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LA TERMOGRAFÍA INFRARROJA – CONCEPTOS FUNDAMENTALES

PRYSMA Airborne Inspection Services – SIA, es la división de servicios de inspección aérea de Prysma y como actores pioneros de la implantación y desarrollo de la termografía IR desde el año 1980 en España, queremos reivindicar que esta técnica, aplicada en todas esas fases del ciclo energético eléctrico, colabora en gran medida y con un coste muy reducido en la mejora de la eficiencia energética eléctrica, siendo el complemento necesario del resto de técnicas de registro, análisis y medición.

En los próximos post trataremos de ofrecer una visión amplia de la bondad de esta técnica de inspección. En 3 capítulos hablaremos de:

  1. Conceptos Fundamentales

  2. Detectores sensibles IR

  3. Aplicaciones en energía e industria

CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE LA TERMOGRAFÍA

La fórmula fundamental en la que se basa la Termografía infrarroja es la Ley de Stefan-Boltzmann y matemáticamente se expresa así:

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Donde E es la Energía emitida por la superficie del cuerpo; ε es la Emisividad, que ahora diré lo que es; σ es una constante (la constante de Stefan-Boltzmann) que vale

form2

y   Tₑ es la Temperatura efectiva de la superficie del cuerpo emisor.

La emisividad es la relación que hay entre la energía emitida por la superficie de un cuerpo real a una temperatura cualquiera y la energía que emitiría la superficie de un cuerpo ideal, al que se le llama Cuerpo Negro, a esa misma temperatura. Si el cuerpo real, que se suele llamar Cuerpo Gris,  se parece mucho al cuerpo ideal o cuerpo negro, la emisividad será muy cercana a 1. Si el cuerpo gris no se parece al cuerpo ideal, la emisividad será muy cercana a 0. Por tanto, la emisividad es un número adimensional que nos da idea de la idealidad de un cuerpo real. En consecuencia, la energía que emite la superficie de un cuerpo negro será:

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ya que el cuerpo negro tiene una emisividad igual a 1.

Un cuerpo que se comporte totalmente distinto al cuerpo negro tendrá una emisividad 0 y, por tanto, la energía que emitiría su superficie sería 0, es decir, no emitiría energía alguna.

Passivhaus_thermogram_gedaemmt_ungedaemmtLa radiación emitida por un cuerpo a una temperatura dada consta de infinitas longitudes de onda pero hay un pico de emisión de radiación a ciertas longitudes de onda para una determinada temperatura. O dicho de otra manera, no todas las longitudes de onda tienen la misma intensidad de radiación a una temperatura dada. Además, como la intensidad de radiación depende de la temperatura, a medida que aumenta la temperatura y que va aumentando la intensidad de radiación, va variando la longitud de onda predominante en la radiación que se va emitiendo. Como la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la radiación, se puede decir que a bajas temperaturas, la frecuencia predominante de la  radiación es  baja  así como la energía emitida a esa temperatura. O lo que es lo mismo, cuanta más energía emita el cuerpo, más cortas serán las   longitudes de onda predominantes en la radiación de ese cuerpo a una temperatura concreta.  Por tanto, a medida que aumentamos la temperatura de un cuerpo, la longitud de onda predominante es más corta por lo que, si tenemos un detector de esa radiación, a medida que aumentamos la temperatura podremos detectar longitudes de onda más cortas. El ojo humano, que es un detector de ciertas longitudes de onda, advierte cómo va variando el color (la longitud de onda mayoritariamente emitida) en un cuerpo a medida que lo vamos calentando. Matemáticamente todo esto viene definido, para el cuerpo negro, por la Ley de Planck y por la Ley del Desplazamiento de Wien.

Por otro lado, cuando a un cuerpo real le llega radiación de otro, parte de esa radiación la absorbe, parte la transmite y parte la refleja. Esto depende de la naturaleza del cuerpo al que le llega la radiación, de la superficie de ese  cuerpo, de la longitud de onda de la radiación y del ángulo de incidencia de esa radiación con la superficie del cuerpo.

Hay que definir ahora tres números:

Reflectancia, ρ 

Cociente entre el flujo radiante reflejado y el flujo radiante incidente en unas condiciones dadas.

Transmitancia, τ

Cociente entre el flujo radiante transmitido y el flujo radiante incidente en unas condiciones dadas.

Absortancia, α

Cociente entre el flujo radiante absorbido y el flujo radiante incidente en unas condiciones dadas.

Es evidente que, según esa definición, ρ + τ + α = 1

Otra definición de Cuerpo Negro es que toda la radiación que le llega, la absorbe. O dicho de otra manera, que τ = 0 y que ρ = 0 por lo que α = 1. O sea, en el Cuerpo Negro no se transmite la radiación incidente y no se refleja  la radiación incidente. La Ley de Kirchhoff establece que un cuerpo que es un buen absorbente de energía es también un buen emisor de energía a igualdad de temperatura. Es decir, que en el Cuerpo Negro la emisividad = 1 y la absorbancia = 1. Un Cuerpo Negro absorbe toda la radiación que le llega y su superficie emite toda la radiación que tiene por no estar a cero de temperatura absoluta.

Si la emisividad es cero, en la superficie la transmisión sería cero (τ = 0) y, por tanto ρ = 1. Es decir toda la radiación incidente en ese cuerpo, se reflejaría. La superficie de este cuerpo irreal reflejaría toda la radiación que le llegara del exterior y sería un espejo térmico total a la radiación. No absorbería  nada y no transmitiría nada. Por tanto, puede decirse que superficies con muy baja emisividad se comportan como espejos térmicos.

PRYSMA – SIA, dispone de un equipo de técnicos e ingenieros capaz de obtener un rendimiento muy elevado en la captación e interpretación de la información térmica de instalaciones.

Autor:
Fernando Biel Gayé
Prysma SIA