
Por el contrario, un teleobjetivo dispone de un ángulo más estrecho y visualiza un área mucho más reducida, por lo que el FOV es más pequeño.
Las cámaras termográficas testo 875 y 881
Sensibilidad térmica < 0.1°CFácil control mediante joystickAmplio visualizadorExcelente calidad de imágenHasta 9 paletas de coloresMenú intuitivoGestión de situaciones de mediciónDistancia mínima de enfoque 10 cmCambio fácil de los objetivosCámara digital integrada (según versión)Lentes de germanio F1 de alta calidadEnfoque dinámicoFiltro protector de lenteViseraVisualización del riesgo de condensaciónAutodetección del punto frío/calienteFunda de protección Soft-CaseSoftware profesional IRSoft
Medición
Rango de medición
El rango de medición de una cámara termográfica indica las temperaturas de los objetos que puede llegar a medir. Fuera del rango establecido, normalmente no se puede asegurar la exactitud de las lecturas. Testo 875 tiene un rango de medición de -20ºC a +280ºC y testo 881 un rango de -20ºC a +350ºC. Para su óptima utilización, el rango de medición de las cámaras se ha dividido en dos rangos más, de -20 °C a +100 °C y de 0 °C a +350 °C (+280 ºC para testo 875).
Escala
Las temperaturas medidas en una termografía se emparejan con los colores de la escala. La función de auto escalado de los testo 875 y 881 posibilita la adecuación automática de la escala a los valores actuales.
El valor de temperatura medido más bajo y más alto se ajustan como los valores límite de la escala, que se actualiza constantemente. De este modo, la imagen que se obtiene en tiempo real con los testo 875 y 881 está en constante modificación para mostrar siempre la imagen virtual coloreada más óptima. No obstante, en determinadas aplicaciones es necesario ajustar la escala manualmente, opción también disponible en los testo 875 y 881. El usuario puede ajustar tanto el límite inferior como el límite superior de la escala de forma que solo se muestren en el visualizador las temperaturas entre ambos límites y se vean mucho mejor los detalles de los objetos medidos. En cierto modo, es un método para obviar zonas u objetos irrelevantes para la medición. En las ilustraciones del ejemplo de la derecha la escala se ha ajustado manualmente.
En la secuencia de termografías de arriba a abajo el valor límite inferior se ha incremetado gradualmente, por lo que la taza fría no se ve en la termografía inferior. En cambio, la distribución de temperaturas de la superficie de la taza caliente se ve mucho más claramente.
Representación virtual en colores / paletas
Una manera sencilla de convertir la radiación infrarroja detectada en una imagen visual es representarla en varios miles de escalas de grises diferentes.
Imagen en escala de grisesNo obstante, el ojo humano solo puede distinguir varios cientos de escalas de grises frente al millón de colores que distingue. Por este motivo, las imágenes en escala de grises de la cámara se convierten en imágenes en color mediante colores virtuales, lo que facilita al ojo humano distinguir los detalles mucho más fácilmente.
En los testo 875-881 se puede escoger entre 4/9 paletas diferentes según lo requerido, de las cuales dos las vamos a describir en detalle a continuación.
La paleta de hierro es una de las paletas más habituales. Imita una lógica que todos hemos aprendido de jóvenes.
El hierro frio y sólido tiene un color oscuro. Incandescente, es rojo. Cuando se funde, el hierro tiene un color de amarillo a blanco. Por tanto, podemos establecer una regla general: a mayor temperatura, un color más claro. La paleta Hierro está pensada para interpretarse exactamente igual.
Por el contrario, si la prioridad es enfatizar los contrastes, la paleta Arco iris es mucho más adecuada. Los colores en el arco iris están dispuestos de tal manera que a un color oscuro siempre sigue un color claro. Esto le da a la imagen un contraste especialmente intenso.
Parámetros del objeto / superficie de medición
Cuando se realiza una termografía, básicamente siempre se debe medir en un punto del que conozcamos su emisividad.
Prácticamente la totalidad de las sustancias orgánicas, pinturas, recubrimientos, papeles, plásticos, minerales, etc. se pueden medir sin dificultades con una cámara termográfica. La emisividad de todos estos materiales es más o menos del 0.95 y además no depende de la temperatura.
Por el contrario, los metales con superficies pulidas y brillantes o con estructuras cambiantes son más
difíciles de medir.
Normalmente, su emisividad es baja y se ve alterada si la temperatura de los objetos medidos también cambia.
Para poder medir correctamente, es necesario aplicar algún tipo de recubrimiento, como pintura o cinta adhesiva de emsividad.
El color del material no influye notablemente en la radiación infrarroja emitida por el objeto medido. Esta depende solo de la temperatura y no del color de la superficie del objeto.
Consecuentemente, un radiador pintado de blanco emite exactamente la misma cantidad de radiación infrarroja de onda larga que un radiador pintado de negro.
Determinación de la ?
La emisividad describe la capacidad de una superficie para emitir radiación infrarroja. Si ésta no se conoce, no se puede medir correctamente con una cámara termográfica. Para determinar la emisividad de la superfice del objeto medido hay varias formas; a continuación exponemos tres de las más habituales.
Basarse en una tabla de emisividad, pero se debe tener en cuenta que estos valores tan solo sirven como orientación.Medición comparativa con un termómetro de contacto. De esta forma, la temperatura de la superficie del objeto se mide primero con un termómetro de contacto y posteriormente con una cámara termográfica con la emisividad ajustada a uno. La diferencia en temperatura que se obtiene se debe a que el valor de emisividad ajustado en la cámara es demasiado alto (e=1). Por tanto, la emisividad se debe ajustar gradualmente hasta que la temperatura detectada por la cámara corresponda con la del termómetro de contacto.Medición comparativa con la cámara misma. Primero se debe adherir un trozo de cinta adhesiva de
emisividad (e=0.95) al objeto a medir. Ya que conocemos la emisividad de la cinta adhesiva, tras un breve periodo de adaptación podemos medir la temperatura del objeto apuntando a la cinta. Este valor sirve como temperatura de referencia. Entonces debemos ajustar la emisividad hasta que la cámara muestre la misma temperatura en una zona sin cinta que en una zona con la cinta adhesiva.
Determinación de la temperatura de la radiación reflejada
Imaginemos que medimos la temperatura de las paredes de una estancia con una cámara termográfica. En la estancia también hay una chimenea con el fuego encendido. El fuego emite calor radiante en todas direcciones, también hacia la pared que medimos; esta pared refleja el calor radiante,que también llega hasta la cámara.
Por lo tanto, la cámara también detecta no solo el calor radiante que emite la pared, sino también parte de la temperatura del fuego que refleja la pared.
Consecuentemente, esta temperatura reflejada influye en el resultado de la medición. Tal y como ocurre con la emisividad, se debe determinar y ajustar dicha temperatura en la cámara.
La temperatura reflejada tiene una influencia considerable en la medición, sobre todo cuando se miden objetos con una emisividad muy baja.
En muchos casos, la temperatura reflejada es idéntica a la temperatura ambiente. Sin embargo, si hay factores como la chimenea o la radiación celestial fría que interfieren en el lugar de la medición, la temperatura de la radiación reflejada se debe determinar mediante un radiador Lambert.
Radiador Lambert
Un radiador Lambert es un objeto que refleja la radiación incidente con la difusión óptima, es decir, con la misma intensidad en todas direcciones. La temperatura reflejada se puede calcular manualmente por aproximación con la ayuda de un radiador Lambert improvisado, p.ej. una lámina de aluminio arrugada y alisada de nuevo. Esta lámina se situa cerca o idealmente sobre el objeto a medir; a continuación se mide la temperatura de la lámina con la emisividad ajustada a 1 en la cámara. La temperatura medida estará bastante cerca de la temperatura real reflejada por lo que el valor emitido se debe ajustar en la cámara para poder obtener valores de medición correctos
Condiciones ambientales
Para efectuar correctamente una medición con la cámara termográfica se deben tener en cuenta las siguientes condiciones ambientales:
1. Temperatura ambiente:
Como ya se ha comentado, la temperatura ambiente influye en la temperatura reflejada. En muchos casos tan solo hay unos pocos grados Celsius entre la temperatura ambiente y la temperatura reflejada.
2. "Radiación celestial fría difusa" / sol
La radiación infrarroja que llega del cielo raso se conoce coloquialmente como "radiación celestial fría".En días despejados, el objeto a medir normalmente refleja la "radiación celestial fría" y la radiación solar cálida. Teniendo en cuenta el área, el cielo abarca mucho más que el sol, por lo que la temperatura reflejada puede situarse bajo 0 °C.Por lo tanto, un cielo nuboso presenta las condiciones ideales para medir en exteriores, ya que de esta forma no llega la radiación celestial fría.
3. Humedad:
La humedad relativa debe ser baja para prevenir la condensación en el objeto a medir, en el filtro protector de la lente o en la lente misma.
Condiciones ambientales (2)
4. Corrientes de aire:
Una corriente de aire puede afectar el objeto medido puesto que la convección arrastra el calor de un objeto cálido y la transfiere a un objeto frío hasta que las temperaturas del aire y del objeto se han igualado.
5. Polución ambiente:
Algunas materias suspendidas, como el humo, el hollín o el polvo muestran gran emisividad y apenas permiten el paso o la transmisión de la radiación infrarroja. Las partículas mismas de la contaminación emiten rayos caloríficos, también detectados por la cámara. Consecuentemente, la radiación infrarroja del objeto medido solo llega a la cámara parcialmente, ya que se la materia suspendida la absorbe o la dispersa. Esta interferencia puede llegar a ser tan relevante hasta el punto de no permitir efectuar la medición mediante termografía de forma correcta.
6. Luz:
La luz no tiene un impacto significativo en la medición con una cámara termográfica. En principio, también se podrían efectuar mediciones en la oscuridad. No obstante, algunas fuentes de luz emiten radiación infrarroja y por tanto afectan a la temperatura de los objetos. Por tanto, no se deberían efectuar mediciones cerca de una bombilla incandescente. Los LEDs o las luces de neón, por el contrario, no presentan este tipo de problema porque emiten la mayor parte de la energia recibida en forma de luz visible y no como calor radiante.
Fuentes de error (p.ej. reflexión, ...)
Reflexión especular
En termografía es habitual encontrar casos de reflexión especular. Al medir cobre pulido (? = 0.03), p.ej., la reflexión especular visible es un indicador de la altamente reflectante superficie del material, o lo que es lo mismo, de una superficie con baja emisividad.
La reflexión especular también ocurre cuando se mide vidrio (? = 0.94). Cuando una cámara termográfica apunta, p.ej. a un panel de cristal es habitual percibir su propio contorno.
Esto destaca el hecho que altamente especular no siempre significa altamente reflectante, porque la termografía de una pared de arenisca (? = 0.67) no muestra contorno alguno de los objetos reflejados cuando la arenisca tiene una relativamente baja emisividad.
Por tanto, podemos considerar que si la radiación ambiente se refleja especularmente en trazos diáfanos no depende de la emisividad sino de la estructura de la superficie.
Fuentes de error (p.ej. reflexión, ...) (2)
Reflexión de diversas superficies
La radiación siempre se refleja en el mismo ángulo con el que incide en la superficie.
(Ángulo de incidencia = ángulo de reflexión). Si la radiación infrarroja se refleja equitativamente, p.ej. en un cristal, entonces de produce la reflexión especular.
Por el contrario, si los rayos infrarrojos inciden en superficies irregulares (o lo que es lo mismo, zonas de la superficie que forman diferentes ángulos), se reflejan en varias direcciones.
Esta reflexión difusa provoca que no se pueda crear ninguna reflexión especular.
Ejercicio 6
Decida si este enunciado es verdadero o falso...
Aplicaciones típicas
Áreas de aplicación
La termografía es una forma de medición de temperatura sin contacto mediante una técnica de producción de imágenes extermadamente rápida.
Gracias a estas propiedades, resulta adecuada para un gran número de áreas.
Durante los últimos años, se ha estandarizado el uso comercial de las cámaras termográficas.
Hoy en día existen muchas y variadas aplicaciones en las que una cámara termográfica resulta un instrumento especialmente adecuado porque cumple con los requisitos de la medición.
Las principales áreas de aplicación en la vida civil son:
Termografía de la construcción
Las aplicaciones más habituales en el campo de la termografía de la construcción son:
Investigación de la eficiencia energética de los cerramientosComprobaciones previas y posteriores a la rehabilitación de un edificioLocalización de puentes térmicosComprobación de aislamientosDetección de fugas en tuberías de calefacciónLocalización del entramado de tuberías p.ej. en paredes / suelos radiantesEstablecimiento de los daños por humedadValoración del riesgo de condensaciónMonitorización del secado de los materiales de construcciónLocalización de zonas por donde penetra la humedad
Electrotermografía
Las aplicaciones más habituales en el campo de la electrotermografía son:
Comprobación de sistemas de extra bajo voltaje, p.ej. transformadores, relés, terminales y alimentadoresComprobación en sistemas de bajo voltaje, p.ej. resistencias, fusibles o motores eléctricosComprobación en sistemas de alto voltaje, p.ej. cajas de cables, diferenciales, convertidores o aisladoresCuidados y mantenimiento de cuadros eléctricosIdentificación de componentes y conexiones defectuosasCuidados y mantenimiento de líneas y torres de alta tensión o subestacionesMonitorización del calor generado en componentes eléctricos, fusibles o circuitos impresos
Termografía industrial
Las aplicaciones más habituales de la termografía industrial son:
Mantenimiento preventivo de plantas y máquinas mientras están en funcionamientoComprobación en motores, cojinetes, bombas y ejesMonitorización de aislamientos técnicos, p.ej. en tuberías de vapor caliente o hornosComprobación de la temperatura en motores y rodamientosMonitorización del nivel en tanques, depósitos, etc.Comprobaciones en la producción del moldes por inyección de plásticoMonitorización de procesos, p.ej. en la industria siderúrgica
Normativas y certificados
Introducción
Las normativas y directrices más importantes de la termografía se dividen en dos categorías.
Siga el diálogo entre nuestros dos personajes para saber cuáles son esas dos categorías.
Normativas acerca de especificaciones técnicas
Como ya sabemos por el diálogo, las normativas y directrices para la termografía se dividen en dos categorías.
Las siguientes normativas y directrices describen los requisitos acerca de las especificaciones técnicas de las cámaras termográficas:
DIN EN 13187 – Normativa europea sobre el rendimiento térmico de los edificios y la detección de irregularidades térmicas en los cerramientos mediante métodos por infrarrojosDIN 54191 – Normativa alemana sobre la comprobación no destructiva de instalaciones eléctricas mediante comprobaciones por termografía
VdS Requisitos mínimos para cámaras termográficas – El VdS Schadenverhütung GmbH establece estos requisitos mínimos que las cámaras termográficas deben cumplir para asegurar una investigación termográfica efectiva en equipamiento eléctrico.CNPP Especificaciones Técnicas de las Cámaras por Infrarrojos – descripción de los requisitos técnicos mínimos para cámaras termográficas por el French Centre National de Prévention et de Protection (Centro Nacional Francés para la Prevención y Protección)
Normativas acerca de cualificación y certificación
Las siguientes normativas describen las especificaciones para la formación y cualificación de los operarios que trabajan en el campo de la termografía.
DIN EN 473 – Normativa europea sobre comprobaciones no destructivas - Cualificación y certificación de personal relacionado con la NDT (non destructive testing - comprobacionesno destructivas)DIN 54162 – Normativa alemana sobre comprobaciones no destructivas - Cualificación y certificación de personal relacionado con la comprobación mediante termografía - Principios generales y específicos para los niveles 1, 2 y 3ASNT SNT-TC-1A – Normativa americana de la American Society for Nondestructive Testing (Sociedad Americana para las Comprobaciones No Destructivas), sobre las comprobaciones no destructivas, la cualificación y la certificación de personal relacionado con la comprobación mediante termografía.
Ejercicio 7
¿Verdadero o falso?
Por favor decida si el enunciado es verdadero o falso.
Test de conocimientos
Test de conocimientos
Hola!!
Ha finalizado la teoría del módulo "Termografía básica". Las siguientes preguntas ayudarán a discernir cuanto ha aprendido de toda la materia estudiada.El sistema le informará el % de respuestas correctas que ha obtenido al finalizar el test.
¡Suerte!
Test 1
Es su elección!!
En el primer capítulo Vd. aprendió mucho acerca de la radiación infrarroja.
¿Recuerda en qué rango de longitud de onda se produce la radiación infrarroja?
Test 2
¿Qué respondería?
Durante la formación, se explicaron varios conceptos técnicos.
¿Los recuerda?
Test 3
Elija
En el capítulo "Diseño y funciones " aprendió algunas cosas de los sensores .
¿Recuerda sus características?
Test 4
Relacione los conceptos!
Las normativas en termografía se dividen en dos categorías principales: "Normativas sobre especificaciones técnicas " y "Normativas sobre cualificación y certificación".
Relacione las normativas con la categoría a la que pertenecen:
Test 5
¿Cuál es correcta?
Hemos aprendido mucho sobre la emisividad. Responda entonces a la siguiente pregunta:
Test 6
Relacione correctamente lo siguientes enunciados
Tres variables ópticas – tres descripciones. ¿Puede recordar lo que significa cada una?
Test 7
Regreso a los orígenes
Para acabar, proponemos una cuestión fundamental.
¿Por qué podemos percibir y medir la radiación infrarroja en la superficie terrestre?
Evaluación
Hemos llegado al final del módulo. Sin reparar en los resultados del test, Ud. ha adquirido una considerable cantidad de nuevos conocimientos.
Si ha completado el test con éxito, felicitaciones!
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Por información detallada sobre nuestras cámaras termográficas, visite www.testo.com.ar/termografia [2]
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