Hágase una Lobotomía Térmica

Separando los Conceptos de Reflección y Emisión

Por Greg McIntosh 

Cuándo esta tratando con superficies de baja emisividad, a los  termografistas se les enseña a tratar de 'eliminar los reflejos' y, una vez que lo hacen, pueden continuar con la inspección. Al quitar la fuente obvia del reflejo, es el primer paso apropiado, muchos termografistas entonces creen que el problema de la emisividad esta resuelto. Discutiremos por qué nosotros necesitamos considerar la reflectancia y la emitancia como asuntos distintos, y por qué ambas necesitan ser consideradas y ser atendidas independientemente. 

Definiciones 

El cerebro: Un órgano situado generalmente en el cráneo responsable de pensar, de las emociones y de la actividad del cuerpo. En el termografista competente, el cerebro necesita estar presentes, activo y educado.  

El cerebro (el Lado Derecho) : El lado del cerebro principalmente responsable de los pensamientos y del  reconocimiento. El lado derecho integra muchas entradas al mismo tiempo, procesa información difusa y simultáneamente. En el termografista esta parte del cerebro identifica las pautas asociadas con tales cosas como reflejos y las firmas de anomalías térmicas verdaderas. El cerebro (Lado Izquierdo) : El lado del cerebro principalmente responsable de los pensamientos lógicos, análisis y del tiempo. El lado izquierdo sólo puede tratar con entradas de una en una en una manera lineal y secuencial. En el termografista esta parte del cerebro trata con las complejidades de energía de emisividad y energía de fondo y es utilizada al evaluar cuantitativamente la computación radiometrica de la temperatura.  

Lobotomía: El acto de cortar físicamente los nervios que unen los dos lados del cerebro en la corteza delantera en pacientes psicopáticos para prevenirlos del sufrimiento de los pensamientos repetitivos destructivos.  

La Lobotomía térmica: El acto "virtual" de cortar los conceptos de reflejo de eso de la emisión para prevenir a los termografistas del sufrimiento de la metodología repetitiva destructiva de la inspección.  

El resplandor: El cantidad total de energía infrarroja resplandeciente que deja una superficie (por área de unidad) debido a los componentes reflejado y emitidos. (la definición se restringe a una superficie opaca donde la transmisión es igual a 0) 

A los Termografistas se les enseñan varios principios en los cursos de ASNT niveles 1 y 2 que promueven una manera integrada de pensar de la emisividad y del reflejo de las superficies. La Ley de Kirchhoff indica que a = e (absortividad es igual a emisividad). La ley de la conservación de energía para la radiación golpeando una superficie señala que r + a + t = 1. El todo principio importante del resplandor infrarrojo de una superficie opaca (t=0) combina estas ecuaciones en r + e =1 o r = 1 - e. La más importante es que las superficies reflectoras tienen la emisión baja. Opuestamente, emisores eficientes son reflectores ineficaces. Como una extensión de esto, entonces es que en muchas situaciones que asumimos, bastante correctamente, que una superficie baja de emisividad parecerá más fresca que una superficie alta de emisividad porque el fondo reflejado es a menudo más fresco que el "punto caliente" de baja-emisividad que observamos. Pero es fácil de resbalar en la complacencia y asumir que esta relación es siempre realizada. Pocos de nosotros tomamos realmente el tiempo de pensar del significado detrás de esta relación. Cuándo tratando con superficies más bajas de emitancia, muchos termografistas simplemente cambian o controlan su ángulo de escaneo o protegen el ambiente para 'eliminar los reflejos'. Desafortunadamente, solo podemos eliminar la reflejo obvio cambiando nuestro ángulo de escaneo, o reducir la cantidad de energía para ser reflejada, reflejando un fondo con una temperatura más baja. La realidad es, sin embargo, que nosotros no podemos cambiar el valor de índice de reflexión de la superficie sin tratarlo con una capa de algún tipo. (Asumimos que los termografistas practicantes saben de evitar ángulos extremos de escaneo y utilizan, donde es posible, la técnica apropiada de escaneo que es aproximadamente perpendicular a la superficie). 

Snell Infrared conduce un experimento de clase Nivel I para ilustrar dramáticamente este punto. Utilizamos un disco de cartón con un superficie reflectora aluminizada en un lado y papel en el otro. Nosotros lo colocamos en el piso con el lado de aluminio arriba y permitimos a los estudiantes que midan la "temperatura aparente". Los estudiantes ajustarán su ángulo de la cámara para eliminar alguna fuente obvia de reflejo y entonces hacer su medida. Entonces dimos la vuelta al disco y dejamos que midieran la temperatura del papel. Las lecturas a menudo estarán dentro de unos pocos grados una de la otra. Entonces pedimos que tomen el disco afuera (en un día despejado) y repitan el ejercicio. El lado del aluminio mide una temperatura muy baja, a menudo debajo del límite de medida de la cámara (típicamente –40°C) y el lado de papel muy cercano a la temperatura ambiente aérea. 

Figura 1 - Tipicamente, tuberia recubierta de aluminio y tanques registraran como frios (obscuro).

Cuándo están dentro, los estudiantes miden realmente la temperatura del piso al observar el lado de papel del disco. Al observar el lado de aluminio del disco la "temperatura" puede, de hecho, leerse igual que el  lado de papel. Muchos estudiantes, sin embargo, no se dan cuenta de que están midiendo realmente la temperatura del techo reflejado por el lado del aluminio. Esto sólo llega a ser obvio cuando el disco es llevado a la intemperie y el "techo" llega a ser el cielo muy frío. Igualmente obvio es el hecho que esto es una situación imposible de medida: la superficie de aluminio emite simplemente algo demasiado pequeño para que una señal pueda ser perceptible. 

“Reflexiones” de un cielo frío 

Después de que este ejercicio en clase, es común para los estudiantes hablar de tratar de eliminar 'el reflejo' del cielo frío. Pero esto es un caso donde el lado izquierdo del cerebro debe predominar y debe forzar el lado derecho del cerebro para aceptar que este "reflejo" no debe ser eliminado. En esencia, cualquier situación donde la temperatura de fondo es muy baja es preferible porque podemos mejor evaluar la señal verdadera (debido a la emisión) que se queda, sin el resplandor dominado por la reflejo. ¡De hecho, no existe "el reflejo del cielo frío"! mas bien una superficie de baja emisividad parece más fresca cuando "mira" un cielo frío porque la energía contribuida por el reflejo es una parte tan pequeña del resplandor total. Lo que el termografista debe hacer en este punto es determinar si hay cualquier señal para evaluar ajustando el espacio y el nivel hacia abajo. Sin embargo, si la temperatura aparente del cuerpo negro (basado en el resplandor total) está debajo del límite perceptible de la cámara, entonces no hay señal por evaluar. Debemos, ya sea de hacer que la emitancia de la superficie se más alta, o empacar todo y regresar a casa. 

Un ejemplo práctico es realizar inspecciones al aire libre de tuberías revestidas de aluminio o de tanques de procesamiento con un (día o noche) cielo despejado. Observaremos típicamente el aluminio brillante que aparece como muy frío (ver la Figura 1). El lado derecho del cerebro reconocerá esto como una "reflejo" y nosotros a menudo cambiaremos la posición de la cámara para eliminarlo para que el tanque no muestre el reflejo "frío". Sin embargo, este es un caso donde debe permitir que el lado lógico del cerebro prevalezca: si el resplandor total muestra 'frío,' entonces reemplazando el cielo con una superficie más tibia de fondo hace realmente las cosas peores. Si tenemos alguna oportunidad de detectar patrones de emitividad termal en el tanque, debemos reducir el espacio y el nivel para detectar una variación en la señal emitida—mientras la energía reflejada no domine la energía emitida (ver la Figura 2). 

Figura 2 - Efectos arriba y abajo del punto de cruce

Un problema significativo ocurre cuando el cielo es el fondo porque puede tener una temperatura "aparente" sumamente variable debido a nubes, humedad, contaminación o la posición en el cielo. El horizonte, por ejemplo tiene una temperatura aparente más alta debido al espesor aumentado de la atmósfera, y este aumento será visto en una reflejo del horizonte también. Es siempre una buena idea verificar rápidamente la temperatura aparente del cielo entero (con el conjunto de emisividad a 1.0) y observar qué variaciones existen comparadas a un cielo despejado. Si el cielo entero parece muy frío y cercano en el valor a la temperatura objetiva "aparente", entonces probablemente no tenemos suficiente señal para la inspección de la superficie (por ejemplo, la temperatura media del cielo lee –20°C y la temperatura objetiva lee –20°C). 

Superficies Equivalentes 

Otro bueno ejemplo de cuando debemos permitir que el lado lógico del cerebro domine ocurre cuando observamos superficies de resplandor equivalente. El lado derecho del cerebro nos dice que estas superficies son el mismo color y por lo tanto debe "ser" la misma temperatura.  

Vea la Figurar 3A, mostrando una mano y el fondo de un sartén de aluminio. La mano y el aluminio parecen estar a la misma temperatura porque son del mismo color. En realidad, sin embargo, el sartén tiene una temperatura mucho mas alta y puede ser observado cuando giramos el sartén y observamos el (alta emisividad) lado de Teflón del sartén (figura 3b). Si vamos a ir un paso adelante, sería mejor evaluar el lado de aluminio del sartén afuera con un cielo despejado como fondo. Parecería más fresco que la mano de la persona, pero casi toda la señal restante sería asociada con la radiación emitida por la superficie, que es exactamente lo que deseamos al tratar de detectar el patrón térmico real emitido. 

Figura 3.- Mano y Sarten

Sombras Termales 

Al inspeccionar superficies de baja emisividad, no debemos permitir que el lado intuitivo del cerebro mande. Debemos pensar por si hay, de hecho, alguna señal emitida para ser detectada y entonces optimizar la cámara para el espacio y el nivel en esa señal. Debemos buscar sombras térmicas, especialmente la nuestra, ya que eso significa que bloqueamos la radiación de un fondo más alto que nuestra temperatura corporal. Pero cuando observamos una sombra (en una superficie reflectora), debemos mirar si somos una sombra "fría" o "caliente". Cuándo nuestro cuerpo emite una "sombra fría", como se ve en la Figura 4, esto nos dice que tenemos una temperatura reflejada de fondo más tibia que nuestro cuerpo. Cuándo nosotros vemos una sombra tibia esto es indicio que el fondo reflejado es más fresco que nuestro cuerpo. En cualquier caso, la eliminación de nuestra "sombra" no significa automáticamente que está bien continuar con la inspección de una superficie que es sumamente reflectora. 

Técnicas de Inspección de Campo 

En la realidad el "reflejo" más frío (por ejemplo - 40°C la temperatura aparente) es realmente la ausencia de la señal: nuestra cámara no detecta el resplandor aparente. Esto nos debe decir algo, ya sea renunciar o cambiar nuestra técnica como es discutido mas abajo. Cuándo tratamos de evitar un "reflejo frío", entonces lo que hacemos generalmente es cambiar nuestro ángulo para que un objeto más tibio sea ahora el fondo y la nueva fuente de reflejo. Eso es como decir que debemos utilizar una caldera caliente antes que una pared de ambiente como el fondo. Si hay alguna vez una oportunidad de que podemos detectar una patrón térmico emitido en una superficie de baja emisividad, sólo sucederá cuando hay una temperatura muy baja de fondo y hemos ajustado nuestro espacio muy poco y el nivel lo suficientemente bajo para observar los lugares fríos. No es, sin embargo, intuitivo hacer esto. 

Figura 4 - El cuerpo como una sombra fria.

Hay pocos casos cuando las técnicas pobres de inspección crean una "reflejo frío" debido a una variación angular de la emitancia (por ejemplo: mirando hacia arriba en un edificio de vidrio). En tal caso, en vez de tratar de eliminar el reflejo frío de cielo, debemos tratar de alterar nuestro ángulo de inspección para mejorar la emitancia. 

Resumen 

Es casi imposible analizar las imágenes térmicas sin utilizar las partes intuitivas y lógicas del cerebro. Durante la inspección nosotros debemos utilizar nuestra intuición para analizar los patrones térmicos en la imagen y reaccionar contra ellos cambiando tales cosas como nuestro  ángulo de escaneo, el espacio y el nivel. Pero también debemos utilizar el lado lógico y deductivo del cerebro—durante la inspección y análisis subsiguiente— determinar el impacto colectivo de emisividad, el índice de reflexión y el fondo. El análisis de Post inspección debe incluir imágenes de las fuentes potenciales del fondo, ilustrando su tamaño y cuerpo obscuro y la temperatura aparente. 

Greg McIntosh es Gerente de Snell Infrared Canada. Se volvió instructor de Snell Infrared en 1999 y también proporciona soporte de ingeniería, desarrolla nuevos cursos, y realiza investigaciones y desarrollo en nuevas aplicaciones. El Sr. McIntosh es un Ingeniero Profesional registrado que se especializa en la transferencia de calor y en la termodinámica. Ha estado involucrado activamente en la industria infrarroja térmica de imágenes desde 1976. Ha capacitado a miles de termografistas, algunos de ellos lideran a expertos industriales en el campo actual. Esta graduado en Ingeniería Mecánica de la Universidad de Carleton en Ottawa, Ontario, y es un Termografista Infrarrojo Certificado Nivel III de Snell. Este artículo fue entregado originalmente como una presentación en ThermalSolutions, uno de los eventos premier de aprendizaje en el mundo de la termografía infrarroja. Para más información sobre la conferencia visitewww.thermalsolutions.org  

Referencias  

Applications for Infrared Thermography, Level 1, Montpelier, VT, Snell Infrared, 2004

Sousa, D. R. How the Brain Learns. Reston, VA: NASSP), 1995.