TERMOGRAFA
Dr. SIXTO SARMIENTO CH.
Machinery Lubricant Analyst Level II
Vibration Analyst Level II
Lima, 2013
UNIVESIDAD NACIONAL DE INGENIERA
FACULTAD DE INGENIERA MECNICA
MAESTRA EN GERENCIA E INGENIERA DE MANTENIMIENTO
QU ES LO QUE OBSERVA?
REF. FLIR Mpre
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SIX
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SAR
MIE
NTO
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013
Es el ms medido de todos los parmetros: Es referente para medir
Nuestra salud Nuestro confort El buen funcionamiento de muchos equipos
Es difcil encontrar un proceso industrial donde no sea importante la temperatura Permite diagnosticar problemas
POR QU ES IMPORTANTE LA TEMPERATURA?
Mpre
d -
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SAR
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NTO
2
013
Todos los materiales que estn a una temperatura por encima del cero absoluto (0 K, -273C) emiten energa infrarroja.
La energa emitida en la banda infrarroja se convierte en una seal elctrica por el detector (microbolmetro), esta seal se convierte en una imagen en blanco y negro o color.
Por qu es tan importante la temperatura?
Mpre
d -
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SAR
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2
013
Un microbolmetro es un tipo especfico de bolmetro utilizado como detector en una cmara trmica. Es un diminuto resistor de xido de vanadio o de silicio amorfo con un elevado coeficiente trmico. Este resistor se coloca en un elemento de silicio con una gran superficie, baja capacidad calorfica y buen aislamiento trmico. La radiacin infrarroja procedente de una gama especfica de longitudes de onda golpea el xido de vanadio y modifica su resistencia elctrica. Los cambios de temperatura de la escena provocan cambios en la temperatura del bolmetro que se traducen en seales elctricas y se procesan en una imagen.
Qu es un microbolmetro? M
pre
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013
LA BANDA DEL INFRARROJO
SE DIVIDEN EN 4 BANDAS MENORES: INFRROJA CERCANA (0,75 3 m) INFRARROJA MEDIA (3 6 m) INFRARROJA LEJANA (6 15 m) INFRARROJA EXTREMA (15 100 m)
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013
LOS COLORES DELA LUZ VISIBLE M
pre
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013
La radiacin infrarroja es una forma de radiacin electromagntica como las ondas de radio, las microondas, rayos ultravioleta, rayos gamma, la luz visible, etc.
Todas estas formas de radiacin en conjunto dan lugar al espectro electromagntico.
Tiene en comn que todas ellas emiten energa en forma de ondas electromagnticas y se propagan a la velocidad de la luz.
Se define como aquella que tiene una longitud de onda entre 0,78 nm y 1000 nm. Los rayos infrarrojos se subdividen en funcin de la proximidad de longitud de onda a la luz visible como cercanos, medios o lejanos.
RADIACIN INFRARROJA M
pre
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013
Radiacin Infrarroja
IR es emitida por todos los objetos. La radiacin IR aumenta con la temperatura.
IR viaja a travs del espacio a la velocidad de la luz. La diferencia entre la luz y el IR es su longitud de onda.
Mpre
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013
Es una tcnica que genera imgenes infrarrojas, o fotografas del "calor" que emiten los objetos a travs de las cuales se puede medir (calcular) su temperatura. Los sistemas infrarrojos porttiles pueden inspeccionar equipo y estructuras sin hacer contacto con estos para convertir instantneamente la radiacin trmica en mapas trmicos para poder realizar un anlisis cuantitativo de temperatura.
QU ES TERMOGRAFA?
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013
IMPORTANCIA DE LA TERMOGRAFA
Realiza mediciones sin contacto Realiza mediciones bidimensionales
Muestra mediciones en tiempo real
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Detectan la radiacin infrarroja invisible que emiten los objetos y lo transforma en una imagen dentro del espectro visible en la que la escala de colores (o grises) refleja las distintas intensidades. La intensidad de la radiacin infrarroja es funcin de la temperatura pero no slo de ella, influyen tambin las caractersticas superficiales del objeto, el color y el tipo de material. En un principio las cmaras de termografa dan un valor de temperatura para cada punto, hay que tener en cuenta que, para la misma temperatura, dos materiales pueden irradiar energa infrarroja con intensidades muy diferentes, en funcin de su emisividad.
LAS CMARAS TERMOGRFICAS M
pre
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LA CMARA TERMOGRFICA
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Cmo funcionan? M
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Cmo funcionan? M
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Una cmara termogrfica bsica consta de: Lentes Filtro Detector o micro bolmetro Circuito de procesado de la imagen Interfaz de usuario (pantalla, salida de vdeo, memoria, etc)
LA CMARA TERMOGRFICA
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DATOS TCNICOS M
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DATOS TCNICOS M
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1 Midiendo temperatura
2 Emisividad
3 El entorno
4 Enfoque
5 Medicin Directa vs. Indirecta
6 Distancia al objetivo / Distancia
Conozca los escollos
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El no medir temperatura
MITO
El medir la temperatura de los componentes no tiene importancia ya que cualquier diferencia de color en la imagen IR es un problema que tiene que ser reparado.
LO REAL
El color de los objetos es artificial, los componentes defectuosos pueden cambiarse a buenos y viceversa, con solo modificar las escalas y paletas de color de las camaras IR
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013
La emisividad de un objeto se define a partir del concepto de cuerpo negro. Un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiacin infrarroja que recibe, no refleja ni transmite por lo tanto nada. La radiacin emitida por un cuerpo negro es funcin nicamente de la temperatura. La emisividad de un objeto para una temperatura se define como el cociente entre la energa infrarroja emitida por el objeto y la emitida por un cuerpo negro. Las cmaras termogrficas permiten variar el valor de emisividad en funcin del material a investigar. De esta forma los diferentes valores de emisividad no se traducen en lecturas diferentes de temperatura.
EMISIVIDAD M
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Mito
Las cmaras IR miden temperatura.
Lo real
Las cmaras IR no miden temperatura. Ellas calculan la temperatura basada en la energa irradiada por el objeto y los parmetros que se alimentan a la cmara.
Emisividad Midiendo Temperatura
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La Emisividad es un parmetro clave usado para calcular temperatura.
La emisividad describe que tanto una superficie absorbe o emite energa IR. Emisividad Max = 1
1-Emitancia es la reflectancia.
Para el clculo de temperatura, el valor de reflectividad es multiplicado por Tamb (Temp. del entorno rodeando la camera).
50% Emisin
50% Refleccin
= 0.5
= 1
100% Emisin
0% Refleccin
Tamb
Tamb
Usted es el nico responsable de ingresar estos datos a la cmara!
Emisividad M
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= 1 Temperatura Camara = Temperatura Actual
24 o C
24 o C
Emisividad M
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Background = .5
Temperatura Camara = 50% emitida + 50%reflejada
24 o C
? o C
Emisividad M
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La emisividad (ms el entorno y la distancia) van a alterar radicalmente su medicin.
Si se mide temperatura, se debe de reportar la correcta.
Un error comn es el ignorar, o el no entender los efectos ambientales.
Emisividad M
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Ejemplo: A mayor velocidad del viento, mayor es la prdida de calor por efecto convectivo.
La temperatura ser ms baja de lo normal.
Bajada artificialmente.
127.5
*>131.2F
*
Conociendo el entorno Viento Enfriamiento convectivo
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20 25 30
Wind speed in mph
Te
mp
era
ture
Ris
e i
n F
De
gre
es
7.9 Watts
18 Watts
27 Watts
Applied Power
Solid lines represent curve fits to data points
Diferencia de 10 mph = Diferencia de 4,5 o C
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1:00 PM
41. 8F
96. 7F
50
60
70
80
90
60. 1F
279. 8F
100
150
200
250
9:00 AM
Conociendo el entorno Viento Carga solar
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Mediciones de temperatura precisas (y termogramas claros) requieren de un enfoque apropiado!
ENFOQUE
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360oC Medicin Directa Se observa directamente al objeto
MEDICIN DIRECTA VS MEDICIN INDIRECTA
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38oC Indirecta: Se observa una superficie en frente del objeto de
inters.
MEDICIN DIRECTA VS MEDICIN INDIRECTA
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INDIRECTA: Cuando se mide indirectamente pequeas variaciones de temperatura (delta Ts) pueden ser indicativos de problemas severos en la parte interna del objeto.
Conexiones internas en el Breaker
sumergidas en aceite (indirecta)
Conexiones de circuito (Directa)
MEDICIN DIRECTA VS MEDICIN INDIRECTA
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El FABRICANTE da el tamao mnimo del objeto a medir a determinada
distancia. El nmero cambia dependiendo del sistema IR y del lente que se
utilice.
TAMAO DEL OBJETIVO - DISTANCIA
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Si el objetivo es ms pequeo que el mnimo tamao medible, el objetivo ser promediado sobre un pixel del detector. El objetivo podra no ser visto ni medida su temperatura en forma precisa.
TAMAO DEL OBJETIVO - DISTANCIA
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DIMENSIONS OF MEASURING DISTANCE AND F.O.V.
Spatial Resolution IFOV = 3,1 mrad
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DIMENSIONS OF MEASURING DISTANCE AND F.O.V.
Spatial Resolution IFOV = 1,78 mrad
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013
TERMOGRAFA SU RELACIN CON EL MANTENIMIENTO
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013
APLICACIONES CONDICIONES DETECTADAS
CALEFACCIN Valoracin de efectividad de los sistemas
de calefaccin
MEDIO AMBIENTE Valoracin de zonas y residuos
contaminados
ELECTRNICA Sobrecalentamiento de circuitos
electrnicos
ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS
Estimacin del comportamiento interno de la materia a travs de la temperatura
superficial
HUMEDAD
Zonas con concentracin de humedad principalmente en obras civiles para encontrar problemas estructurales,
determinacin de niveles de humedad.
APLICACIONES GENERALES DE TERMOGRAFA
REF. DETECAL Mpre
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013
APLICACIONES CONDICIONES DETECTADAS
INDUSTRIA MILITAR Localizacin de grupos y personas, determinacin de zonas peligrosas,
vigilancia, etc.
MEDICINA
Evaluacin de enfermedades, deteccin de cncer de seno, artritis, tnel carpiano, problemas en la piel, seguimiento de terapias, etc.
MEDICINA LEGAL Evaluacin de decesos, pruebas de
criminalstica, tiempos de deceso, etc.
PSICOLOGA Respuesta trmica del individuo a
diferentes estmulos
RESCATE Localizacin de personas extraviadas bajo condiciones climticas y horarias
adversas
APLICACIONES GENERALES DE TERMOGRAFA
REF. DETECAL Mpre
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013
APLICACIONES CONDICIONES DETECTADAS
TUBERAS Fugas e fluidos, gas o lquidos,
problemas en aislamientos trmicos
TRANSFERENCIA DE CALOR
Fugas de calor en equipos trmicos, mal funcionamiento de maquinaria y sus
elementos, sobrecalentamiento, desalineamientos, mal funcionamiento de
cualquier elemento.
MOTORES ELCTRICOS,
INSTALACIONES ELCTRICAS, REDES DE TRANSMISIN EN EDIFICACIONES Y PLANTAS
INDUSTRIALES, ETC.
Deterioro de conductores, deterioro de
aislamientos, fallas en empalmes y conexiones, fugas de corriente, deterioro
de embobinados, etc.
APLICACIONES GENERALES DE TERMOGRAFA
REF. DETECAL Mpre
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013
APLICACIONES CONDICIONES DETECTADAS
TRANSMISIONES, BANDAS TRANSPORTADORAS,
ACOPLES, ENGRANAJES, EJES, CORREAS DE
TRANSMISIN, POLEAS.
Sobrecalentamiento de rodamientos o rodillos, desalineamiento de ejes, poleas
o acoples, fallas de presin de lubricacin.
MOTORES
Sobrecalentamiento de bobinados y rodamientos, obstrucciones en los
conductos de refrigeracin, friccin, humedad, deformaciones en el material,
problemas en contactores, rotores.
BOMBAS, COMPRESORES, VENTILADORES, SOPLADORES.
Sobrecalentamiento de rodamientos, descargas altas de temperatura, alta
temperatura de aceites, vlvulas defectuosas y averiadas.
APLICACIONES GENERALES DE TERMOGRAFA EN INGENIERA MECNICA
REF. DETECAL Mpre
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013
APLICACIONES CONDICIONES DETECTADAS
MOTORES DE COMBUSTIN INTERNA
Mal funcionamiento de vlvulas e inyectores, obstrucciones en el radiador y
canales de refrigeracin, distribucin trmica general.
MAQUINARIA PARA EQUIPO PESADO, LLANTAS,
RODAMIENTOS, FRENOS, EMBRAGUES, HORNOS,
MOLINOS, ETC.
Sobrecalentamiento en las piezas
mecnicas, desalineacin y obstrucciones en los sistemas de refrigeracin.
ALTOS HORNOS, HORNOS QUEMADORES Y TUBERAS
Localizacin y determinacin de los
daos de aislamientos trmicos, localizaciones de fugas de vapor, etc.
APLICACIONES GENERALES DE TERMOGRAFA EN INGENIERA MECNICA
REF. DETECAL Mpre
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013
APLICACIONES CONDICIONES DETECTADAS
TURBINAS Y PEQUEAS TURBINAS.
UNIDADES GENERADORAS, TURBINAS DE GAS, DUCTOS
DE VENTILACIN.
Alta temperatura en aceites de
lubricacin, altas temperaturas en rodamientos, fallas de operacin en las
vlvulas de control y parada, temperaturas desiguales, fugas en sellos, condiciones de incendio en turbinas de
gas, incluyendo deterioro en las cmaras de encendido, defectos en las tuberas.
VLVULAS, VLVULAS DE
CORTE, VLVULAS DE ALIVIO, TRAMPAS DE VAPOR
Fugas y bloqueos
APLICACIONES GENERALES DE TERMOGRAFA EN INGENIERA MECNICA
REF. DETECAL Mpre
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013
Relacin del infrarrojo con el Mantenimiento Predictivo
Ayuda a prevenir paros no programados Permite programar las reparaciones en momentos ms convenientes Mejora la eficiencia de la planta Reduce el desperdicio de energa Reduce las primas por aseguramiento de maquinaria Mejora la seguridad en la planta
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EL CICLO DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO M
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013
ESTNDARES DE REFERENCIA
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013
PROCEDIMIENTO Inspeccin para Sistemas y Equipos de Distribucin de
Potencia elctrica (Segn NETA)
1. Inspeccin visual y mecnica Inspeccione la condicin fsica, elctrica y mecnica Retire todas las cubiertas necesarias antes de la inspeccin termogrfica.
2. Los equipos a ser inspeccionados incluirn todos los dispositivos de transporte de corriente
3. Proporcione un informe incluyendo lo siguiente:
Discrepancias Diferencia de temperatura entre el rea en evaluacin y el rea de
referencia Causa de la diferencia de temperatura Las reas inspeccionadas. Identifique las reas inaccesibles y/o ocultas
y/o equipos. Identifique las condiciones de carga en momento de la inspeccin Proporcione fotografas y/o termogramas del rea deficiente. (Optativo)
Mpre
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013
PROCEDIMIENTO Inspeccin para Sistemas y Equipos de Distribucin de
Potencia elctrica (Segn NETA)
4. Parmetros de prueba Inspeccione los sistemas de distribucin con un equipo capaz de detectar
una diferencia de temperatura mnima de 1C a 30C. El equipo debe detectar la radiacin emitida y luego a esta, convertirla a
una seal visual Las inspecciones termogrficas deben realizarse durante los periodos de
mxima carga posible pero no menos del 40 por ciento de la carga nominal del equipo elctrico a ser inspeccionado. Refirase a NFPA 70B-1994, seccin 18-16 (inspeccin infrarroja).
3. Resultados de prueba Una diferencia de temperatura de 1C a 3C indica una posible deficiencia
e investigacin de garanta Una diferencia de temperatura de 4C a 15C indica deficiencia; repare si
el tiempo lo permite. Una diferencia de temperatura de 16C y mayores indica una deficiencia
mayor; repare inmediatamente.
Mpre
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013
CRITERIO DE COMPARACIN DE NIVELES DE TEMPERATURA Segn NETA
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013
Thermographic Survey Suggested Actions based on Termerature Rise
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013
According to NFPA 70B, a 40% load is the minimum requerid for accurate thermography readings
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013
TCNICA DE ANLISIS DE TERMOGRMAS
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013
RANGO DE TEMPERATURAS DE LA CMARA
Es un intervalo continuo de temperaturas
(Intensidad de radiacin)en el cual el equipo puede captar imgenes y mediciones. Es un limitante
Caractersticas de los equipos (fabricantes)
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013
La emisividad del objeto La temperatura aparente reflejada La distancia entre el objeto y la cmara La humedad relativa La temperatura de la atmsfera
Para medir la temperatura con precisin, es necesario compensar los efectos de diversas fuentes de radiacin distintas. Este proceso lo realiza automticamente la cmara. No obstante, es necesario proporcionar los siguientes parmetros del objeto a la cmara:
PARMETROS DEL OBJETO M
pre
d -
SIX
TO
SAR
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013
PARMETROS DEL OBJETO M
pre
d -
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013
REA DE TRABAJO PRINCIPAL
1: TABLA DE RESULTADOS DE MEDICIN EN C o F, segn la configuracin. 2: MEN DE LA MEDICIN 3: INDICADOR DE MODO DE AJUSTE: AUTOMTICO O MANUAL 4: PUNTERO DE LA MEDIDA 5: ESCALA DE LA TEMPERATURA 6: REA DE MEDIDA 7: INDICADOR DE LMITE DE LA ESCALA DE TEMPERATURAS
Mpre
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TO
SAR
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013
CAMPO NIVEL
NIVEL Y CAMPO
CAMPO: Es la parte del rango de temperatura que se utiliza. Est relacionado al contraste trmico. Es posible hacer un campo ms ancho o ms estrecho. NIVEL: Es el punto medio del campo. Relacionado al brillo trmico. Son caractersticas de las imgenes que usted genera.
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d -
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013
HERRAMIENTAS DE ANLISIS
1: HERRAMIENTA DE PUNTERO DE MEDIDA MVIL 2: HERRAMIENTA DE PUNTERO DE MEDIDA 3: HERRAMIENTA DE REA 4: HERRAMIENTA DE LNEA 5: ISOTERMA - CONFIGURACIN DE ALARMA 6: PALETA
1 2 3 4
5 6
Mpre
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013
ELEGIR EL TERMOGRAMA CORRECTO
REF. SIXTO SARMIENTO - GLORIA Mpre
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2
013
REPORTES TCNICOS CONFIABLES
REF. M. R. ABB Mpre
d -
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TO
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013
CONCLUSIN
Mpre
d -
SIX
TO
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013
ANEXO TABLA DE EMISIVIDADES
(Ref. FLIR)
T: ESPECTRO TOTAL; OC: 2 5 m; OL: 8 14 m; OML: 6,5 20 m 1: MATERIAL 2: ESPECIFICACIN 3: TEMPERATURA EN C 4: ESPECTRO 5: EMISIVIDAD 6: REFERENCIAOL
Mpre
d -
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2
013
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
TABLA DE EMISIVIDAD
Material Temperatura
(C) Emisividad
Aluminio, pulido 0 0,05
Aluminio, superficie rugosa 0 0,07
Aluminio, fuertemente oxidado 0 0,25
Plancha de asbesto 0 0,96
Tela de asbesto 0 0,78
Papel de asbesto 0 0,94
Pizarra de asbesto 0 0,96
Latn, mate, deslustrado 0 0,22
Latn, pulido 0 0,03
Ladrillo, comn 0 0,85
Ladrillo, vidriado, rugoso 0 0,85
Ladrillo, refractario, rugoso 0 0,94
Bronce, poroso, rugoso 0 0,55
Bronce, pulido 0 0,10
Carbn, purificado 0 0,80
TABLA DE EMISIVIDAD
REF. FLUKE
Material Temperatura
(C) Emisividad
Hierro fundido, fundicin rugosa 0 0,81
Hierro fundido, pulido 0 0,21
Cemento 0 0,54
Carbn vegetal, en polvo 0 0,96
Cromo, pulido 0 0,10
Arcilla, cocida 0 0,91
Cobre, pulido, recocido 0-17 0,01-0,02
Cobre, bruido comercial 0 0,07
Cobre, oxidado 0 0,65
Cobre, oxidado a negro 0 0,88
Cinta aislante, plstico negro 0 0,95
Esmalte 27 0,90
Frmica 0 0,93
Suelo congelado 0 0,93
Cristal 0 0,92
TABLA DE EMISIVIDAD
REF. FLUKE
Material Temperatura
(C) Emisividad
Cristal, esmerilado 0 0,96
Oro, pulido 0 0,02
Hielo 0 0,97
Hierro, laminado en caliente 0 0,77
Hierro, oxidado 0 0,74
Hierro, plancha galvanizada, bruida 0 0,23
Hierro, plancha, galvanizada, oxidada 0 0,28
Hierro, brillante, grabado 0 0,16
Hierro, forjado, pulido 0 0,28
Laca, baquelita 0 0,93
Laca, negra, mate 0 0,97
Laca, negra, brillante 0 0,87
Laca, blanca 0 0,87
Negro de humo 0 0,96
Plomo, gris 0 0,28
TABLA DE EMISIVIDAD
REF. FLUKE
Material Temperatura
(C) Emisividad
Plomo, oxidado 0 0,63
Plomo, rojo, en polvo 0 0,93
Plomo, brillante 0 0,08
Mercurio, puro 0 0,10
Nquel, sobre hierro fundido 0 0,05
Nquel, puro y pulido 0 0,05
Pintura, acabado de plata 25 0,31
Pintura, leo, promedio 0 0,94
Papel, negro, brillante 0 0,90
Papel, negro, mate 0 0,94
Papel, blanco 0 0,90
Platino, puro, pulido 0 0,08
Porcelana, vidriada 0 0,92
Cuarzo 0 0,93
Caucho 0 0,93
TABLA DE EMISIVIDAD
REF. FLUKE
Material Temperatura
(C) Emisividad
Goma laca, negra, mate 0 0,91
Goma laca, negra, brillante 0 0,82
Nieve 0 0,80
Acero, galvanizado 0 0,28
Acero, fuertemente oxidado 0 0,88
Acero, recin laminado 0 0,24
Acero, superficie rugosa 0 0,96
Acero, rojo herrumbroso 0 0,69
Acero, plancha, niquelado 0 0,11
Acero, plancha, laminada 0 0,56
Papel alquitranado 0 0,92
Estao, bruido 0 0,05
Tungsteno 0 0,05
Agua 0 0,98
Zinc, plancha 0 0,20
TABLA DE EMISIVIDAD
REF. FLUKE
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