Historia y física de la radiación infrarroja
Del descubrimiento a la aplicación como cámara termográfica
La radiación infrarroja se descubrió hacia 1800, cuando el astrónomo y músico germano-británico HERSCHEL quiso medir las temperaturas de las distintas partes coloreadas de la luz solar. Dejó que la luz del sol cayera a través de un prisma y sostuvo los termómetros en los colores individuales de la luz. Descubrió que la temperatura más alta podía medirse en una región invisible más allá de la luz roja. En la actualidad, este rango espectral se denomina rango infrarrojo (infra = más allá) y se divide en infrarrojo cercano, medio y lejano..
Espectro electromagnético: Más allá de la luz roja visible está la gama de infrarrojos.
En la segunda mitad del siglo XIX se empezó a profundizar en la investigación de las ondas electromagnéticas, que también incluyen la radiación térmica o infrarroja. Destacados científicos como KIRCHHOFF, BOLTZMANN, WIEN y PLANCK resumieron sus descubrimientos en las leyes de la radiación, entre otras.
Hacia mediados del siglo XX, comenzó el uso militar de la tecnología de medición por infrarrojos. En la década de 1960 se desarrollaron los primeros dispositivos termográficos para el sector no militar.
Hoy en día, existe una gran variedad de modernas cámaras de infrarrojos o de imagen térmica de alta resolución para una amplia gama de aplicaciones. Orglmeister se ha especializado en el campo de la detección temprana de incendios, ya que detectar temperaturas críticas prematuramente es mejor que la detección de incendios ya iniciados.
La física "especial" de la radiación infrarroja
Imagínese que se encuentra a cinco metros de la ventana de un edificio de apartamentos normal. Ahora apunte con una cámara de imagen térmica o una cámara termográfica en dirección al cristal de la ventana y de repente podrá verse así mismo. No solo reconocerá un contorno, sino incluso la distribución de la temperatura de su superficie corporal. ¿Se habría esperado una cosa así?
Termografía de una ventana residencial. El cristal refleja parte de la radiación infrarroja: el operador de la cámara termográfica se ve a sí mismo.
Físicamente, lo que ocurre es esto: La radiación infrarroja emitida por su cuerpo recorre una distancia de 5 m a través de la atmósfera hasta el cristal de la ventana, se refleja allí, y luego recorre otros 5 m hasta la cámara termográfica que tiene en la mano e incide en el sensor de infrarrojos a través de la lente.
Los componentes electrónicos internos evalúan la potencia de la radiación infrarroja emitida por su cuerpo, calculan las temperaturas correspondientes y generan una imagen térmica a partir de ella en una representación de falso color.
Al comparar la imagen térmica con la foto, se observa que la cortina no es visible en la imagen térmica. La razón es la baja transmisión térmica (permeabilidad) del vidrio. La radiación infrarroja de la cortina no penetra en el cristal de la ventana y, por lo tanto, no se muestra en la imagen térmica.
Una cámara termográfica mide la radiación superficial de un objeto
La termografía solo puede utilizarse para medir las temperaturas que emanan de la superficie de un material. Las temperaturas del aire o de los gases, las temperaturas detrás de los obstáculos, en la parte trasera o en el interior de un terraplén permanecen ocultas a la termografía.
Un objeto de medición óptimo para la tecnología de medición por infrarrojos es negro y tiene una superficie extremadamente rugosa y no reflectante. Este tipo de objetos apenas se dan en la naturaleza. Los objetos con estas propiedades infrarrojas óptimas se denominan «cuerpos negros». El nombre proviene del hecho de que estos focos son tan negros que la profundidad del objeto ya no es visible.
Por ejemplo, si se pone una capa gruesa de yeso en un balón de fútbol y luego se hace un agujero de 2 cm de diámetro, sería imposible calcular la profundidad del agujero. Si este balón de fútbol se calentase ahora uniformemente en todos sus puntos, habría construido un excelente cuerpo negro que puede irradiar óptimamente su energía infrarroja desde este agujero. Este balón tendría una emisividad ε = 1 y se denominaría cuerpo negro omnidireccional.
El dispositivo de prueba PYROcal® genera una temperatura fija de exactamente 95°C con una emisividad de 0,99. Esto hace que PYROcal® esté muy cerca de ser un «cuerpo negro» ideal. Las cámaras termográficas pueden calibrarse con PYROcal®.
También hay cuerpos que tienden a reflejar la radiación de otros objetos, es decir, no irradian en absoluto. En el caso de estas superficies llamadas «no negras», la potencia radiante debe corregirse mediante la emisividad ε para determinar la temperatura. También influye la transmisión, es decir, la permeabilidad de un material a la radiación infrarroja.
Afortunadamente, un gran número de sustancias no metálicas tienen una emisividad alta y relativamente constante en el rango espectral de las ondas largas, independientemente de sus propiedades superficiales. Esto incluye la piel humana, así como la mayoría de los materiales minerales de construcción y las pinturas, el caucho, muchas lacas, esmaltes, etc. Las superficies metálicas pintadas, pegadas o sucias también se prestan a ser representadas en la termografía; he aquí un ejemplo:
Una carrocería pintada de negro mate emite más energía radiante que una superficie brillante, pulida y reflectante. Si, por ejemplo, si acercamos la mano a un cubo de acero inoxidable pulido a una distancia de unos 10 cm, que está a unos 100 °C de temperatura, tenemos la sensación de que el cubo no está especialmente caliente. Si el mismo cubo se pinta ahora con una pintura negra mate especial, el cubo se percibe mucho más caliente a la misma temperatura y distancia de la mano. Una cámara termográfica también mostraría estos dos cubos con diferentes temperaturas.