Control de emisividad para medicion de Termómetros por IR •Intr Introducción oducción al IR •Equipos •Aplicaciones •Factores •Conceptos •Emisividad •Practica
Radiación Infrarroja La radiación infrarroja es una radiación electromagnética con longitudes de onda mayores que la luz visible y menores que las microondas.
La radiación infrarroja es calor radiado, que no puede ser visto por nuestros ojos, pero que puede ser sentido por nuestra piel. Todos los objetos, cualquiera que sea su temperatura emiten radiación infrarroja. La intensidad de la radiación infrarroja depende, de la temperatura y de una propiedad de la superficie de los cuerpos, llamada “emisividad”.
Radiación Infrarroja La radiación infrarroja es una radiación electromagnética con longitudes de onda mayores que la luz visible y menores que las microondas.
La radiación infrarroja es calor radiado, que no puede ser visto por nuestros ojos, pero que puede ser sentido por nuestra piel. Todos los objetos, cualquiera que sea su temperatura emiten radiación infrarroja. La intensidad de la radiación infrarroja depende, de la temperatura y de una propiedad de la superficie de los cuerpos, llamada “emisividad”.
Equipos de mediciones en IR INSTRUMENTOS IR •Termómetros •Termómetros visuales •Cámaras Termográficas
Aplicaciones IR - termómetro IR Procesamiento de alim entos : para muestreo y supervisar la temperatura de alimentos, donde se generan las bacterias, asegurando la calidad de los alimentos en cada fase del proceso de almacenamiento, conservación, elaboración y consumo.
Aplicaciones IR - termómetro IR •
Muestreo: comprobación de varios puntos u objetos, de un lote, desde un mismo punto, ahorrando tiempo y dinero.
•
Refrigeración y c alefacc ión: detección de fugas en canalizaciones de aire acondicionado o calefacción o conductos dañados, eficiencia energética.
•
Vapor: medidas de superficie de tuberías y conducciones de vapor sin aislar, válvulas de vapor, acoplamientos, trampas de vapor, o donde existe peligro para la seguridad.
Aplicaciones IR - termómetro IR •
Elé c tric as : para detectar problemas conexiones eléctricas o localización de puntos calientes
•
Me c án ic as : para detectar problemas de fricción, desgaste, vibraciones
•
Mantenim iento preventivo: mediciones rutinarias, para el análisis de las derivas y fijar ciclos de mantenimiento en: puntos difícilmente, o equipamiento con partes eléctrica o mecánicamente activos, como motores, generadores y rodillos.
Aplicaciones de IR – C. termograficas Equipos y Sistemas Eléctricos Desarollo de Tarjetas para PC (PC board) Motores Eléctricos Equipos de HVAC Procesos Industriales Diagnóstico en Edificios, pérdidas de calor, Tableros electricos Diagnóstico en Edificios humedad en interiores, control de plagas, etc)
Factores que afectan mediciones en IR Entorno •Viento •Otras fuentes de calor
Persona (Calificación) •Formación, capacitación, experiencia •Termodinámica (transferencia de calor, conservación de la energía) • Angulo de la toma
Termometro (Características) •Rango y nivel de temperatura •Emisividad – fija o ajustable •Exactitud, resolución • Resolucion optica
Objeto •Emisividad •Tamaño •Condiciones de funcionamiento
Que mide un termómetro IR?
Modos de Transferencia de Calor Conducción
Flujo de Calor Conductivo:
* Solidos *
Convección
Radiación
Flujo de Calor Convectivo
Flujo de Calor Radiado:
* Fluidos & Gases *
Ondas Electromagnéticas
Radiación Electromagnética Cuánta energía calorífica radía desde una superficie depende de:
– σ = constante S -B – Emisividad (ε)
– Temperatura (T)
Una superficie caliente, emite más radiación que una fría (si es que ambas son del mismo material).
Factores que afectan mediciones en IR • Aunque la medida de temperatura por infrarrojos no es tan precisa como la de un termómetro de contacto, si se utiliza correctamente, son extrañas desviaciones de más de 1º C de diferencia con respecto a la temperatura real, en el rango de -50°C a 100°C. •
La utilización de termómetros por infrarrojos es fácil, pero existen dos parámetros críticos, además de la calibración, que deben comprenderse para asegurar que las medidas de temperatura obtenidas son del todo correctas las cuales son: – Emisividad – Resolución óptica – Calibración
Emisividad de la superficie •
Todos los materiales pueden ser comparados con un objeto ideal llamado “cuerpo negro”.
•
Un cuerpo negro no refleja ni transmite energía.
•
La emisividad de un cuerpo negro perfecto es 1.0 (en el mundo real, los materiales no se comportan como un cuerpo negro perfecto)
•
La emisividad es expresada como la razón entre la emitancia de energía directa de un material comparado con la emitancia de enrgía de un cuerpo negro cuando ambos están a la misma temperatura.
•
La emisividad puede variar con la temperatura, longitud de onda, ángulo de visión, rugosidad, estado y limpieza de la superficie.
Emisividad • Propiedad de los materiales • Un “factor de eficiencia” • Valor de corrección • ε = 0 a 1.0
100°C Cuerpo Negro ε = 1.0
– Cuerpo negro ε = 1.0 – Reflector perfecto ε = 0.0 – Cuerpo real ε = <1.0. 100°C Cuerpo Real ε = < 1.0
Variación Angular de la Emisividad • La emisividad varía significativmente con un angulo mayor a 50° con respecto a la perpendicular
Tabla de Emisividad de Materiales
Materiales de alta Emisividad
Seleccione el Valor Correcto de Emisividad • Regla de Oro – Use 0.95 para todas las superficies pintadas independiente del color. – Para materiales sin pintar o no corroidos, use 0.5 o menor. MEDIDA INESTABLE • Los valores de emisividad de materiales comunes, normalmente se encuentran en los manuales y tablas web • Si la emisividad del objetivo es desconocida, use el termometro IR con E ajustable, para medirla.
¿Qué ocurrió con mi cerveza? • Esta lata de espuma viene fría directamente del refrigerador. Cuando se la explora con la cámara uno esperaría que toda la imagen tuviera una temperatura relativamente uniforme y apareciera "fría" en relación al fondo.
• ¿Qué es lo que hace que el punto situado en el centro aparezca caliente?
Reflexión, Absorción y Transmisión • •
De la Ley de Kirchhoff’s : Emitancia (ε) = absorbencia (A) para una específica longitud de onda o banda
•
Por lo tanto R + ε + T = 1
• •
Y para materiales opacos T= 0, R = 1 - ε Esta relación es fundamental para la operación de Termometros IR
ε
R T=0
Termometría radiométrica •
La cámara detecta la radiación infrarroja
•
La fuente puede ser: – Reflejada ( R ) – Transmitida ( T )
Para cuerpos opacosT=0
– Emitida (E) •
Sólo la radiación emitida nos habla de la tem peratura
Radiación que mide el Termometro IR •
Cuando medimos cuerpos reales opacos, medimos ambas, la reflejada y la emitida combinadas. El detector de radiación mide en general: – Radiación medida = Emitida + Reflejada
•
La Radiación emitida, nos dice algo acerca de la temperatura del objeto.
•
Dependiendo del valor de la emisividad de la superficie debemos corregir: – Emisividad – Temperatura de fondo – Aumentar la emisividad.
Radiación reflejada Si la emisibidad
ε
< 0,6 :
•
Corrección a bajo de 0.6, la medición es inestable
•
Medición no confiable
•
SOLUCION Aumentar la emisividad (pintura, cinta eléctrica, hendiduras)
R = 1 - ε
T=100°C
ε < 0,6
Radiación reflejada Si la emisividad 0,6 < ε < 0,9 Compensar: •
Caracteriza y controla las reflexiones térmicas
•
Corrige temperatura de fondo reflejada (medir)
• Ajusta la corrección por emisividad • Aumenta la emisividad R = 1 -
ε
T=100°C
0,6 <
ε < 0,9
Temperatura de Background Formas de estimar la temperatura de background o de fondo – Use la temperatura de la habitación (paredes, suelo, entorno) – Tóme imágenes del background o fondo – Use un papel de aluminio arrugado cuando las fuentes de calos sean varaidas y distintas
Papel de aluminio arrugado Objetivo
Radiación reflejada Si la emisibidad ε > 0,9 Compensar: •
Mediciones estables y confiables
•
Influencia de temperatura de fondo no afecta la medición
• Ajusta la corrección por emisividad R= 1 -
ε
T=100°C
ε > 0,9
Emisividad • Todos los objetos presentes en la naturaleza emiten radiación electromagnética. La emisividad es el cociente entre la emisión de energía térmica del objeto enfocado y la emisión de energía térmica de un cuerpo negro genuino (emisor perfecto).
• La pintura del exterior de esta lata ha sido quitada en una zona pequeña. El aluminio desnudo tiene una emisividad diferente de la del aluminio pintado. El procesador de imágenes ve al aluminio desnudo como más caliente que el resto de la lata.
Utilice cinta aisladora de tipo eléctrico para cubrir una superficie de baja emisividad para aumentar la emisividad y la exactitud de la medición
Baja emisividad
• Superficies brillantes – Baja emisión – Alta reflexión térmica – Debe tenerse en cuenta el fondo – Las temperaturas radiométricas por debajo de una emisividad de 0,6 son difíciles de medir con exactitud.
Baja Emisividad
Alta emisividad
• Superficies no brillantes – Alta emisividad – Pintura (de cualquier color), cinta aisladora de uso eléctrico u oxidación intensa
– Medición de temperatura confiable y repetible
Aumento de la emisividad
Temperatura y Emisividad
¡Evitar la medida directa de temperatura en superficies metálicas brillantes!
Controlando la Emisividad Radiador de Cavidad Alta
Baja
Alta
Controlando la Emisividad
Baja Reflejos
Alta
Conclusiones finales
Trabaje siempre con emisividad alta En superficies de alta emisividad En hendiduras Aumente la emisividad con pintura
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[email protected]
Use cinta eléctrica
