Por: Jeremy Wright / Noria / gtrujillo@noria.mx
Para entender una imagen térmica infrarroja, primero debemos entender qué es la longitud de onda del espectro electromagnético. La radiación infrarroja es parte del espectro electromagnético y ocupa las frecuencias entre la luz visible y las ondas de radio, que abarca las longitudes de onda desde 0.7 micrómetros hasta 1,000 micrómetros (micrones)
La cantidad de radiación emitida por un objeto incrementa con la temperatura; por lo tanto, la termografía nos permite observar variaciones en temperatura. Un termómetro infrarrojo mide la temperatura detectando la energía infrarroja emitida por todos los materiales que se encuentra a temperaturas por encima del 0 absoluto (0 grados Kelvin). El diseño más sencillo consiste en un lente que dirige la energía infrarroja (IR) hacia un detector, el cual convierte la energía en una señal eléctrica que puede ser mostrada en unidades de temperatura después de que ésta haya sido compensada por las variaciones de la temperatura ambiente. Esta configuración facilita la medición de temperaturas a distancia sin tener contacto con el objeto que está siendo medido. Por esta razón, el termómetro infrarrojo es muy útil para medir temperaturas en circunstancias donde los termopares u otros sensores tipo sonda no se pueden emplear o no producen datos precisos por diversas razones.
HISTORIA Y OTRAS LECCIONES
Los diseños de termómetros infrarrojos (IRT) se conocen desde finales del siglo 19, y varios conceptos al respecto fueron publicados en 1911 por Charles A. Darling en su libro “Pyrometry”. Sin embargo, no fue sino hasta 1930 cuando se dispuso de la tecnología capaz de convertir estos conceptos en instrumentos prácticos de medición. A partir de esa fecha, ha habido una considerable evolución en los diseños y se ha acumulado una gran cantidad de experiencia en mediciones y aplicaciones. En la actualidad, esta técnica es muy bien aceptada y ampliamente usada en tareas de investigación y en la industria.
La apariencia y operación de una cámara termográfica moderna es muy similar a una videocámara. A menudo, una imagen térmica en vivo revela variaciones de temperatura tan claras que no es necesaria una fotografía para el análisis. De ahí que no siempre vienen con un módulo de grabación integrado.
Las imágenes térmicas, o termogramas, en realidad son una imagen visual de la cantidad de energía infrarroja emitida, transmitida y reflejada por un objeto. Debido a que existen múltiples fuentes de energía infrarroja, es muy difícil conseguir una medición precisa de la temperatura de un objeto utilizando este método. Una cámara térmica es capaz de desarrollar algoritmos para interpretar los datos y construir una imagen. Aunque la imagen muestra al usuario una aproximación de la temperatura a la cual el objeto está operando, la cámara en realidad está utilizando múltiples fuentes de datos basados en las áreas que rodean al objeto para determinar el valor de la temperatura, en lugar de detectar la temperatura real del objeto.
LAS MATEMÁTICAS Y LA CIENCIA DETRÁS DEL INFRARROJO
Este fenómeno puede ser más claro considerando la siguiente fórmula:
Energía Incidente = Energía Emitida + Energía Transmitida + Energía Reflejada
Donde…
- Energía Incidentees el perfil de energía cuando es vista a través de una cámara térmica.
- Energía Emitidaes generalmente la que se pretende medir.
- Energía Transmitidaes la energía que pasa a través del sujeto desde una fuente térmica remota.
- Energía Reflejadaes la cantidad de energía que se refleja de la superficie del sujeto desde una fuente térmica remota.
Si el objeto está irradiando a una temperatura superior a su entorno, tendrá lugar entonces la transferencia de energía y esta será transferida del más caliente hacia el más frío siguiendo el principio establecido en la Segunda Ley de la Termodinámica. Así que si hay un área fría en el termograma, ese objeto absorberá la radiación emitida por el objeto caliente. La capacidad que tienen ambos objetos para emitir o absorber esta radiación se denomina emisividad.
Las cámaras termográficas utilizarán a continuación una serie de algoritmos matemáticos. Como la cámara sólo es capaz de ver la radiación electromagnética, la cual es imposible de detectar por el ojo humano, construirá entonces una imagen en el visor y registrará una imagen visible o un video.
Para llevar a cabo el trabajo de medir la temperatura sin tener contacto con el objeto, la cámara cambiará la temperatura del objeto que está evaluando con su configuración de emisividad. Pueden emplearse otros algoritmos para corregir las mediciones, incluyendo la capacidad de transmisión del medio por donde se transmite (normalmente aire) y la temperatura de ese medio transmisor. Todas estas configuraciones corregirán la temperatura final del objeto que está midiéndose. Esta funcionalidad hace de la cámara térmica una excelente herramienta para el mantenimiento de sistemas eléctricos y mecánicos en la industria.
Usando las configuraciones adecuadas y siendo cuidadosos al momento de la captura de la imagen, los sistemas eléctricos pueden ser escaneados para localizar problemas. En sistemas de calentamiento con vapor, pueden localizarse fácilmente las fallas de las trampas de vapor.
CON EL CONOCIMIENTO VIENE EL PODER
La termometría infrarroja es una tecnología madura pero dinámica que se ha ganado el respeto de muchas industrias e instituciones. Es una técnica indispensable para muchas aplicaciones donde se requiera medir temperaturas. Cuando esta tecnología es entendida adecuadamente por el usuario y se toman en consideración todos los parámetros importantes de la aplicación, se obtiene como consecuencia un resultado exitoso, siempre y cuando el equipo se instale cuidadosamente. Una instalación cuidadosa significa que el sensor es operado entre los límites especificados para el medio ambiente donde estará ubicado, y que se toman las medidas adecuadas para mantener la óptica limpia y libre de obstrucciones.
Un factor importante en el proceso de selección, al elegir un proveedor, debe ser la disponibilidad de accesorios para la instalación y protección, y también el grado al cual estos accesorios permiten la fácil remoción y reemplazo de los sensores para su mantenimiento. Si se siguen estas pautas, el termómetro infrarrojo operará en muchos casos con más confiabilidad que los termopares y termómetros de resistencia.
ACERCA DEL AUTOR
Jeremy Wright es Analista de Lubricantes de Maquinaria (MLA) Nivel I y II y Técnico en Lubricación de Maquinaria (MLT) Nivel I certificado por el Consejo Internacional de Lubricación de Maquinaria (ICML). Además, es Profesional Certificado de Confiabilidad y Mantenimiento (CMRP) por la Sociedad de Profesionales del Mantenimiento y la Confiabilidad (SMRP).
Correo: gtrujillo@noria.mx
REFERENCIAS
Darling, Charles R.; “Pyrometry: A Practical Treatise on the Measurement of High Temperatures”. Publicado por E. & F.N. Spon Ltd. London. 1911.
http://www.omega.com/techref/iredtempmeasur.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_and_infrared_imaging
http://www.antonine-education.co.uk/physics_gcse/Unit_1/ Topic_5/em_spectrum.jpg
