6 Termografía (1)

TERMOGRAFA

Dr. SIXTO SARMIENTO CH.

Machinery Lubricant Analyst Level II

Vibration Analyst Level II

[email protected]

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

d -

SIX

TO

SAR

MIE

NTO

2

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

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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

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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)

Mpre

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LOS COLORES DELA LUZ VISIBLE M

pre

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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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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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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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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

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LA CMARA TERMOGRFICA

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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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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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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.


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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)


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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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TERMOGRAFA SU RELACIN CON EL MANTENIMIENTO

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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


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


REF. DETECAL Mpre

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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.


REF. DETECAL Mpre

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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


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.


REF. DETECAL Mpre

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013


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


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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ESTNDARES DE REFERENCIA

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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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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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Thermographic Survey Suggested Actions based on Termerature Rise

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According to NFPA 70B, a 40% load is the minimum requerid for accurate thermography readings

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TCNICA DE ANLISIS DE TERMOGRMAS

Mpre

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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

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013

PARMETROS DEL OBJETO M

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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

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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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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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013

REPORTES TCNICOS CONFIABLES

REF. M. R. ABB Mpre

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013

CONCLUSIN

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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

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013

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


(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


(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


(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


(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

Documents

6 Termografía (1)