Emisividad

Todos los cuerpos emiten radiación, y existe una proporción directa con su temperatura, los
cuerpos más calientes emiten mayor radiación, pero existen otros factores que intervienen
y que afectan directamente a las inspecciones termográficas, una de ellas es la emisividad,
y es de gran importancia ya que afecta directamente a la medición de temperatura, si la
cámara termográfica no está regulada con la emisividad correcta los valores que
obtengamos serán erróneos.
Sin embargo, la radiación medida por la cámara no sólo depende de la temperatura del
objeto, sino que es también una
función de la emisividad. La
radiación también se origina en
los “alrededores” y se refleja en
el objeto. La radiación infrarroja
procedente del objeto y la
radiación reflejada también
estarán influenciadas por la
absorción de la atmósfera.
Para medir la temperatura con precisión, es necesario compensar los efectos de diferentes
fuentes de radiación. Esto se realiza automáticamente por la cámara termográfica. Los
siguientes parámetros sin embargo deben ser proporcionados a la cámara:





La emisividad del objeto.
La temperatura aparente reflejada.
La distancia entre el objeto y la cámara.
La humedad relativa.
La temperatura de la atmósfera.
La emisividad es la relación de cómo irradia energía infrarroja un material en comparación
con un radiador perfecto. Los valores de emisividad fluctúan entre 0.0 y 1.0. Un objeto que
mide 1.0 se considera un radiador perfecto y se llama un "cuerpo negro".
Si utiliza una cámara termográfica para ver una mano con un anillo, verá la diferencia en la
imagen termográfica. El anillo parece ser mucho más frío que la mano; sin embargo, ambos
tienen en realidad una temperatura similar. Por lo tanto, aunque los dos objetos tienen la
misma temperatura, irradian cantidades diferentes de energía infrarroja.
En el mundo real, no hay radiadores perfectos y los materiales varían en cuán menos
perfectos son. Esta es una complicación (entre otras), que dificulta el uso de la tecnología
infrarroja para realizar inspecciones cuantitativas que requieren la obtención de mediciones
precisas de temperatura. Por esta razón, muchos termógrafos eligen realizar inspecciones
cualitativas para centrarse en la diferencia de temperatura aparente entre equipos
comparables con cargas similares, o el mismo equipo con cargas comparables en varias
etapas.
Sin embargo, una comprensión básica de emisividad puede ayudarlo a evitar algunas
dificultades y a entender cuándo debe desconfiar de las mediciones.
La emisividad varía según el estado de la superficie, el ángulo de visión, la temperatura y
la longitud de onda espectral. La mayoría de los materiales no metálicos son radiadores de
energía eficientes. La piel humana está cerca de ser un radiador perfecto con una
emisividad de 0.98. Una superficie de cobre pulida se encuentra en el otro extremo del
espectro, con un valor de 0.01.
Normalmente, los materiales del objeto y tratamientos superficiales exhiben una emisividad
que va desde aproximadamente 0,1 a 0,95. Una superficie altamente pulida (espejo) cae
por debajo de 0,1 mientras que una superficie oxidada o pintada tienen una emisividad
superior. La pintura a base de aceites independientemente de su color en el espectro visible
tiene una emisividad de más de 0,9 en el infrarrojo. La piel humana presenta una emisividad
de 0,97 a 0,98.
Los metales no oxidados representan un caso extremo de opacidad perfecta y reflexividad
alta, lo que no varía mucho con la longitud de onda. En consecuencia, la emisividad de los
metales es baja- sólo aumenta con la
temperatura. Para los no-metales, la
emisividad tiende a ser alta, y
disminuye con la temperatura.
La mayoría de las cámaras infrarrojas
tiene la habilidad de cambiar la
configuración de emisividad, de modo
que, si conoce el valor de la
emisividad del material que está
inspeccionando, puede hace un
ajuste en la cámara para aproximarse
a la temperatura real de la superficie.
Sin embargo, si la emisividad del
material es inferior a 0.60, no
obtendrá una lectura precisa de la
temperatura mediante tecnología
infrarroja e, incluso si es más alta, otros factores pueden afectar la lectura de temperatura.
Si usted está utilizando un sensor con una emisividad preestablecida fija de 0.95, y
necesita medir un objeto brillante, puede compensarlo cubriendo la superficie a medir
con aceite en aerosol, pintura negra plana o cinta de enmascarar. Mida la temperatura
de la superficie con cinta o pintada. Esa es la temperatura verdadera.
Para tratar un ejemplo práctico, hemos utilizado una cámara termográfica FLIR C2 para
medir la temperatura de una persona, para ello hemos tomado dos imágenes con dos
emisividades distintas, una a 0.25 y otra a 0.98; los resultados fueron los siguientes:
Como se puede ver, a una emisividad de 0.25 la FLIR C2 está registrando una temperatura
de 67.2°C, algo que es imposible para la temperatura de la piel; cuando hemos tomado la
imagen termográfica con una emisividad de 0.98 (la emisividad promedio de la piel
humana), registramos una temperatura de 34.8 °C, un valor real y coherente con la realidad.
Consejos sobre la emisividad

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


Cuanto mayor sea la diferencia entre la temperatura del objeto medido y la
temperatura ambiente, y cuanto menor la emisividad, más fácil es que se comentan
errores de medición. Estos se incrementan aún más si el ajuste de la emisividad es
incorrecto.
Muchos materiales transparentes para el ojo humano, como el vidrio, no dejan pasar
la radiación infrarroja de onda larga.
Los pocos materiales transmisores incluyen, por ejemplo, láminas finas de plástico
y el germanio, el material del que están hechos tanto la lente como el protector de
las cámaras termográficas de Testo.
Cuando sea necesario, quite cualquier envoltorio o cubierta del objeto a medir, ya
que de lo contrario la cámara solo medirá la temperatura de la superficie del
envoltorio o cubierta.
Observe siempre las instrucciones de uso del objeto a medir.
Si hay elementos bajo la superficie que afectan a la distribución de temperatura de
la superficie por conducción térmica, es posible que se puedan identificar dichos
elementos de la estructura interna del objeto de medición en la pantalla de la cámara
termográfica. Sin embargo, la cámara termográfica mide únicamente la temperatura
superficial. No es posible realizar una medición de las temperaturas de elementos
en el interior del objeto de medición
A continuación, se muestran tablas con los valores de emisividad para superficies comunes
y materiales metálicos. Por favor tome en cuenta que estos valores deben ser usados
únicamente como una guía, ya que la emisividad cambia con la superficie y condiciones
del material real, así mismo para optimizar la precisión de la medición de superficie:
1. Determine la emisividad del objeto en el rango espectral del instrumento que utilizará
para la medición.
2. Evite reflexiones aislando el objeto de fuentes de alta temperatura colindantes.
3. Para objetos a temperaturas más altas, use instrumentos con la longitud de onda más
corta posible.
Valores de Emisividad para Superficies Comunes
Material
Valores de Emisividad
1.0 µm
5.0 µm
7.9 µm
8-14 µm
Agua
n.r.
0.93
0.93
Arcilla
n.r.
0.85-0.95 0.95
0.95
Arena
n.r.
0.9
0.90.9
Asbesto
0.9
0.9
0.95
0.95
Asfalto
n.r.
0.9
0.95
0.95
Basalto
n.r.
0.7
0.7
0.7
No oxidado
0.8-0.95
0.8-0.9
0.8-0.9
0.8-0.9
Carburo de Silicio
n.r.
0.9
0.9
0.9
Cerámica
0.4
0.85-0.95 0.95
0.95
Concreto
0.65
0.9
0.95
0.95
Grafito
0.8-0.9
0.7-0.9
0.7-0.8
0.7-0.8
Grava
n.r.
0.95
0.95
0.95
Hielo
n.r.
0.98
0.98
Hule
n.r.
0.9
0.95
0.95
Madera (natural)
n.r.
0.9-0.95
0.9-0.95
0.9-0.95
Nieve
n.r.
0.9
0.9
Papel (cualquier color)
n.r.
0.95
0.95
0.95
Piedra caliza
n.r.
0.4-0.98
0.98
0.98
0.9-0.95
0.9-0.95
Carbón
Pintura (no-alum)
Papel (cualquier color)
n.r.
0.95
0.95
0.95
Opaco
n.r.
0.95
0.95
0.95
Mayor a 20 milésimas
n.r.
0.95
0.95
0.95
0.9-0.98
0.9-0.98
Plásticos
Tela
n.r.
Tierra
n.r.
Vidrio
Laminado
n.r.
0.98
0.85
0.85
Gota
n.r.
0.9
n.r.
n.r.
n.r.
0.4-0.97
0.8-0.95
0.8-0.95
Yeso
Valores de Emisividad para Metales
Material
Valores de Emisividad
1.0µm
1.6µm
8-14µm
Rolado en frío
0.8-0.9
0.8-0.9
0.7-0.9
Lámina en bruto
n.r.
n.r.
0.4-0.6
Lámina pulida
0.35
0.25
0.1
Fundido
0.35
0.25-0.4
n.r.
Oxidado
0.8-0.9
0.8-0.9
0.7-0.9
Inoxidable
0.35
0.2-0.9
0.1-0.8
No oxidado
0.1-0.2
0.02-0.2
n.r.
Oxidado
0.4
0.4
0.2-0.4
Oxidado
n.r.
0.4
0.3
Áspero
0.2-0.8
0.2-0.6
0.1-0.3
Pulido
0.1-0.2
0.02-0.1
n.r.
n.r.
n.r.
0.6
Pulido
0.8-0.95
0.01-0.05
n.r.
Bruñido
n.r.
n.r.
0.3
Oxidado
0.6
0.6
0.5
0.6
0.15
0.1
Acero
Aluminio
Aleación A3003
Bloques de Terminales
Eléctricas
Bronce
Cinc
Oxidado
Pulido
0.5
0.05
n.r.
Pulido
n.r.
0.03
n.r.
Áspero
n.r.
0.05-0.2
n.r.
Oxidado
0.2-0.8
0.2-0.9
0.4-0.8
Cromo
0.4
0.4
n.r.
Estaño (no oxidado)
0.25
0.1-0.3
n.r.
0.5-0.9
0.6-0.9
0.3-0.8
Oxidado
0.4-0.8
0.5-0.9
0.5-0.9
No oxidado
0.35
0.1-0.3
n.r.
Corroído
n.r.
0.6-0.9
0.5-0.7
Fundido
0.35
0.4-0.6
n.r.
Oxidado
0.7-0.9
0.7-0.9
0.6-0.95
No oxidado
0.35
0.3
0.2
.035
0.3-0.4
0.2-0.3
0.9
0.9
0.9
Oxidado
0.4-0.9
0.6-0.9
0.7-.95
Acabado con arena
0.3-0.4
0.3-0.6
0.3-0.6
Electropulido
0.2-0.5
0.25
0.15
Magnesio
0.3-0.8
0.05-0.3
n.r.
Mercurio
n.r.
0.05-0.15
n.r.
Oxidado
0.5-0.9
0.4-0.9
0.2-0.6
No oxidado
0.25-0.35
0.1-0.35
Oxidado
0.8-0.9
0.4-0.7
0.2-0.5
Electrolítico
0.2-0.04
0.1-0.3
n.r.
0.3
0.01-0.1
n.r.
Negro
n.r.
0.95
0.9
Plata
n.r.
0.02
.n.r
0.35
0.05-0.2
n.r.
Cobre
Haynes
Aleación
Hierro
Hierro, fundido
Fundido
Hierro, forjado
En bruto
Inconel
Molibdeno
Níquel
Oro
Platino
Plomo
Pulido
Rough
0.65
0.6
0.4
Oxidado
n.r.
0.3-0.7
0.2-0.6
Pulido
0.5-0.75
0.3-0.5
n.r.
Oxidado
n.r.
0.6-0.8
0.5-0.6
n.r.
0.1-0.6
n.r.
0.35-0.4
0.1-0.3
n.r.
Titanio
Tungsteno (Wolframio)
Pulido