Módulo 02
Radiación térmica
Todo cuerpo emite. La cámara integra una franja de esa emisión, 8–14 µm, y la convierte en temperatura. Tres leyes y un esquema de la atmósfera explican por qué se inspecciona en onda larga, por qué el acrílico ciega el termograma y por qué el polietileno no.
Objetivos
- Distinguir las bandas SW, MW y LWIR y justificar por qué un tablero se inspecciona en 8–14 µm.
- Usar Wien para ubicar el pico de emisión y Stefan–Boltzmann para saber cuánto crece la radiancia con la temperatura.
- Predecir si vidrio, acrílico, polietileno, germanio o una ventana IR dejan ver el objeto, y qué hacer en cada caso.
Bandas de trabajo y por qué 8–14 µm
La luz visible ocupa 0,4–0,7 µm; el infrarrojo útil llega hasta unas 14 µm. La termografía usa tres bandas, porque la atmósfera deja pasar unas y bloquea otras, y porque el pico de emisión se mueve con la temperatura.
| Banda | Longitud de onda | Uso típico |
|---|---|---|
| SWIR (onda corta) | 0,9–1,7 µm | Vidrio fundido, metales incandescentes. |
| MWIR (onda media) | 3–5 µm | Hornos, gases, detectores refrigerados. Gana a temperaturas altas. |
| LWIR (onda larga) | 8–14 µm | Microbolómetro no refrigerado: tableros, motores, edificios. |
Por qué LWIR en mantenimiento: entre 0 y 150 °C el pico de emisión cae entre 10,6 y 6,9 µm, y la banda 8–14 µm recoge ≈ 38 % de la emisión a 30 °C frente a ≈ 1,4 % en 3–5 µm. La atmósfera es transparente ahí, y el microbolómetro no refrigerado es barato y robusto. En el informe declare el instrumento: «cámara LWIR 8–14 µm, microbolómetro».
Las tres leyes en una página
Se enuncian para el cuerpo negro, el emisor ideal (ε = 1). Un objeto real emite una fracción ε y refleja el resto (módulo 3).
- Planck. Al subir la temperatura un cuerpo emite más en todas las longitudes de onda y el pico se corre hacia λ cortas. La cámara no ve la curva: integra 8–14 µm en una cifra de radiancia y, con ε y Trefl, despeja la temperatura.
- Wien. El pico está en λmáx = 2898 / T (µm, T en kelvin). A 30 °C (303 K): 9,6 µm, centro de la banda LW. Un borne a 80 °C: 8,2 µm. Un horno a 800 °C: 2,7 µm, ya en SW/MW. Si le proponen una cámara MW para tableros, este número basta para responder.
- Stefan–Boltzmann. La emisión total es M = ε σ T⁴, con σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴ y T en kelvin. A 30 °C un cuerpo negro emite 479 W/m²; a 80 °C, 882 W/m²: casi el doble. Un ΔT de decenas de grados se ve de inmediato; uno de 2 °C cerca del ambiente exige NETD baja y rango estrecho.
Siempre en kelvin. Inversa útil: el pico cae en 10,0 µm a T = 2898 / 10 = 289,8 K ≈ 16,6 °C. La razón 80 °C / 30 °C en radiancia es (353 / 303)⁴ ≈ 1,84, no 80/30.
Laboratorio 1
Explorador de Planck
Deslice la temperatura. Observe el pico (Wien), la emitancia total σT⁴ y las fracciones en 8–14 µm y en 3–5 µm. Complete los dos retos: pico en 10,0 µm (±0,1 µm) y el cruce en el que MW recibe más energía de banda que LW.
Atmósfera, vidrio y ventanas IR
El vapor de agua y el CO₂ absorben en bandas anchas y dejan dos ventanas: 3–5 µm y 8–14 µm; entre 5 y 8 µm el aire es opaco. Dentro de la ventana LW la transmisión τ baja con la distancia y la humedad: a 1 m, τ ≈ 1; a 20 m en costa húmeda, no. Por eso ISO 18434-1 pide registrar distancia y atmósfera (el módulo 4 da números).
En los materiales decide la absorción molecular, no el color: un material puede ser transparente a la vista y opaco en LWIR, o al revés.
| Material | LWIR (8–14 µm) | Qué ve la cámara |
|---|---|---|
| Vidrio de ventana (~4 mm) | Opaco (τ ≈ 0); ε ≈ 0,90–0,95 | La superficie del vidrio y lo que refleja, nunca lo de detrás. |
| Acrílico / PMMA (tapas de tablero) | Opaco; ε ≈ 0,92 | La tapa. Un tablero con frente de acrílico no se inspecciona «a través». |
| Polietileno delgado (película) | Bastante transparente (τ alto) | El objeto, atenuado. Sirve como cubierta improvisada. |
| Germanio (lentes IR) | Transparente (τ ≈ 0,95 con antirreflejante) | El objeto. Es la óptica LWIR, opaca a la vista. |
| Ventana IR polimérica de tablero | Parcial (τ típico 0,4–0,7) | Mezcla: hay que ingresar la transmisividad τ de la ventana en la cámara (módulo 10). |
A través de una lámina la cámara recibe τ veces la radiancia del objeto más lo que la lámina emite y refleja. Con τ = 0 mide la tapa a temperatura de sala. Con τ parcial la lectura solo vale si τ está ingresada.
Laboratorio 2
«Cámara a través de»
Una franja a 80 °C queda a la izquierda al descubierto y a la derecha detrás de una lámina. Cambie el material (vidrio, acrílico, polietileno, germanio, ventana IR) y clasifique cada uno como opaco, transparente o parcial. El laboratorio se completa al identificarlos bien.
Resumen
- SW 0,9–1,7 µm, MW 3–5 µm, LW 8–14 µm. La termografía eléctrica de campo es LWIR; declárelo en el informe.
- Wien: λmáx = 2898/T. A 30 °C, 9,6 µm; a 80 °C, 8,2 µm. Stefan–Boltzmann: σT⁴ casi se duplica de 30 a 80 °C.
- La atmósfera deja pasar 3–5 y 8–14 µm. τ baja con distancia y humedad: registre ambas.
- Vidrio y acrílico: τ ≈ 0, se mide la tapa. Polietileno delgado y germanio: transparentes. Ventana IR: ingrese su τ.