Gipuzkoako Ingeniaritza Eskolako bloga/ Blog de la Escuela de Ingeniería de Gipuzkoa

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¿Sabes cómo nos ve una serpiente? Imágenes de calor.

termo 07

Todos los cuerpos emitimos radiación infrarroja, que no es detectable para el ojo humano, ya que ésta se emite en una longitud de onda diferente a la luz visible.

Los cambios de temperatura se ven en colores, dependiendo de las zonas térmicas, y pueden ser captados por las cámaras termográficas, que ofrecen un mapa con diferentes temperaturas que miden una realidad diferente de la que podemos observar a simple vista.

Si quieres mirar el mundo a través de los ojos de una serpiente… ¡Apúntate a este taller!

1.- Conceptos básicos

La termografía es el proceso de toma de una imagen usando una tecnología de medición que visualiza la radiación térmica o la distribución de temperatura de la superficie de los objetos mediante una cámara termográfica.

Cualquier objeto cuya temperatura sea superior al cero absoluto (0 K= -237,15ºC) emite radiación infrarroja, invisible al ojo humano.

Cualquier objeto cuya temperatura sea superior al cero absoluto emite radiación infrarroja

El físico Max Planck hacia el año 1900, demostró que hay una correlación entre la temperatura de un cuerpo y la intensidad de la radiación infrarroja que emite. Una cámara termográfica detecta la onda larga de la radiación infrarroja recibida en su campo de visión, a partir de la cual, calcula la temperatura del objeto medido y la transforma en una escala de coloración variable y fácilmente identificable.

El espectro electromagnético se caracteriza por la longitud de onda de su radiación, que va desde kilómetros, en el caso de las ondas de radio, hasta la de los rayos cósmicos, con valores de 10-12 cm.  En nuestro caso la fracción infrarroja, que tiene un orden de magnitud en su longitud de onda del orden de 0.001cm,  es la que representa la mayor parte de la información del flujo calorífico.

Espectro electromagnético

 

El cálculo ha de tener en cuenta la emisividad de la superficie del objeto medido así como la compensación de la temperatura reflejada del exterior.

Cálculo

La radiación captada por la cámara termográfica está compuesta de la radiación de onda larga emitida, reflejada y transmitida que surge de los objetos presentes en el campo de visión de la cámara.

La emisividad: es la medida de la capacidad de un material de emitir (propagar) radiación infrarroja. Varía según las propiedades de la superficie, el material, y, (para algunos materiales) según la temperatura del objeto medido.

La reflexión es la medida de la capacidad de un objeto de reflejar la radiación infrarroja. Varía según las propiedades de la superficie, el tipo de  material, y la temperatura.

La transmisión es la medida de la capacidad de un material de transmitir (permitir el paso) de la radiación infrarroja. La transmitancia depende del tipo y grosor del material, pero en general es de un orden muy bajo. Un caso particular es esta propiedad la encontramos en el polietileno (las típicas bolsas de residuos), que presenta un valor elevado y por lo tanto es casi transparente a la medición .

La medición precisa de la temperatura superficial se hace más complicada cuando los cuerpos  son brillantes, es decir tienen propiedades de alta reflexión y baja emisividad.

Museo Guggenheim Bilbao

 

2.- Aplicaciones

La termografía es de especial utilidad en la detección de temperaturas sin contacto, pero más aun, cuando queremos observar pequeñas diferencias de temperatura. No es difícil encontrar en el mercado cámaras que son capaces de detectar diferencias de temperatura de apenas 0.03 ºC. El aire limpio es totalmente transparente a la radiación, por lo que se puede trabajar a grandes distancias.

Es por tanto una buena herramienta en tareas de mantenimiento eléctrico y mecánico, en los estudios de eficiencia energética de los edificios y sus patologías, en control de sistemas fotovoltaicos y energías renovables, climatización, frío industrial, medicina y veterinaria,  control de accesos, y un largo etcétera. Para la investigación también es una herramienta poderosa, pues nos permite identificar pequeñas diferencias en el flujo térmico de los sistemas.

Imagen termográfica

La definición de la imagen termográfica, y el detalle que se puede apreciar, dependen de varios factores, como su ángulo de visión y la distancia al cuerpo a medir.

  • El objeto identificable más pequeño es la resolución geométrica (resolución espacial) capaz de percibir. Es la medida de la capacidad del detector, junto con el objetivo, para mostrar los detalles.
  • El objeto medible o marca de medición más pequeña, es la designación del objeto más pequeño en el que la cámara termográfica puede medir la temperatura de forma precisa. Suele ser de 2 a 3 veces mayor que el menor objeto identificable.

Algunas especies de serpientes muestran estas habilidades, y están dotadas de una especie de sensores  infrarrojos capaces de detectarnos. Si quisieras pasar desapercibido, ¿dónde prefieres ocultarte, detrás de una hoja de papel de aluminio o en una bolsa de plástico?

3.- El Taller de Imágenes del calor

Para trabajar de forma lúdica estos principios científicos, integrantes del Departamento de Máquinas y Motores Térmicos de la Escuela Universitaria Politécnica de Donostia, han organizado este taller, en el que han participado jóvenes junto con adultos en la Zientzia Astea-Semana de la Ciencia con espléndida acogida.

En el taller-concurso se forman equipos de 3-5 personas (de 10 a15 personas en total) y se analizan fenómenos cotidianos. Se formulan preguntas asociadas a fenómenos observables y cada equipo discute las características termofísicas que las explican con la guía de los facilitadores y de cámaras termográficas.

Se proponen respuestas y se reparten puntos según sean acertadas, y tras varias rondas se declara un equipo ganador al que se fotografía con la cámara termográfica y se le envía por correo electrónico.

Para concluir, se realiza un resumen de lo observado y se apuntan las conclusiones recogidas entre todos.

Algunas de las actividades desarrolladas:

  • Llenado de 4 recipientes de distintos materiales y acabados superficiales, y adivinar la temperatura superficial tras 2 min.
  • La botella, ¿medio llena o medio vacía? Adivinar el nivel de llenado de diferentes recipientes.
  • Explicar el efecto de las cazuelas de metal, comparando cómo se ve con la cámara IR una de metal y otra de barro con agua caliente. Se analiza el efecto de aleta en las asas de los recipientes.
  • Colocar una plancha sobre bloques metálicos. Observar el flujo de calor transitorio, el tiempo de estabilización el almacenamiento de calor y la resistencia térmica de contacto.
  • Ver en un cristal de ventana normal de doble vidrio, con tratamiento bajo emisivo, y de vidrio triple, la sensación de calentamiento por infrarrojos, explicando el efecto invernadero.
  • Verter agua caliente y fría en un recipiente, para visualizar los movimientos convectivos de fluidos a distintas temperaturas.
  • Adivinar el enfriamiento que aporta un ventilador a un objeto caliente. Análisis de la convección forzada.
  • Analizar el enfriamiento evaporativo sobre superficies húmedas.
  • Ver cómo una pieza mixta de madera-metal puede tener la misma temperatura pero distinta “sensación” al tacto. Difusividad térmica.
  • Una maqueta de edificio, con distintos espesores de aislante térmico y materiales en sus paredes y techos con un calefactor en su interior; se mide la temperatura tras un tiempo de uso en las distintas fachadas y se analizan los puentes térmicos y las irregularidades.
  • Juego de cartas, adivinando qué carta les había salido gracias al calor recibido de sus manos.

El próximo año, te esperamos para que aportes tus impresiones.

Como una imagen (termográfica) vale más que mil palabras, en el siguiente vínculo podrás apreciar algunas de las fases del taller con vídeos…

4.- Videos

Pincha en el enlace y podrás acceder a diferentes imágenes del calor…

https://www.youtube.com/channel/UCl-9Q8EqS2YqiOeaO31K1og

Imagen termográfica

 

Taller imágenes de calor en Zientzia Astea

 

 

Imagen termográfica

 

 

 

Taller desarrollado en la Semana de la Ciencia /Zientzia Astea UPV/EHU.
Juan María Hidalgo Betanzos.
Alexander Martín Garín.
José Antonio Millán García.
Escuela Universitaria Politécnica de Donostia-San Sebastián
Departamento de Máquinas y Motores Térmicos
ENEDI Research Group.

 

Enedi Research Group

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