Pruebas infrarrojas y térmicas

Las pruebas infrarrojas y térmicas se refieren a técnicas de inspección termográfica pasiva, una clase de prueba no destructiva designada por la Sociedad Estadounidense de Pruebas No Destructivas (ASNT). ^{[1] La termografía} infrarroja es la ciencia de medir y mapear las temperaturas de las superficies.

"La termografía infrarroja, una técnica de teledetección no destructiva, ha demostrado ser un método eficaz, conveniente y económico para probar el hormigón. Puede detectar huecos internos, delaminaciones y grietas en estructuras de hormigón como losas de puentes , pavimentos de carreteras , pisos de garajes, pavimentos de aparcamientos y paredes de edificios. Como técnica de prueba, algunas de sus cualidades más importantes son que (1) es precisa; (2) es repetible; (3) no tiene por qué causar inconvenientes al público; y (4) es económica". ^[2]

Hay tres formas de transferir energía térmica:

1. conducción
2. convección
3. radiación

Todos los objetos emiten radiación electromagnética de una longitud de onda que depende de su temperatura. La longitud de onda de la radiación es inversamente proporcional a la temperatura. Según la termodinámica , la energía emitida fluirá de las zonas más cálidas a las más frías, y la velocidad de transferencia de energía variará según la eficiencia de los procesos de transferencia de calor y los efectos aislantes del material a través del cual fluye la energía. En principio, un objeto o característica objetivo tendrá propiedades térmicas diferentes a las de su entorno; por ejemplo, una tubería metálica enterrada conduce el calor con mayor facilidad que el suelo circundante, por lo que si el fluido que transporta está a una temperatura diferente a las condiciones ambientales, la tubería será visible para un sensor de imágenes térmicas sin tener que realizar una excavación para localizarla. ^[3]

Los distintos tipos de materiales de construcción tienen distintas capacidades de aislamiento. Además, los distintos tipos de defectos en las tuberías tienen distintos valores de aislamiento y/o varían en la magnitud de la energía suministrada. Debido a las posibles heterogeneidades en la tubería circundante (es decir, diferentes tipos de suelos), puede resultar difícil distinguir los objetos objetivo del ruido de fondo. ^[3]

Un sistema de escaneo termográfico por infrarrojos puede medir y visualizar patrones de temperatura en función de diferencias de temperatura tan pequeñas como unas pocas centésimas de grado Celsius. Las pruebas termográficas por infrarrojos pueden realizarse durante el día o la noche, según las condiciones ambientales y los resultados deseados. ^[1]

En la termografía infrarroja , la radiación térmica se detecta y se mide con cámaras termográficas o radiómetros. Las cámaras contienen un detector infrarrojo que convierte la radiación emitida en señales eléctricas que se muestran en un monitor de computadora en color o en blanco y negro.

Una vez procesados ​​los datos térmicos, se pueden visualizar en un monitor en múltiples tonos de escala de grises o colores. Los colores que se muestran en el termograma son configurados arbitrariamente por el termografista para ilustrar mejor los datos infrarrojos que se están analizando. ^[4]

Una aplicación típica de los equipos termográficos IR disponibles habitualmente es la búsqueda de "puntos calientes" en equipos eléctricos, lo que ilustra áreas de alta resistencia en circuitos eléctricos . Estos "puntos calientes" se miden normalmente en el rango de 40 a 150 °C (104 a 302 °F) por encima de la temperatura ambiente .

Cuando los ingenieros utilizan sistemas propietarios para localizar objetivos subterráneos, como tanques de almacenamiento subterráneos (UST), tuberías , fugas de tuberías y sus columnas, y túneles ocultos , sus ubicaciones se identifican mediante patrones de temperatura que generalmente están en el rango de 0,01 °C a 1 °C por encima o por debajo de la temperatura ambiente.

En esta aplicación de investigación de cubiertas, se recogieron datos termográficos infrarrojos durante las horas del día, tanto en días soleados como lluviosos. Este tiempo de recogida de datos permitió el calentamiento solar de la cubierta y de cualquier agua atrapada dentro del sistema de cubierta durante las horas del día. Los datos de infrarrojos se observaron hasta que la cubierta se calentó lo suficiente como para permitir la detección de las áreas húmedas atrapadas debido a su capacidad de recoger y almacenar más calor que las áreas secas aisladas. Las áreas húmedas también transferirían el calor a un ritmo más rápido que las áreas secas aisladas de la cubierta. En este momento, las áreas húmedas se mostraron como temperaturas de la superficie de la cubierta más cálidas que las áreas secas de fondo circundantes de la cubierta.

Durante los días lluviosos, con una carga solar mínima, cualquier penacho de fuga atrapado se haría evidente debido a su temperatura más fría en comparación con las áreas del techo seco.

Un sistema de escaneo termográfico infrarrojo mide únicamente las temperaturas superficiales, pero las temperaturas superficiales que se miden en la superficie del suelo, sobre una tubería enterrada, dependen en gran medida de las condiciones del subsuelo.

Un buen relleno sólido debe tener la menor resistencia a la conducción de energía y los efectos de la radiación de los gases de convección deben ser insignificantes. Los diversos tipos de problemas asociados con la erosión del suelo y el relleno deficiente que rodea las tuberías enterradas aumentan la capacidad aislante del suelo, al reducir las propiedades de conducción de energía, sin aumentar sustancialmente los efectos de la convección. Esto se debe a que los espacios de aire muerto no permiten la formación de corrientes de convección.

Para que haya un flujo de energía, debe haber una fuente de energía. Dado que las pruebas de tuberías enterradas pueden involucrar grandes áreas, la fuente de calor debe ser de bajo costo y capaz de proporcionar a la superficie del suelo sobre la tubería una distribución uniforme del calor. El sol cumple ambos requisitos. La superficie del suelo reacciona, almacenando o transmitiendo la energía recibida.

En el caso de tuberías que transportan fluidos a temperaturas superiores o inferiores a las temperaturas ambientales del suelo (es decir, vapor, petróleo, gases licuados o productos químicos), una alternativa es utilizar la capacidad de disipación de calor de la tierra para extraer calor de la tubería que se está probando. El punto crucial que hay que recordar es que la energía debe fluir a través del suelo y los fluidos.

La cobertura del suelo debe evaluarse en busca de diferencias de temperatura (es decir, anomalías como hierba alta o escombros en la superficie), en cuanto a cómo puede afectar la condición de la superficie del área de prueba. De los tres métodos de transferencia de energía, la radiación es el método que tiene el efecto más profundo sobre la capacidad de la superficie para transferir energía. La capacidad de un material para irradiar energía se mide por la emisividad del material. Esto se define como la capacidad del material para liberar energía en comparación con un radiador de cuerpo negro perfecto. Esta es estrictamente una propiedad de la superficie. Normalmente se manifiesta en valores más altos para superficies rugosas y valores más bajos para superficies lisas. Por ejemplo, el hormigón rugoso puede tener una emisividad de 0,95 mientras que un trozo brillante de papel de aluminio puede tener una emisividad de solo 0,05. En términos prácticos, esto significa que al observar grandes áreas de cobertura del suelo, el ingeniero a cargo de la prueba debe ser consciente de las diferentes texturas de la superficie causadas por elementos como manchas ásperas de escoba, huellas de caucho de neumáticos, manchas de aceite, arena suelta y suciedad en la superficie y la altura de las áreas cubiertas de hierba.

Organización Internacional de Normalización (ISO)

• ISO 6781, Aislamiento térmico - Detección cualitativa de irregularidades térmicas en envolventes de edificios - Método infrarrojo
• ISO 18434-1, Monitorización del estado y diagnóstico de máquinas - Termografía - Parte 1: Procedimientos generales
• ISO 18436-7, Monitorización del estado y diagnóstico de máquinas. Requisitos para la cualificación y evaluación del personal. Parte 7: Termografía.