Conexiones por infrarrojos

Conexiones por infrarrojos
Drygalski, el rey Darío y el albedo
Attilio Bruno Veratti - Termógrafo Nivel III y ABENDE ITC
Traducción al español, Rafael Royo, Termógrafo Nivel III
En febrero de 1902, el barco de la expedición alemana a la Antártida dirigido por el
profesor de geografía Erich von Drygalski Dagoberto (1865-1949) se quedó atrapado
en el hielo. Nada que hacer sino esperar hasta el próximo verano con el fin de liberar
el barco del hielo y comenzar de nuevo a navegar.
Drygalski y una foto del barco Gauss atrapado en el hielo, tomadas desde un globo lanzado por la
expedición.
En febrero de 1903 después de tratar de perforar, cortar y hacer estallar el hielo con
un espesor de 5.6 metros, Drygaslki decidió poner en práctica una técnica derivada
de la observación científica. Se había dado cuenta de que donde se precipitaba el
hollín expulsado por la chimenea de la nave, el hielo se fundía a su alrededor.
Drygalski ordenó a la tripulación preparar un rastro de cenizas de carbón y restos de
unos 600 metros de largo hasta el mar. Logró que se formara un canal de agua, pero
tuvieron que transcurrir otros dos meses para que tuviera suficiente profundidad
para liberar el barco.
El fenómeno utilizado por Drygalski para liberarse del hielo está relacionado con
nuestra experiencia. Vamos a probarlo mediante la termografía de dos automóviles,
uno blanco y otro negro. Vemos que el coche pintado de negro está hasta 30 ° C más
caliente que el coche blanco.
La justificación a esta observación es la capacidad de los diferentes materiales de
absorber y reflejar radiación electromagnética a longitudes de onda diferentes (luz
solar e infrarrojos).
Tanto en el caso del carbón, como de la tinta negra, la mayor parte de la radiación
solar visible es absorbida y transformada en calor.
Sin embargo, a diferencia del comportamiento en el rango visible, el carbón y la
tinta blanca o la propia nieve emiten de forma similar en el infrarrojo.
De ello se desprende que los materiales oscuros (tinta negra y carbón) alcanzan el
equilibrio térmico a altas temperaturas.
Termografía de dos coches, de color blanco y negro, sometidos a la radiación solar.
El comportamiento de los materiales bajo carga solar es importante para una
variedad de aplicaciones en la ingeniería. Se aplican revestimientos o pinturas más
"calientes" o más "frías" a los edificios, aeronaves, vehículos, o colectores solares,
según sus necesidades.
Diferencia de temperatura entre las zonas claras y oscuras de un techo, sometido a carga solar.
Por ejemplo, el Telescopio Espacial Spitzer usa exactamente esta propiedad para el
control pasivo de su temperatura. Parte de la estructura expuesta al sol está cubierta
de aluminio de alta reflectividad al visible mientras que la parte expuesta hacia el
espacio está pintada de negro de alta emisividad en el infrarrojo.
Telescopio Espacial Spitzer de infrarrojos que muestra su cubierta exterior característica.
Interesante anuncio de 1941 que muestra la temperatura dentro de globos de investigación
atmosférica pintados de blanco y negro.
Para medir la capacidad de un material para reflejar la radiación visible (o
reflectividad), se utiliza el concepto de albedo, derivado de la palabra latina albedus
palabra latina albus ("blanco"), este es un concepto cotidiano en astronomía.
El albedo varía también entre 0 y 1. Venus, por ejemplo, tiene un albedo de 0,67,
Encelado (luna de Saturno y el cuerpo más reflectante del sistema solar) de 0,93 y
0,13 es la media para la luna (aunque parece una cuestión de ilusión óptica puesto
que de hecho este valor indica que la luna es tan oscura como el asfalto).
Con la composición de nieve y hielo similar a la encontrada en la Antártida por Drygalski, Encelado es
el cuerpo celeste más reflexivo del sistema solar en el espectro visible. Este comportamiento se
refiere respecto a radiación visible. En el infrarrojo la reflectividad es baja (por lo tanto, alta
emisividad).
En esta foto del Apolo 17 se puede ver el traje de astronauta lleno de polvo lunar muy oscuro,
en la parte inferior un patrón de colores permite la comparación con el suelo lunar.
Recientemente se ha descubierto un planeta extrasolar llamado Tr-ES-2b a 20 años
luz de la Tierra con albedo menor que 0,01, casi un cuerpo negro en el rango del
espectro visible.
Representación artística del planeta Tr-ES-2b. Aunque absorbe casi toda la luz visible, aparece
brillante en el lado nocturno porque tiene una temperatura atmosférica de 1000 ° C.
A partir del albedo se puede calcular la capacidad de los materiales opacos para
absorber la radiación visible (albedo o reflectividad). Para Dryagalski, la nieve tiene
un albedo de 0,9 (lo que significa que refleja el 90% y absorbe el 10% de la radiación
solar) contra 0,08 el carbón (sólo refleja el 8% con lo que la absorción es del 92% ). Es
decir, el carbón absorbe y transforma en calor, nueve veces más radiación solar en el
espectro visible.
La piel humana varía fuertemente de reflectividad en función de la posición de la
radiación en el espectro electromagnético infrarrojo: desde 0,8 para personas de piel
clara a alta longitud de onda hasta 0,02 en el infrarrojo de 3 micras.
En la medida en que nos desplazamos hacia longitudes de onda superiores en el infrarrojo, la piel
humana se vuelve más oscura.
El albedo (o reflectividad) de los materiales es una propiedad de gran importancia en
aplicaciones de equipos sensibles a las ondas del infrarrojo cercano y corto, en el que
la emisión de radiación es tan baja, que puede llegar a despreciarse.
Tanto la vegetación sana como la retina son muy sensibles al infrarrojo cercano.
Los diferentes tipos de tierra y minerales pueden proporcionar un alto contraste en el infrarrojo
próximo y de onda corta.
Muchos de los materiales o sustancias tienen reflectividad muy diferente en estas
bandas espectrales, en comparación con su comportamiento en el rango visual, lo
que posibilita la inspección de un amplio rango de productos: pinturas, alimentos y
medicinas.
Visualización del sistema circulatorio en el infrarrojo de onda corta.
Reflectividad de la vegetación y el suelo seco en visible, infrarrojo cercano y de onda corta.
Para concluir, en el área tecnológica hay un vasto campo de aplicación de materiales
de alta reflectividad, con resistencia al desgaste por temperatura y a la corrosión:
espejos para su uso en equipos que operan en el infrarrojo.
Un ejemplo de este tipo de aplicación es el uso de espejos metálicos sin
recubrimiento de vidrio para la inspección de los elementos radiactivos de un
reactor, manteniendo a los inspectores y a los equipos seguros.
Ejemplo de uso de un espejo metálico en la inspección termográfica de un reactor nuclear.
Prueba de los espejos del Telescopio Espacial James Webb, diseñado para reflejar principalmente
infrarrojos (hasta 27 micras), recubiertos con una aleación de oro.
La búsqueda de nuevos materiales con una alta reflectividad han llevado a los
investigadores por un largo camino en la historia, que comenzó con los primeros
descubrimientos metalúrgicos del Antiguo Imperio persa hasta las modernas técnicas
actuales de deposición de materiales.
Monedas producidas con aleación denominada electro, compuesta por 95,1% de oro,
un 2,8% de cobre y 2,1% de plata, que mostró una excepcional resistencia al
desgaste, sin perder el brillo (reflectividad), incluso después de 2600 años.
Moneda "Daric" en honor del rey Darío de Persia, hecha de electro, 540 aC
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