Poder realizar la medición sin contacto de la distribución de la temperatura de los objetos y procesos proporciona información relevante sobre el estado y el desarrollo de los mismos. Por esa razón, las cámaras termográficas son utilizadas en diversos campos, entre los que se encuentran la ciencia, la industria, la medicina y la seguridad. Las imágenes y secuencias que proporciona la termografía hacen posible saber si un proceso de fabricación transcurre dentro de los parámetros previamente definidos o si se ha producido alguna discontinuidad. El resultado es una mejora en la calidad del producto y un descenso de los costes asociados.
De ahí que los dispositivos que hacen posible la visualización de las radiaciones térmicas se hayan convertido en una herramienta muy utilizada en numerosas industrias. Para conocer mejor la termografía y su aplicación, es fundamental conocer la tecnología de las cámaras utilizadas y en qué consiste la termografía, al mismo tiempo que conocemos sus aplicaciones y de qué manera han influido en diferentes ramas de la industria, como la electrónica o la automatización de la producción, entre otros campos.
Lo primero que debemos saber es qué es la termografía de infrarrojos. Se trata de un método pasivo de obtención de imágenes para poder medir la temperatura sin necesidad de que se produzca contacto. Hace uso de la cualidad de los cuerpos a la hora de emitir radiaciones electromagnéticas, conocidas como radiación infrarroja, con una temperatura por encima del cero absoluto, es decir, -273,15 °C.
La termografía presenta numerosas ventajas frente a las técnicas tradicionales de medición de temperatura con sensores de contacto. La medición termográfica se lleva a cabo a distancia y tiene unos tiempos de respuesta muy cortos. Es un método de medición que se puede aplicar a los cuerpos en movimiento, a los objetos de medición conductores de la tensión y a las carcasas de protección dotadas de ventana.
Un poco de teoría sobre la termografía
Los fundamentos de la física nos dicen que el calor es el movimiento caótico de partículas en la materia. En Ibertronix Infrared & Vision S.L., ingeniería especializada en sistemas de medida a distancia mediante tecnología de infrarrojos y equipos de visión para el interior de hornos, nos comentan que el calor es un tipo de energía interna que posee cualquier objeto que no se encuentre en estado de cero absoluto. A esta energía la llamamos térmica o temperatura. Para medirla se utilizan fenómenos relacionados con el movimiento de partículas, uno de los cuales es la emisión de radiación térmica.
La radiación térmica es emitida por las partículas que componen la materia debido a su movimiento, lo que da como resultado la interacción de sus cargas y, en consecuencia, se generan ondas electromagnéticas. A mayor temperatura o energía, mayor frecuencia de radiación. Este fenómeno, como bien sabemos, no se percibe a simple vista. Vamos a imaginar un metal calentado de forma gradual en el que los cambios no son visibles al principio; poco a poco el cuerpo empieza a brillar y al final se ilumina, como sucede en las bombillas clásicas que tienen un filamento.
En este ejemplo, se observa que el aumento de la temperatura no es visualmente perceptible para el ojo humano. Esto se debe a que la radiación tiene una frecuencia más baja que la que registran nuestros sentidos, lo que hace que la luz no sea visible sino infrarroja. Sin embargo, se puede registrar utilizando herramientas entre las que se incluyen los componentes electrónicos. De manera que podemos visualizar la temperatura.
El concepto de infrarrojo es un rango de luz llamado IR, del inglés infrared. Se diferencian tres bandas en este rango del espectro: el infrarrojo cercano, el infrarrojo medio y el infrarrojo lejano. En las aplicaciones termográficas prácticas es suficiente con registrar este último rango.
La herramienta más simple para poder hacer una medición de temperatura sin contacto, basándose en la medición de la radiación electromagnética, es el pirómetro. Una cámara termográfica muy simple con una resolución de un píxel. En su construcción se destacan dos elementos: el objetivo que enfoca las ondas de luz y el sensor sobre el que inciden esas ondas. Los demás componentes del dispositivo son los sistemas de alimentación, procesamiento e interfaz y la carcasa. El objetivo se construye con lentes como en las cámaras de fotografía y el sensor se fabrica con componentes optoelectrónicos.
Entre el pirómetro y la cámara termográfica, la mayor diferencia es la resolución. El pirómetro mide la energía radiada utilizando solo un sensor, y la cámara utiliza una matriz miniaturizada de ellos. Por lo que el objetivo no sirve para enfocar la luz en un punto; la transfiere a una superficie que se compone de miles de transductores fotoeléctricos. Al medir la radiación que incide en cada uno de los sensores, se recrea una imagen de los cuerpos que hay delante del objetivo. Del mismo modo que sucede en la fotografía, pero en lugar de registrar la luz visible, se registra la luz infrarroja.
Como la imagen registrada se somete a un procesamiento digital y llega al procesador en forma de conjunto de datos, la información recopilada se puede manipular, presentar utilizando cualquier paleta de colores, buscar y señalar puntos que destacan por su temperatura extrema, superponer la imagen térmica sobre la fotografía, etc. Los datos se pueden registrar como archivo gráfico o grabación de video. Con todas estas opciones se puede obtener una información clara y precisa sobre las fuentes y drenajes de calor que se encuentren dentro del campo de visión de la cámara.
Aplicación de la termografía
Ahora que sabemos un poco más sobre la termografía y cómo funcionan y se construyen las cámaras termográficas, vamos a centrarnos en las aplicaciones más habituales de la termografía, aunque, gracias a su tecnología tan universal, es difícil establecer todas las posibles aplicaciones que puede tener.
Una de sus aplicaciones más destacadas es el diagnóstico de dispositivos y máquinas. El sobrecalentamiento suele ser síntoma de fallo o funcionamiento defectuoso. En el caso de los circuitos electrónicos, una cantidad excesiva de calor se emite por componentes dañados, como estabilizadores de voltaje, resistencias o condensadores. La cámara termográfica hace posible identificar con rapidez los elementos que funcionan de forma incorrecta y, en consecuencia, mejorar el rendimiento de los dispositivos. En la situación inversa, cuando un componente permanece frío incluso con la alimentación encendida, puede darse la posibilidad de que se oculte una interrupción en el circuito por un daño. En la mecánica, las áreas desproporcionadamente calientes pueden ser síntoma de fricción aumentada entre componentes o problemas con el sistema de refrigeración. Si hablamos de intercambiadores de calor o sistemas hidráulicos, la termografía hace más fácil la localización de las obstrucciones.
La termografía se utiliza también en los trabajos de inspección, fundamentalmente porque permite hacer un examen fácil de aquellas áreas y superficies de mayor tamaño. Esto se aplica a tuberías utilizadas para el transporte de sustancias químicas, cables o conexiones de electroinstalaciones. El calentamiento es síntoma de resistencia aumentada; si se identifica un tramo caliente del cable, lo más probable es que se deba a un fallo en el conductor. Si un conector se calienta, indica un daño o una selección incorrecta del conector para los parámetros eléctricos establecidos. En cada uno de los casos, la instalación se tiene que considerar peligrosa por mayor riesgo de incendio.
En los procesos industriales se suelen utilizar sensores térmicos que miden la temperatura en un punto concreto. Sin embargo, en algunos campos es necesario monitorear objetos de gran masa y volumen como los tanques con agentes químicos o productos semielaborados alimenticios. En estas situaciones, la termografía basada en el análisis por computadora se utiliza para la automatización de las líneas de producción. Este tipo de soluciones se utiliza en acerías y plantas de procesado de metales.
Dentro del campo de la medicina, la termografía se divide en dos áreas: la observación/diagnóstico y el cribado. Todas ellas con el examen médico más básico, que no es otro que la medición de la temperatura. En el primer caso, se monitorea el estado de los pacientes mediante la medición general de la temperatura; se localizan puntos inflamatorios, enfermedades del sistema circulatorio o quemaduras y congelaciones. En cuanto al cribado basado en mediciones de temperatura corporal en grandes grupos de personas, muy popularizado a raíz del coronavirus, las cámaras permiten identificar a las personas con síntomas de enfermedad.
Otros campos en los que la termografía es aplicada son la construcción y los sistemas de alarma. En la construcción se presta especial atención a la eficiencia energética; se buscan puentes térmicos, fugas, etc. Cuando se aplica en el monitoreo y los sistemas de alarma, una cámara de termografía puede observar espacios oscuros y registrar la presencia de personas detectando su temperatura. Monitorear con una cámara termográfica ayuda a detectar focos de incendio en etapa temprana y a permitir una evacuación segura.
Existen otras muchas aplicaciones para la termografía, como en operaciones de rescate en lugares en los que se ha producido un desastre, en minas, bajo los escombros de un edificio, etc. Sin lugar a dudas, la termografía es una herramienta de gran valor en todas y cada una de sus aplicaciones.
