Teoria sobre Radiacion Infrarroja

Sir William Herschel, 1800 . . . los rayos prismáticos podrian tener el poder de calentar cuerpos muy desuniformemente distribuido entre ellos………….Herschel descubrió a Uranio el 13 de Marzo de 1781. PRISM

Observaciones de Hershel: . . . seria apropiado recurrir a la experimentacion Radiacion refracta desde el prisma Tabla Inclinada con rejilla angosta Termometros con bulbos oscurecidos

Observaciones de Herschel: . . . el rojo todavia se queda corto al maximo calor; el cual si acaso descansa aun mas alla de la refraccion visible.

Observaciones de Herschel: . . . calor radiante . . . consistira . . . de luz invisible

Radiacion Infrarroja Radiacion Electromagnetica Radiacion Infrarrojo es similar a la luz Viaja a la velocidad de la luz La diferencia entre la luz visible y el IR es la longitud de onda. X-Ray

Radiacion Infrarroja Otras clases de radiacion electromagnetica: Radio, Rayos -X, Ultravioleta, Rayos Gama, rayos Cosmicos, Microondas Las longitudes de onda de la radiacion infrarroja son mas largas que la de la luz visible IR es medido en micrometros, m un micrometro, o micron, es una millonesima de metro. X-Ray

El espectro electromagnetico Microoondas Visible Rayos Gama Ultra- Violeta Radio Rayos- X Infrarrojo UHF VHF Visible Infrarrojo SW LW

El visible y el espectro IR l = longitud de onda (micrometros) visible infrarrojo SW LW .4m .75m 3m 5m 8m 12m

Propiedades del IR Emitida por todos los objetos arriba del cero absoluto (-273.16° C, -459.72° F) Generada por la aceleracion de particular cargadas electricamente Conforme un objeto se calienta, su actividad molecular se incrementa Irradia mas energia

Ley de Stefan - Boltzmann Relaciona la energia emitida, E, temperatura, T, y emitancia, e (s = Constante de Stephan-Boltzmann) 5.67 x 10-12 W/cm2 K 4 La radiacion emitida aumenta con la temperatura Proporcional a: (temperatura absoluta)4 La radiacion emitida depende de la emisividad

Energia Radiante en funcion de la temperatura 6 1 2 3 4 5 W a t s cm2 300 400 500 600 700 800 900 1000 Temperatura en Kelvins

Max Karl Ernst Ludwig Planck y curvas de Radiacion de Cuerpo Negro Teoria Cuantica, 1900 Teoria de acuerdo con la radiacion emitida observada de los cuerpos Y guio a las curvas de distribucion espectral para radiadores de cuerpo negro

Distribucion Espectral de Radiacion de Cuerpo Negro 6000 4000 2000 750 300 25 -75 long. de onda, micrometros temp. °C Ener gia Radiante

Radiacion de cuerpo negro: 25°C

Radiacion de cuerpo negro: 25°C

Radiacion de cuerpo negro: 750°C

Radiacion de cuerpo negro: 750°C

Radiacion de cuerpo negro: 6000°C

Radiacion de cuerpo negro: 6000°C

Bandas espectrales temp. °C long. onda, micrometros Ener gia radiante 6000 4000 2000 750 300 25 -75 long. onda, micrometros temp. °C Ener gia radiante

El pico de la energia irradiada se desplaza hacia longitudes de onda mas cortas conforme se calienta V I S I B L E SW LW

Estimacion de la Temperatura por el Color Rojo oscuro 900°F 500°C Rojo Intenso 1000°F 525°C Rojo 1400°F 775°C Rojo brillante 1550°F 850°C Naranja 1725°F 950°C Amarillo 1825°F 1000°C Amarillo claro 1975°F 1100°C Blanco 2200°F 1200°C Blanco intenso 2800°F 1500°C

Distribucion Espectral de energia para un objeto caliente Objeto a 30°C Distribucion para un objeto a 30°C

Cuerpo Negro Emitancia =1 Reflectancia = 0 Transmitancia = 0 Radiacion emitida es mostrada por las curvas de radiacion de cuerpo negro La radiacion emitida depende de la temperatura

Cuerpo Negro Espectro completo incide sobre el curpo negro Ninguna radiacion es reflejada Cuerpo negro se observa negro !

Cuerpo gris Emitancia es menor a 1 Emitancia permanece constante a lo largo del rango espectral La radiacion emitida tiene una forma identica pero con menos amplitud a las curvas de radiacion de cuerpo negro La radiacion es emitida y reflejada pero se mantiene constante con respecto a la long. de onda

Cuerpo Gris Espectro completo incide sobre el cuerpo gris Un porcentaje constante de la radiacion es reflejado Cuerpo gris luce gris!

Cuerpo real (Radiador Selectivo) Emitancia es menor a 1 Emitancia varia a lo largo del rango espectral La radiacion es emitida y reflejada y variara con la longitud de onda

Cuerpo Real (Radiador Selectivo) El espectro completo incide sobre el cuerpo real (Cuerpo Coloreado) La radiacion reflejeda es dependiente de la longitud de onda El cuerpo real tiene color!

Temperatura aparente Debido a la influencia de la emisividad y de las variaciones de fondo, las lecturas de temperatura sin correccion de un radiometro infrarrojo son conocidas como temperaturas aparentes Mapa de temperatura aparente de un chip integrado. Las variaciones de temperatura “aparente” son debido a diferentes emisividades.

Transmision atmosferica del IR en banda corta Transmission 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0

Transmision atmosferica del IR en banda larga Transmission 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0 10.0 12.0

Curvas de respuesta de sistemas 1 0.9 0.8 0.7 0.6 760SW 760LW 760BB 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 2 4 6 8 10 12 14 long. de onda (µm)

Filtros Supresion de llama (Temperatura alta) 3.9µ banda angosta (10.6µ para sistemas LW) Medicion atraves de llamas para ver el objetivo Donde la emision de llamas es minimo Radiacion de las llamas Radiacion del objeto

Filtros Densidad Neutral Atenua igualmente la banda completa de un sistema La radiacion es reducida en un 5% Usada para ver altas temperaturas 100% Radiacion entrante 5% Radiacion despues del filtro

Filtros Pasa banda 3-5µ, 8-12µ banda ancha (Corte inferior, Corte superior) Usado para sistemas de banda ancha Respuesta del sistema restringida a banda corta o larga 8-12µ Radiacion Radiacion ancha Filtro 8-12µ

Filtros Filtros para: Plastico, Vidrio Banda angosta Long. de onda es optimizada para la mas alta emitancia y la mas baja refleccion/transmitancia del objeto Vidrio: 5µ Plasticos: 3.43µ

e + t r = 1 e t r Ley de Kirchhoff Transmitido Emitido Reflejado La suma de la radiacion saliendo de un objeto es = 1

Radiosidad Camera ve toda la radiacion Emitida Transmitida Reflejada Atmosfera emite absorbe La unica radiacion que esta relacionada con la temperatura del objeto es aquella que es emitida

Transmitancia t La Radiacion IR pasa atraves de un buen transmisor IR La Transmitancia IR, o Transmisividad de un material es el porcentaje de radiacion IR que es transmitida atraves de el. Una buena ventana IR tendra una alta transmitancia, baja emitancia, baja reflectancia Para materiales opacos al infrarrojo t =0

IR Transmisores Germanio NaCl (Sal) Diamante Vacio Aire Zinc Selenide Plasticos delgados

e = E BB T Emitancia es una medida de la eficiencia con la cual un objeto o superficie emite radiacion IR y es la tasa de la energia emitida por un objeto a temperatura T a la energia emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura T emitancia = absorcion Para objetos opacos la emitancia =1-reflectancia

Materiales con alta emisividad Plantas, Animales, seres humanos Tape electrico negro Asfalto Agua Suelo Pinturas No-metalicas Hule

Materiales reflectivos Reflectores Especulares Vidrio Cermica vidriosa Metales pulidos y limpios Plasticos con superficies lisas Reflectores Difusos madera yeso

Ajustando la Emisividad Ajuste la temp del fondo correcta hasta que las temp. coincidan

Geometria de la superficie y Emitancia 100% 50% 25% 12.5% 6.25% energia absorbida = 100% - 6.25% = 93.75% absorcion = emisividad emitancia = 93.75

Porosidad de la superficie Emitance variara en escala microscopica tambien El asperar una superficie aumentara su emitancia Sandblasting Asperar con papel de lija

Emisividad de varias superficies de Aluminio long. onda µM .6 .5 .4 .3 .2 .1 .8 1 2 4 6 8 10 20 Emisividad a 25° normal sandblasted pulidas Lijadas Emisividad espectral angular de aleaciones de aluminio 7075 a 33°C

Midiendo objetos con baja emitancia Cubra el objecto con material de alta emitancia Pintura Tape Aquadag Tome lecturas de temperatura de areas corroidas, sucias o asperas Tome lecturas de temperatura de algun material altamente emisivo en contacto con el objeto Tome ventaja de la geometria del objeto

Medicion de temperatura basica Ajuste la emitancia a 1.00 Mida la temperatura del fondo Ingrese la temperatura del fondo Ajuste la emitancia del objeto mida la temperatura

Medicion basica de temperatura Cuando la emisividad esta ajustada a 1.0 El ajuste de la temperatura del fondo no tendra efecto en las lecturas de temperatura Cuando la emisividad esta ajustada a menos que 1.0 Si el fondo esta ajustado a menos que la temp. del objeto, las lecturas se incrementaran. Si el fondo esta ajustado mayor que la temp. del objeto, las lecturas se reduciran Si la temp. del fondo = temp. del objeto, las lecturas no cambiaran

Calibracion del Sistema Observar fuentes de Cuerpo Negro Generar curvas de calibracion Instalacion de los archivos de calibracion y pruebas

CUALQUIER DUDA O INFORMACION ADICIONAL, ESTAMOS A LA ORDEN En Monterrey: Daniel Marroquin Rios Tel. (81) 83659731 Fax. (81) 83659739 Cel. (81) 83960572 Email: daniel.marroquin@flir.com

760 inframetrics PRISM 6000 4000 2000 750 300 25 -75