Módulo 03
Emisividad, reflexión y transmisión
La cámara no ve «el objeto»: ve la suma de lo que emite y lo que refleja. En un tablero casi nada transmite, así que el oficio se reduce a separar emisión de reflejo. Este módulo evita que un reflejo en aluminio se informe como hallazgo y que un borne a 90 °C se archive como sano.
Objetivos
- Decidir con ε + ρ = 1 qué superficie de un tablero se mide y cuál solo se describe.
- Estimar la emisividad por material y acabado: pulido, oxidado, pintado.
- Medir la temperatura reflejada con aluminio arrugado y luego ε con cinta o contacto.
- Descartar reflejos moviéndose, medir a menos de 45° y no dar números por debajo de ε ≈ 0,5.
Conservación: ε + ρ + τ = 1
Lo que llega a una superficie se absorbe, se refleja o la atraviesa. Lo que absorbe es lo que emite (ley de Kirchhoff, ε = α). Para la cámara todo se resume en una suma:
ε emisividad, ρ reflectividad, τ transmisividad. En un tablero τ = 0: ε + ρ = 1.
En campo: cinta, pintura mate o forro de PVC (ε ≈ 0,95) reflejan el 5 %; se miden. Aluminio pulido (ε ≈ 0,05) refleja el 95 %: es un espejo infrarrojo; se describe, no se mide. Solo una ventana IR tiene τ > 0: si cree que «ve a través» de una tapa de acero, está midiendo la tapa.
Qué mueve ε: material, acabado y ángulo
Mire la superficie que la cámara ve de verdad: el forro, no el cobre interior; la tuerca pintada, no el borne estañado. Tres factores deciden casi todo:
| Factor | Qué hace | En campo |
|---|---|---|
| Material | No metales (pintura, plástico, cerámica, piel): ε 0,85–0,98. Metales desnudos: ε baja. | Identifique la superficie visible antes de fijar ε. |
| Acabado | Pulido: ε mínima. Oxidado o intemperizado: ε sube. Pintura no metálica: ε ≈ 0,9 aunque el sustrato sea aluminio. | No copie «aluminio = 0,05» a un conductor con diez años a la intemperie. |
| Ángulo | En dieléctricos ε aguanta hasta ~45° y cae después. En metales ya es baja: el ángulo no los vuelve medibles. | Mida a menos de 45° de la normal. |
Tabla mental: pulido, oxidado, pintado
Rangos orientativos en onda larga, de frente (tabla completa en emisividades.html):
| Superficie | ε | Medible |
|---|---|---|
| Cobre o aluminio pulido, borne estañado | 0,03–0,07 | No. Espejo: mida el forro o la cinta. |
| Cobre deslustrado, aluminio intemperizado, galvanizado | 0,15–0,30 | Cualitativo. |
| Cobre negro, acero herrumbroso | 0,60–0,88 | Sí, verificando con cinta. |
| Metal pintado (pintura no metálica), forro de PVC o XLPE | 0,88–0,96 | Sí. |
| Cinta aislante de vinilo negra | 0,93–0,97 | Referencia de campo. |
| Pintura de aluminio (metálica) | 0,27–0,67 | Engañosa: parece pintada y refleja. |
Regla práctica: por debajo de ε ≈ 0,5 no informe un número. Describa el patrón (más caliente que su par, gradiente hacia la unión) y recomiende cinta, pintura o contacto en la próxima parada. «Barra a 38 °C» con ε = 0,95 sobre cobre brillante no es un dato: es un error.
Ejemplo · el mismo bloque a 60 °C
Cinco acabados a 60 °C reales, Trefl = 25 °C, cámara con ε = 0,95. Cinta y pintura mate: ≈ 60 °C. Aluminio oxidado (ε 0,30): ≈ 37 °C. Galvanizado (0,25): ≈ 35 °C. Aluminio pulido (0,05): ≈ 27 °C, casi Trefl. Lo que emite menos de lo supuesto se lee más frío.
Cavidades: el cuerpo negro de bolsillo
Un orificio profundo en un sólido caliente se comporta casi como un cuerpo negro: la radiación rebota dentro y en cada rebote se absorbe una parte. Regla: profundidad ≥ 5 veces el diámetro y paredes de ε ≳ 0,5 (acero oxidado o pintado) dan ε aparente > 0,95. Con paredes de metal pulido solo llega a 0,5–0,7: no sirve.
En campo: la boca de un portafusible abierto, un taladro en una barra, el hueco entre aletas de un disipador. Sin cinta, una cavidad del propio equipo es mejor referencia que el metal brillante. Y no se mueve cuando usted cambia de posición; un reflejo sí.
Cómo medir ε en campo
Método de la cinta
- Con el equipo desenergizado, pegue cinta aislante de vinilo negra mate (ε ≈ 0,95) en una zona a la misma temperatura que el punto de interés: mismo metal, mismo tramo.
- Espere unos segundos a que la cinta se equilibre.
- Mida la cinta con ε = 0,95 y Trefl ya determinada. Esa es la temperatura real.
- Mueva el punto al metal desnudo y baje ε hasta que la lectura coincida. Ese ε vale para esa superficie, esa banda y ese ángulo.
Método de contacto
Un termopar sobre la misma zona da la temperatura real; ajuste ε hasta igualar. Exige parada o una superficie accesible y segura (NFPA 70E: no cruce la frontera restringida para pegar una sonda). Sirve para calibrar una zona crítica, no para cada borne de una ronda.
T_refl con el reflector de aluminio arrugado
La temperatura reflejada no es la del aire: es lo que el entorno irradia sobre la superficie. Se mide así:
- Arrugue papel de aluminio (ε ≈ 0,04) y vuelva a aplanarlo: arrugado promedia todo el entorno en vez de reflejar una sola lámpara.
- Colóquelo en el plano de la superficie a medir, orientado como ella.
- Mídalo con ε = 1,00 en la cámara. La lectura es Trefl.
- Ingrésela y no la toque hasta cambiar de entorno: otra sala, exterior, frente a un transformador caliente.
En interiores homogéneos Trefl ≈ Taire. En un patio el entorno es el cielo, que despejado se ve a −20 °C o menos: un galvanizado de ε = 0,25 leerá mucho más frío que su temperatura si deja Trefl = 30 °C (módulo 8).
Ejemplo · T_refl mal puesta
Objeto a 60 °C, entorno real 25 °C, ε bien ingresada, Trefl dejada en 40 °C. Cinta (ε 0,95): lee 59,4 °C, error −0,6 °C. Acero oxidado (0,50): 47 °C, error −13 °C. Galvanizado (0,25): 17 °C, error −43 °C. Aluminio pulido (0,05): el número pierde sentido. A ε baja, Trefl importa tanto como ε; a ε alta, apenas.
Laboratorio 1
Bloque de emisividad
El bloque está a 60 °C en todas sus franjas; cambian el acabado (cinta, pintura mate, aluminio oxidado, aluminio pulido y acero galvanizado) y con él la emisividad real. Con la herramienta Punto, ajuste ε (y Trefl si hace falta) hasta que la cinta y la pintura mate lean 60 °C ±1 °C; después pruebe con las otras tres franjas y compruebe que, por debajo de ε ≈ 0,5, cada centésima de ε mueve la lectura varios grados y no se puede forzar. Se completa al responder la pregunta del widget.
La trampa de los reflejos
Un metal pulido es un espejo de 8–14 µm: refleja lámparas, el sol, un motor y a usted (piel ε ≈ 0,98, ~34 °C). La prueba es una: la mancha «caliente» se mueve cuando usted se mueve; una fuente real no. Otras pistas: el reflejo no tiene cola de conducción hacia el metal, cambia al tapar la fuente y en fusión no coincide con un tornillo ni con una unión. Un reflejo no se clasifica: se descarta.
Laboratorio 2
Trampa de reflejos
La tapa de acero inoxidable está a 32 °C; la mancha caliente que ve es el reflejo del reflector halógeno. Con la herramienta Mover, orbite hacia la izquierda y hacia la derecha: el reflejo se desplaza sobre la tapa (un calor real se quedaría en su sitio). Use Punto sobre la mancha, compare la lectura con la temperatura real y responda la pregunta del widget.
ε frente al ángulo
De frente, pintura, plástico y cinta tienen ε alta y estable. A partir de 45–50° respecto a la normal ε cae y ρ sube. A 70° una pintura de ε = 0,95 ya ronda 0,8: si deja 0,95 en la cámara, lee de menos. Los metales no se vuelven medibles por mirarlos en ángulo: su ε sigue baja. Regla de captura: menos de 45° de la normal (módulo 5).
La ecuación con la que la cámara convierte ε y Trefl en temperatura se ve en el módulo 4. Lo operativo ya lo tiene: fije Trefl y ε sobre una superficie conocida, o no ponga número. Un ΔT nacido de una ε inventada no se clasifica.
Laboratorio 3
Emisividad frente al ángulo
Compare dieléctrico, cerámica, metal y aluminio pulido al variar el ángulo de 0° a 89°. Recorra hasta al menos 75° y responda la pregunta: qué le ocurre a la lectura de una barra pintada si deja ε = 0,95 a 70°.
Resumen
- En opacos, ε + ρ = 1. Cinta, pintura y forro (ε ≈ 0,9) se miden; metal pulido es un espejo y se describe.
- Oxidación y pintura suben ε. Por debajo de ε ≈ 0,5, informe cualitativo y recomiende cinta o contacto.
- Orden: Trefl con aluminio arrugado y ε = 1; luego ε con cinta; luego la medición.
- Un reflejo se mueve con usted; una fuente real, no. Mida a menos de 45° de la normal.