¿Cuáles son las propiedades de la radiación? *

Emisividad:

Se define como la razón entre la radiación emitida por la superficie a una temperatura dada y la radiación emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura. Se simboliza con la letra ε. Para un cuerpo negro su valor será de 1 y para cuerpos diferentes oscilará en el rango 0 ≤ε ≤ 1. Presenta una alta dependencia de la superficie del material que se determina a través del método de fabricación y de las propiedades físicoquímicas de la materia.

La emisividad varía con la temperatura, la longitud de onda y la dirección de la radiación emitida. Razón por la cual se presentan cuatro emisividades de acuerdo con la interpretación y dependencia de las variables así:

Emisividad direccional espectral:

Relación entre la emisividad de una superficie a una temperatura dada a una longitud de onda específica, en una dirección específica, y la radiación emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura, como se presenta en la figura 10.

Emisividad direccional total:

Se define en forma similar a la emisividad anterior pero usando intensidades totales, es decir intensidades integradas sobre todas las longitudes de onda, como se observa en la figura 11.

Emisividad hemisférica espectral:

Resulta más práctico trabajar con propiedades relativas a la radiación promedio sobre todas las direcciones para lo que se utiliza el nombre de propiedades hemisféricas. En el caso particular la emisividad hemisférica espectral relaciona la energía de radiación emitida a una longitud de onda específica por unidad de área superficial sobre todo el hemisferio y la energía de radiación correspondiente a un cuerpo negro bajo esas condiciones.

Emisividad hemisférica total: Es la relación entre la radiación emitida en todas las direcciones y sobre todas las longitudes de onda y la energía total emitida por un cuerpo negro. Se utiliza con mucha frecuencia porque simplifica los cálculos y da un valor aproximado del comportamiento de un cuerpo real, también se conoce con el nombre de emisividad promedio. En la figura 12 se representa un caso particular para el cual se puede estimar un valor promedio de emisividad sobre todo el espectro, sin embargo para mayor precisión y cuando los materiales presentan diferencias significativas es necesario evaluar las emisividades por intervalos de longitud de onda.

Dos consideraciones adicionales que se realizan para reducir la complejidad de la radiación corresponden con las aproximaciones de cuerpo difuso (figura 6, sección 1.2.4 y figura 13) y cuerpo gris (figura 14). El cuerpo difuso es aquel en que sus propiedades no dependen de la dirección y el cuerpo gris es aquel en que sus propiedades no dependen de la longitud de onda (figura 14).

En la figura 13, θ = 0 corresponde a la emisividad en la dirección normal a la superficie. Se observa que la emisividad en un material conductor eléctrico permanece constante para valores de θ menores a 40º y en no conductores para valores de θ menores a 70º. Lo que significa que el valor de la emisividad de un cuerpo en su dirección normal es un valor significativo y que a nivel termográfico cuando la cámara se calibra en función de la emisividad hemisférica total (promedio) en la dirección normal del material, se puede realizar una desviación en la toma termográfica de hasta 40º ó hasta 70º con respecto a la normal según el material (figura 15).

Las emisividades tabuladas en tablas de textos guías y de fabricantes se fundamentan en el valor promedio sobre el espectro de longitudes de onda o en el valor del ángulo normal a la superficie.

De la emisividad se pueden realizar algunas generalizaciones¹:

1. La emisividad de superficies metálicas por lo general es baja, y alcanza valores muy pequeños, alrededor de 0.02 para metales altamente pulidos.
2. La presencia de capas de óxido puede aumentar significativamente la emisividad de superficies metálicas. Contrasta el valor de 0.1 para acero inoxidable ligeramente oxidado con el valor cercano a 0.5 de la forma fuertemente oxidada.
3. La emisividad de los no conductores es comparativamente grande, por lo general excede de 0.6.
4. La emisividad de los conductores aumenta al incrementar la temperatura; sin embargo, según el material específico, la emisividad de los no conductores puede aumentar o disminuir al aumentar la temperatura.

Absortividad, reflectividad y transmisividad.

La irradiación (G) corresponde al flujo de radiación que incide sobre una superficie en todas las direcciones y sobre todas las longitudes de onda debido a la emisión de otro cuerpo y a la reflexión por las condiciones mismas del lugar donde ocurre la transferencia de energía. Representa la velocidad a la cual la energía de radiación incide sobre una superficie por unidad de área de esta última, es decir, se basa en el área proyectada desde el emisor hasta el receptor.

Tal energía, aplicando la teoría ondulatoria, se absorbe, refleja y transmite de tal forma que sus fracciones sean equivalentes a la irradiación total o a uno en términos absolutos. Como se describen en función de la irradiación son propiedades definidas en todas las direcciones, sobre el espacio hemisférico en todas las longitudes de onda (valores promedio). En la tabla 3 se encuentran las consideraciones especiales al respecto.

La figura 16 presenta la relación espectral que existe entre cada propiedad para un cuerpo particular. Nótese que la suma de las propiedades corresponde a la irradiación total y que dichas propiedades son de naturaleza espectral, así por ejemplo en el intervalo entre 0 y λ₂ hay reflexión del 30%,absorción del 40% y transmisión del 30% de la irradiación total recibida.

Dichas propiedades son fundamentales en termografía y la forma como afectan un análisis debe ser evaluada detalladamente por el profesional que realice la inspección porque los equipos de termografía no tienen la capacidad de realizar filtraciones de imágenes por energía absorbida, reflejada y transmitida. Se debe tener especial cuidado con las superficies lisas altamente reflectivas porque la imagen térmica puede corresponder a la energía emitida por otro cuerpo y reflejada sobre dicha superficie y no a la verdadera energía disipada por la superficie evaluada; en tales casos se debe alterar la emisividad de la superficie con algún tipo de recubrimiento.

1. INCROPERA y DeWITT. Fundamentos de Transferencia de Calor. México. Prentice Hall, 1999, cap 12, pp.
   658. ↩︎

*Fuente: Jorge René Silva Larrotta, Introducción A La Termografía Industrial. Universidad Libre – Bogotá. 2006. ISBN 978-958-97987-0-6