24  Técnicas de medida termográfica

24.1  Introducción

Una cámara de infrarrojos mide y toma imágenes de la radiación infrarroja emitida por un objeto. El hecho de que la radiación sea una función de la temperatura de la superficie del objeto permite a la cámara calcular y visualizar dicha temperatura.
Sin embargo,‎ la radiación medida por la cámara no sólo depende de la temperatura del objeto,‎ sino que además es una función de la emisividad. También se origina radiación en el entorno,‎ la cual se refleja en el objeto. La radiación procedente del objeto y la radiación reflejada se verán influidas también por la absorción de la atmósfera.
Para medir la temperatura con precisión,‎ es necesario compensar los efectos de diversas fuentes de radiación distintas. Este proceso lo realiza automáticamente la cámara. No obstante,‎ es necesario proporcionar los siguientes parámetros del objeto a la cámara:
  • La emisividad del objeto
  • La temperatura aparente reflejada
  • La distancia entre el objeto y la cámara
  • La humedad relativa
  • La temperatura de la atmósfera

24.2  Emisividad

El parámetro de objeto más importante que debe ajustarse correctamente es la emisividad,‎ que,‎ en pocas palabras,‎ es una medida de la cantidad de radiación emitida por el objeto en comparación con la de un cuerpo negro perfecto de la misma temperatura.
Normalmente,‎ los materiales del objeto,‎ así como los tratamientos superficiales,‎ presentan una emisividad que oscila aproximadamente entre 0,‎1 y 0,‎95. Una superficie extremadamente pulida (un espejo)‎ se sitúa por debajo de 0,‎1,‎ mientras que una superficie oxidada o pintada presenta una mayor emisividad. La pintura al óleo,‎ independientemente del color del espectro visible,‎ tiene una emisividad por encima de 0,‎9 en el infrarrojo. La emisividad de la piel humana está entre 0,‎97 y 0,‎98.
Los metales no oxidados representan un caso extremo de una opacidad perfecta y una enorme reflectividad,‎ lo que no varía en gran medida con la longitud de onda. En consecuencia,‎ la emisividad de los metales es baja y sólo aumenta con la temperatura. En el caso de los objetos no metálicos,‎ la emisividad tiende a ser alta y disminuye con la temperatura.

24.2.1  Determinación de la emisividad de una muestra

24.2.1.1  Paso 1: determinación de la temperatura aparente reflejada

Utilice uno de los dos métodos siguientes para determinar la temperatura ambiente reflejada:
24.2.1.1.1  Método 1: método directo
    Lleve a cabo el siguiente procedimiento:
  1. Busque posibles fuentes de reflexión,‎ teniendo en cuenta que el ángulo de incidencia = ángulo de reflexión (a = b)‎.
    Graphic

    Figura 24.1  1 = origen de reflexión

  2. Si el origen de la reflexión es un punto fijo,‎ modifíquelo obstruyéndolo mediante un trozo de cartón.
    Graphic

    Figura 24.2  1 = origen de reflexión

  3. Mida la intensidad de la radiación (= temperatura aparente)‎ del origen de la reflexión con los siguientes parámetros:
    • Emisividad: 1,‎0
    • Dobj : 0
    Puede medir la intensidad de la radiación empleando uno de los dos métodos siguientes:
    Graphic

    Figura 24.3  1 = origen de reflexión

    Graphic

    Figura 24.4  1 = origen de reflexión

No es recomendable utilizar un termopar para medir la temperatura aparente reflejada por dos motivos importantes:
  • Un termopar no mide la intensidad de la radiación.
  • Un termopar requiere un contacto térmico muy bueno con la superficie,‎ normalmente pegando y cubriendo el sensor con un aislante térmico.
24.2.1.1.2  Método 2: método de reflector
    Lleve a cabo el siguiente procedimiento:
  1. Haga una bola con un gran trozo de papel de aluminio.
  2. Deshaga la bola de papel de aluminio y pegue el papel en un trozo de cartón del mismo tamaño.
  3. Coloque el cartón delante del objeto que desee medir. Asegúrese de que el lado con el papel de aluminio mire hacia la cámara.
  4. Establezca un valor de emisividad de 1,‎0.
  5. Mida la temperatura aparente del papel de aluminio y anótela.
    Graphic

    Figura 24.5  Medición de la temperatura aparente del papel de aluminio.

24.2.1.2  Paso 2: determinación de la emisividad

    Lleve a cabo el siguiente procedimiento:
  1. Seleccione un lugar en el que colocar la muestra.
  2. Determine y establezca la temperatura aparente reflejada según el procedimiento anterior.
  3. Coloque en la muestra un trozo de cinta aislante cuya elevada emisividad le sea conocida.
  4. Caliente la muestra al menos a 20 K sobre la temperatura ambiente. Debe calentarla de forma razonablemente regular.
  5. Enfoque y ajuste automáticamente la cámara y congele la imagen.
  6. Ajuste las opciones Nivel y Campo para obtener niveles de brillo y contraste óptimos en las imágenes.
  7. Establezca una emisividad similar a la de la cinta (normalmente 0,‎97)‎.
  8. Mida la temperatura de la cinta utilizando una de las siguientes funciones de medida:
    • Isoterma (permite determinar tanto la temperatura como el grado de regularidad al calentar la muestra)‎.
    • Punto (más simple)‎.
    • Cuadro Med. (apropiada para superficies con emisividad variable)‎.
  9. Anote la temperatura.
  10. Mueva la función de medida a la superficie de la muestra.
  11. Cambie el valor de emisividad hasta que lea la misma temperatura que en la medida anterior.
  12. Anote la emisividad.

24.3  Temperatura aparente reflejada

Este parámetro se utiliza para compensar la radiación reflejada en el objeto. Si la emisividad es baja y la temperatura del objeto está relativamente alejada de la reflejada,‎ es importante establecer la temperatura aparente reflejada y compensarla correctamente.

24.4  Distancia

Por distancia entendemos la que existe entre el objeto y la lente frontal de la cámara. Este parámetro se utiliza para compensar los dos hechos siguientes:
  • La radiación del objeto es absorbida por la atmósfera entre el objeto y la cámara.
  • La radiación de la propia atmósfera es detectada por la cámara.

24.5  Humedad relativa

La cámara también puede compensar el hecho de que el índice de transmisión depende en parte de la humedad relativa de la atmósfera. Para ello,‎ establezca el valor correcto de humedad relativa. Generalmente,‎ para distancias cortas y humedad normal,‎ la humedad relativa puede permanecer con el valor predeterminado del 50%.

24.6  Otros parámetros

Además,‎ algunas cámaras y programas de análisis de FLIR Systems permiten compensar los parámetros siguientes.
  • Temperatura atmosférica,‎ es decir,‎ la temperatura de la atmósfera entre la cámara y el objeto.
  • Temperatura de la óptica externa,‎ es decir,‎ la temperatura de las lentes o ventanas externas utilizadas delante de la cámara.
  • Transmitancia de la óptica externa,‎ es decir,‎ la transmisión de las lentes o ventanas externas utilizadas delante de la cámara.