TERMOGRAFÍA
Preparado por : Ing. Claudio Olguín Bermudez
+1 809 506 8343
andresbermudez.rd@icloud.com
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TERMOGRAFIA
MODULO I
HISTORIA
Fundamentos
Uso de la tecnica
Ventajas
Temperatura y energía
Aplicaciones
Una guía para profesionales en el área del mantenimiento y de
energías renovables.
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CONTENIDO DEL CURSO DE TERMOGRAFIA
Los módulos serán entregados semana a semana los días viernes, a fin
de que el curso sea seguido en forma de estudio semanal, al cabo de
el 8 semanas, serán entregados todos el curso.
•
Modulo I:
Fundamento de la termografía
•
Modulo II:
Equipamiento para realizar termografía
•
Modulo III:
Normas de termografía
•
Modulo IV:
Aplicaciones en mantenimiento
•
Modulo V:
Aplicaciones en Energías Renovables
•
Modulo VI:
Aplicaciones en Edificaciones
•
Modulo VII : Diagnósticos usando termografía
•
Módulo VIII: Metodos Sintomaticos usando termografía
•
Modulo IX : Casos y aplicaciones
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FUNDAMENTOS DE TERMOGRAFIA
•
Temperatura
•
Calor
•
Transferencia de calor
•
Termodinámica
•
Mediciones térmicas
•
Mantenimiento sintomático
•
Equipos industriales
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TERMOGRAFÍA
Es el estudio del
comportamiento del calor
y que permite visualizar y
analizar patrones de
temperatura
utilizando equipamiento
como cámaras electrónicas
denominadas Cámaras
Termográficas
Al contrario de las imágenes digitales normales que capturan la radiación de luz visible,
las cámaras termográficas, gracias a su sofisticada tecnología, miden la radiación
infrarroja (IR) y convierten los datos en imágenes donde cada color representa una
temperatura, mostrando de esta forma imágenes de temperaturas superficiales.
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¿Qué podemos analizar con la termografía?
El sistema es tan versátil y puede aplicarse en cualquier
sistema o equipamiento, puesto que mientras existan
variaciones de calor, este podrá ser detectado, y además
realizar un análisis de como puede influir esa variación de
calor en el sistema o equipamiento, por lo que la lista es para
abarcar en forma global.
Sistemas ecológicos y o biológicos en las cuales existan
variación de calor, dispersión de especies
Sistemas habitacionales, para evaluar las perdidas de
energía, infiltraciones, presencia de plagas, climatización y/o
refrigeración
Máquinas térmicas, tales como motores de combustión,
sistemas de caldera y vapor, equipos térmicos, hornos y
sistemas en las cuales se detecta problemas de fugas,
pérdidas de aislación.
Control de flujos en tuberias, perdidas en conexiones,
trampas de vapor.
Maquinarias mecánicas, con movimiento, en la cual se
detectan rozamientos de ejes y rodamientos, soltura de
pernos, soltura, perdidas de resistencia en soldaduras
Maquinarias eléctricas, tales como transformadores,
motores, generadores, aerosopladores, ventilación.
Sistemas eléctricos, tableros, aislamiento, problemas de
conexión, sistemas de control
Aplicaciones médicas y de control de temperatura corporal,
problemas en el cuerpo, y detección de algunas dolencias.
Aplicaciones en edificios, sistemas de control.
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LA HISTORIA NOS DA UNA VISIÓN GENERAL DE COMO
EVOLUCIONO ESTA TECNOLOGÍA Y COMO FUE SU ESTADO
DEL ARTE.
Antes del 1800 ni siquiera se sospechaba
que existía una región infrarroja del
espectro electromagnético.
La importancia original del espectro
infrarrojo (al que suele hacerse referencia
simplemente como «los infrarrojos») como
forma de radiación calorífica es
probablemente menos obvia hoy en día
que en la época de su descubrimiento
por parte de Herschel, en 1800.
El descubrimiento fue accidental y se produjo durante
la investigación de un nuevo material óptico. Sir
William Herschel, astrónomo quien descubrió el
planeta Urano, estaba investigando con el fin de
encontrar un material para filtros ópticos que lograse
reducir el brillo de la probar diferentes muestras de
cristales de colores que proporcionaban similares
reducciones del brillo, le llamó la atención descubrir
que algunas de las muestras dejaban pasar muy poco
calor solar, mientras que otras dejaban pasar tanto
calor que podrían producir daños oculares tras unos
pocos segundos de observación.
Inmediatamente, Herschel se dio cuenta de la
necesidad de realizar un experimento sistemático, con
el fin de descubrir un material que proporcionase la
reducción deseada del brillo y al mismo tiempo la
máxima reducción posible del calor. Empezó el
experimento repitiendo el de prismas de Newton, pero
buscando el efecto calorífico en principio oscureció el
bulbo de un termómetro de mercurio con tinta y,
utilizándolo como detector de radiación, procedió a
probar el efecto calorífico de los diferentes colores del
espectro que se formaban encima de una mesa
haciendo pasar la luz del sol a través de un prisma de
cristal. Otros termómetros, colocados fuera del
alcance de los rayos del sol, servían como control.
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EL AVANCE DE LANDRIANI
A medida que se movía el
termómetro en el rango de colores
del espectro, las lecturas de las
temperaturas mostraban un
incremento fijo desde el extremo
violeta hasta el rojo. Esto no era
especialmente sorprendente, ya que
el investigador italiano Landriani
había observado exactamente el
mismo efecto en un experimento
cuenta de que debía haber un punto
en el que el efecto calorífico llegase
al máximo y que las medidas
confinadas a la parte visible del
espectro no mostraban este punto.
•
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LOS FUNDIDORES Y QUIENES TRABAJAN CON LOS
METALES CONOCEN DEL COLOR Y EL CALOR
•
Los que trabajan los
metales, antes que se
tuviera una relación de
temperatura y calor, ellos
determinaban de acuerdo al
color de ese metal el
estado de fundición.
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CUANDO SE HACE LA RELACIÓN ENTRE COLOR Y
TEMPERATURA
Cuando Herschel reveló su descubrimiento, denominó a esta nueva región del espectro
electromagnético «espectro termométrico».
A veces hizo referencia a la propia radiación como «calor oscuro» o simplemente «los rayos
invisibles». Irónicamente y contradiciendo la opinión popular, no fue Herschel el que acuñó
el término «infrarrojo». Esta palabra sólo empezó a utilizarse en documentos impresos unos 75
años después, y su creador aún permanece en el anonimato.
El que Herschel utilizara cristal en los prismas de su experimento original provocó cierta
controversia inicial con algunos de sus contemporáneos acerca de la existencia real de las
longitudes deonda infrarrojas.
Diferentes investigadores, intentando confirmar la validez de su trabajo, utilizaron diferentes
tipos de cristal de forma indiscriminada, obteniendo diferentes transparencias en los
infrarrojos. En sus experimentos posteriores,
Herschel observó la transparencia limitada del cristal a la radiación térmica recién
descubierta, y llegó a la conclusión de que las lentes utilizadas para los infrarrojos debían ser
forzosamente elementos reflectantes (espejos curvos y lisos).
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Melloni y sus sales de roca
Afortunadamente, en 1830 se descubrió
que esto no era cierto, cuando el
investigador italiano Melloni realizó su gran
descubrimiento: la sal de roca (NaCl), que
estaba disponible en cristales naturales lo
suficientemente grandes para hacer lentes
y prismas, es considerablemente
transparente a los infrarrojos.
La consecuencia fue que la sal de roca se
convirtió en el principal material óptico
para los infrarrojos, y continuó siéndolo
durante los 100 años siguientes, hasta que
se dominó el arte de la creación de cristal
sintético en los años 30.
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MEDICIÓN DE TEMPERATURAS
Los termómetros fueron los únicos
medidores de radiación hasta 1829, año
en el que Nobili inventó el termopar.
(El termómetro de Herschel podía medir
solamente hasta 0,2 °C y los modelos
posteriores podían hacerlo hasta 0,05 °C).
Posteriormente se produjo un gran
descubrimiento: Melloni conectó varios
termopares en serie para crear la primera termopila. El nuevo dispositivo era al
menos 40 veces más sensible a la
radiación calorífica que el mejor
termómetro del momento.
Era capaz de detectar el calor de una
persona a una distancia de 3 metros.
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PRIMERA IMAGEN TERMOGRAFICA
La captura de la primera «imagen de calor» se hizo posible en
1840, como resultado del trabajo de Sir John Herschel, hijo del
descubridor de los infrarrojos y famoso astrónomo por méritos
propios.
Basándose en la diferente evaporación de una fina capa de
aceite al exponerla a un patrón de calor enfocado hacia ella,
la imagen térmica podía verse gracias a la luz reflejada en los
lugares en los que los efectos de interferencia de la capa de
aceite hacían que la imagen fuese visible para el ojo humano.
Sir John también consiguió obtener un registro primitivo de la
imagen térmica en papel y lo llamó «termografía».
Las mejoras en la sensibilidad de los detectores de infrarrojos
fueron sucediéndose lentamente. Otro descubrimiento de
gran importancia, realizado por Langley en 1880, fue la
invención del bolómetro.
Éste consistía en una delgada tira de platino oscurecido
conectada a uno de los brazos de un puente de Wheatstone
sobre la que se enfocaba la radiación infrarroja y a la que
respondía un galvanómetro sensible. En teoría, este
instrumento era capaz de detectar el calor de una vaca a
una distancia de 400 metros.
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JAMES DEWAR
Un científico inglés, Sir James Dewar,
fue el primero en utilizar gases líquidos
como agentes enfriadores (por
ejemplo, nitrógeno líquido con una
temperatura de -196 °C) en
investigaciones a bajas temperaturas.
En 1892 inventó un revolucionario
contenedor aislante de vacío que
permitía almacenar gases en estado
líquido durante varios días.
Los «termos» normales de hoy en día,
que suelen utilizarse para conservar
bebidas frías o calientes, están
basados en su descubrimiento.
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SIGLO XX , SIGLO DE INVENTOS
Entre los años 1900 y 1920, los inventores del mundo
«descubrieron» los infrarrojos. Se crearon muchas
patentes de dispositivos para detectar personas,
artillería, aviones, barcos e incluso icebergs.
Los primeros sistemas que funcionaban en el
sentido moderno comenzaron a desarrollarse
durante la guerra de 1914 a 1918, cuando ambos
bandos tenían programas de investigación
dedicados a las aplicaciones mili- tares de los
infrarrojos.
Estos programas incluían sistemas experimentales
para la detección de intrusiones del enemigo,
sensores de temperatura remotos, comunicaciones
seguras y «torpedos aéreos» guiados.
Un sistema de búsqueda por infrarrojos probado
durante esta época fue capaz de detectar un
avión aproximándose a una distancia de 1,5 km y
una persona a una distancia de más de 300
metros.
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DE LA MEDICIÓN INDIRECTA A LA VISIÓN TERMOGRAFICA
Los sistemas más sensibles hasta la fecha estaban
basados en variaciones sobre la idea del
bolómetro, pero el período de entreguerras fue
testigo del desarrollo de dos nuevos detectores
de infrarrojos , el conversor de imágenes fue el
que más atención recibió por parte de los
militares, ya que por vez primera en la historia
permitía a un observador ver en la oscuridad
literalmente. Sin embargo, la sensibilidad del
conversor de imágenes estaba limitada a las
longitudes de onda infrarrojas más cercanas y los
objetivos militares más interesantes, por ejemplo
los soldados enemigos, tenían que ser iluminados
por haces infrarrojos de búsqueda. Dado que
esto implicaba el riesgo de delatar la posición del
observador a un observador enemigo con un
equipo similar, es comprensible que el interés
militar en el conversor de imágenes fuera
reduciéndose progresivamente.
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APLICACIONES MILITARES
Las desventajas tácticas para los militares de los
llamados sistemas térmicos de imagen «activos»
proporcionaron un cierto impulso después de la
guerra de 1939 a 1945 a programas de
investigación militar secretos y más ambiciosos,
que tenían el objetivo de desarrollar sistemas
«pasivos» (sin haz de búsqueda) tomando como
base el extremadamente sensible detector de
fotones.
Durante este período, las normativas sobre los
secretos militares evitaban por completo que se
revelase el estado de la tecnología de
imágenes infrarrojas.
Este secretismo sólo empezó a desaparecer a
mediados de los 50, y desde ese momento la
ciencia y la industria civil empezaron a tener a
su disposición dispositivos de imágenes térmicas
adecuados para sus necesidades.
•
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QUE NOS MOTIVA A MEDIR TERMOGRAFIA
Desde siempre el ser humano ha tratado de
medir las variables que, de una manera u otra,
influían en su entorno, de entre todas, quizás el
tiempo y la temperatura son las dos variables que
con diferencia más se miden.
Hoy en día todo el mundo puede llevar un reloj
en la muñeca con el que medir el tiempo, y es
raro que en casa no tengan un termómetro para
medir la temperatura.
Incluso el propio cuerpo humano lleva su
termómetro, en forma de terminaciones nerviosas
capaces de detectar el infrarrojo por toda la piel,
y en más de una ocasión ha evaluado, con dolor,
la temperatura de una superficie caliente.
Centrándose en la que interesa para este curso,
la temperatura, ¿por qué es tan importante esta
variable? Sin ir más lejos, una simple variación en
la temperatura corporal hace enfermar, si se
eleva dos grados la temperatura corporal,
probablemente se tenga que guardar reposo y
estar bajo alguna medicación.
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ALGUNAS VENTAJAS Y CARACTERÍSTICAS
1. Es una medida actual, en tiempo real, es decir, se
puede medir mientras se visualiza el objeto en la
pantalla de la cámara. Si el objeto cambia, la
cámara muestra el cambio inmediatamente, sin
inercias ni actualizaciones.
Estas características diferenciadoras hacen que la
termografía haya extendido su campo de aplicación a
áreas tan distintas como la medicina y la veterinaria, la
electricidad, la edificación, los procesos industriales, los
sistemas de seguridad y anti-intrusión, la navegación o la
automoción y un largo etcétera.
2. No es invasiva tiene alejados del peligro, algo muy
importante a la hora de realizar inspecciones
termográficas para el mantenimiento eléctrico.
medir. El termógrafo tan solo observa la radiación
saliente del ob- jeto mientras éste está en marcha.
Sin embargo, será difícil que el termógrafo (la persona
que trabaja con esta técnica) sepa de tan distintos
campos y áreas de conocimiento.
3. Es bidimensional, es decir, se puede medir la
temperatura en dos que una imagen dice más que
mil palabras y, se van a componer imágenes de
temperatura.
4. Es multidisciplinar, las imágenes no solo hablan de
temperatura, hablan de patrones térmicos,
comportamientos, anomalías, etc.
Saber cómo se toman las imágenes no llevará muy lejos si
de esa imagen térmica no se es capaz de comprender
las consecuencias de lo que se ve en la cámara. La
cámara proporcionará el 10% de la información, el resto
corresponde a la persona que interpreta la imagen.
Esta herramienta que simplemente facilita la imagen
térmica a partir de la cuál un profesional tomará
decisiones.
En esta guía hay multitud de imágenes térmicas que el
profesional poco a poco irá descubriendo e
interpretando.
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UNA TERMOGRAFIA DE UN INTERCAMBIADO DE PLACA
•
Se trata de un intercambiado de placa que se
nota que está en marcha o lo ha estado hasta
hace poco, ya que se ve en el campo (más
adelante se definirá este primer concepto) que
las temperaturas de la imagen van desde los 41,1
oC (zona amarilla) hasta los 11,6 oC (zona azul
oscura).
•
Se encuentra a priori fallo de aislamiento en la
tubería parece que no se ha aislado muy bien,
por lo que se debe plantear aislar el
intercambiador de placas, se ve que emite
bastante calor.
•
Se ve una mancha oscura, lo que posiblemente
pueda ser una pequeña fuga que habrá que
reparar. En la parte superior hay otra, pero esto
debe ser el rebote de la primera
•
Se debe contrastar con la imagen visible. Y
además tener los patrones te temperatura del
sistema, pero a priori, los colores mas amarillos a
blancos son alta temperatura y los mas oscuros
mas bajas. Aquí la selección de temperatura es
automático.
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ALGUNAS APLICACIONES EN MECÁNICA AUTOMOTRIZ
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QUÉ ES O QUÉ SE ENTIENDE POR TERMOGRAFÍA
Termografía Infrarroja, etimológicamente significa «escritura con calor de lo que está por
debajo del rojo».
La imagen generada por la cámara se denomina termograma o imagen térmica o imagen
radiométrica.
La termografía es una técnica que permite medir temperaturas a distancia y sin necesidad
de contacto físico con el objeto a estudiar.
Mediante la captación de la radiación infrarroja del espectro electromagnético.
Utilizando cámaras termográficas podremos convertir la energía radiada en información
sobre temperatura.
Con esta definición, enseguida nos preguntamos cuál es la información térmica de un
objeto y de qué dispositivos estamos hablando.
Pues bien, todos los objetos tienen una información térmica, imperceptible a simple vista
pero que se pone de manifiesto mediante esos dispositivos, las cámaras termográficas.
La información térmica corresponde a un patrón, un estado puntual en cuanto a su
temperatura. Se dice que es puntual ya que no se considera el objeto como algo aislado,
más bien al contrario, estará bajo unas condiciones cambiantes, rodeado de otros objetos
que le influyan, unas actuaciones, etc.
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EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO
Tras esta pequeña introducción, se
hace necesario hablar del espectro
electromagnético, al que no se
está habituado a pesar de estar
bajo su influencia constantemente,
sí a la longitud de onda visible,
aunque de tan común que es ni
nos planteamos lo que conlleva.
El espectro electromagnético es el
rango de todos los tipos de
radiación electromagnética
clasificados por longitud de onda.
•
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CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS
Una onda es la propagación de una perturbación que transfiere energía progresivamente de un punto a
otro a través de un medio y que puede tener la forma de deformación elástica, una variación de presión,
intensidad magnética o eléctrica o de temperatura.
Los elementos que describen toda onda son:
•
Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda.
•
Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.
•
Amplitud: es la distancia vertical entre la cresta inferior y el punto medio de la onda. Nótese que
pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.
•
Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración. En otras palabras, es una simple
repetición de valores por un período determinado.
•
Valle: Es el punto más bajo de una onda.
•
Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas de dicho tamaño.
Las ondas se distribuyen, en función de su energía a lo largo del espectro electromagnético. Este se
extiende desde la radiación de menor longitud de onda, rayos gamma, rayos X, pasando por la luz
ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de
onda, como son las ondas de radio.
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ESPECTRO
La gráfica muestra la transmisión
en la atmósfera (en porcentaje) y
cómo distintos elementos
atmosféricos pueden afectar a
esta transmisión.
En este espectro, existe una banda cuya
radiación tiene la capacidad de transmitir
calor por emisión o absorción. Como se
ha dicho antes, sus límites no están
marcados exactamente, pero se sabe
que la radiación térmica va desde el
ultravioleta al infrarrojo, pasando por el
visible, donde tiene la intensidad más
elevada.
El calor no es exclusivo del infrarrojo, no lo
olvidemos.
La radiación térmica es la transmisión de
calor mediante ondas electromagnéticas.
•
Transmisión de la radiación en la
atmósfera terrestre (en porcentaje)
y cómo distintos elementos
atmosféricos pueden afectar a
esta transmisión. Fuente: FLIR
Systems.
A MAYOR TEMPERATURA MAYOR ENERGIA
En la gráfica se ve la energía emitida por un
objeto a diferentes temperaturas.
Se ve que a mayor temperatura, mayor es el
pico de energía.
La longitud de onda a la que ocurre el pico
de energía se vuelve progresivamente más
corto a medida que se incrementa la
longitud de onda larga.
Es necesario dar esta información, aunque
sea muy resumida. Pronto estas gráficas
mostradas en este capítulo le serán muy
familiares.
•
ASPECTOS SOBRE EL CALOR Y LA
TEMPERATURA
El calor y la temperatura son conceptos que conviene
tener claros, a pesar de que se ha oído hablar de ellos
desde que se tiene uso de razón. Es evidente que existe
una clara relación entre ellos pero son conceptos
diferentes.
En Termodinámica (ciencia que estudia cómo la energía
térmica, el calor, se mueve, se transforma y afecta a la
materia), se estudia ese comportamiento, pero ahora
veremos solo los aspectos de su transferencia.
Calor: es la transferencia de energía entre diferentes
cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se
encuentran a distintas temperaturas.
Este flujo siempre ocurre desde el cuerpo de mayor
temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura,
ocurriendo la transferencia de calor hasta que ambos
cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
la energía cinética total de las moléculas que componen
ese objeto, esto es el movimiento de las moléculas del
objeto.
La energía es la capacidad de realizar un trabajo y se
puede manifestar de varias formas.
Las moléculas de un determinado objeto están siempre en
movimiento, en mayor o menor medida, las más calientes
se moverán más rápidamente, chocando unas con otras,
mientras que las más frías lo harán más despacio.
TEMPERATURA Y ENERGIA
ya que los cuerpos se comportan de manera particular
frente al calor.
El calor se genera por transformación de la energía, bien
de un proceso de combustión, por movimiento,
rozamiento, etc. Ese calor se mide en Joule (J), como
unidad de energía y trabajo
Veamos la relación de calor y temperatura mediante un
sencillo ejemplo:
Si se cogen dos objetos, cada uno a una temperatura de
200 oC y cada uno a 200 J, ¿cual será la temperatura
tendrá el conjunto?, ¿cuál será la variación?
Se verá que la temperatura NO será dos veces mayor,
pues la temperatura se mantendrá a 200 oC, pero si su
calor y energía será doble, debido a que ahora se
suman las energías contenidas en las masas que se unen.
Así, que la temperatura es una medida relativa y la
medida de la energía es cuantificable debido a que
puede incrementarse la energía, pero manteniendo la
misma temperatura
•
Temperatura y Energía
La capacidad térmica es
determinada, es decir, una capacidad
para absorber o almacenar calor. Esta
propiedad es muy útil, pues el
termógrafo puede localizar el nivel de
un líquido contenido en un tanque
opaco gracias a la distinta capacidad
térmica del agua y del aire.
Temperatura: es una magnitud a un
sistema termodinámico y referida a la
energía interna asociada a las
partículas del sistema y su movimiento.
Se mide en Kelvin (K) o en grados
Celsius (oC).
•
Este parámetro ayuda a definir el estado en
que se encuentra un objeto. La energía es
una medida absoluta, la temperatura es
relativa, dice cómo se encuentra un objeto
en relación a otro y es la consecuencia de la
energía o calor que tiene, además dirá de la
consecuencia que tendrá el objeto para
ceder ese calor a otros objetos.
Existen varias escalas de temperatura,
divididas en dos grupos, las absolutas (Kelvin)
y las relativas (Celsius, Fahrenheit). Pasar de
una a otra es sencillo
•
Aplicaciones Eléctricas
PRIMERO MODULO DE
TERMOGRAFIA
Historia
Fundamentos
Uso de la tecnica
Ventajas
Temperatura y energía
Aplicaciones
ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO