Infravermelho-e-termografia-Completo - Final

(1)

MEDIDORES DE TEMPERATURA:

INFRAVERMELHO E TERMOGRAFIA

Universidade Federal de Itajubá – Campus Itabira Disciplina: Eletrônica básica e Instrumentação Professor: Vinícius Valamiel

(2)

Componentes



AMANDA MARTINS FERNANDES



_{BIANCA GRONER QUEIROZ}



CAROLINE ANDRADE D’ARTS



_{GUSTAVO VIEIRA GOMES}



MARCELA CARNEIRO AVELAR



_{NATÁLIE LAMOGLIA DE SOUZA}

(3)

AGENDA



Introdução;



_Objetivos;



Definições;



_{Termômetros de Infravermelho;}



Termovisores;



_{Considerações finais.}

(4)

(5)

Objetivos

Por meio da realização de uma revisão de literatura, a presente

aula tem como principal objetivo a apresentação das técnicas

de infravermelho e termografia, baseando-se:

 Na definição dos conceitos envolvidos;

 Princípios físicos associados;

 Equipamentos de medição utilizados;

(6)

(7)

Introdução

O que é temperatura?

A Temperatura é a grandeza física que caracteriza o estado térmico de um determinado corpo, estando diretamente relacionada a agitação das

(8)

Introdução

Qual corpo apresenta maior temperatura?

(9)

Introdução

(10)

Introdução

Basicamente, de quais formas eu posso medir essa temperatura? Preciso estabelecer contato?

Consigo fazer de longe?

 Os métodos para medição de temperatura podem ser divididos basicamente em duas formas: com contato e sem contato.

(11)

Introdução

Mensuração com contato:

 O sensor do medidor deve estar em contato físico com o objeto;

 Possui aplicabilidade em meios líquidos e gasosos;

 DESVANTAGEM: Difíceis medições realizadas em objetos pequenos e em

(12)

Introdução

Mensuração sem contato:

 Baseia-se na emissão de radiação da radiação eletromagnética do material, medindo, na maioria dos casos, a temperatura superficial.

VANTAGENS:

 Rapidez da medição;

Em questão de segundos, tenho o resultado.

Capacidade de aplicação em objetos em movimentos;

É possível encostar um termômetro de bulbo em uma parte rotativa de uma máquina?

Consigo realizar a medição da temperatura de objetos inacessíveis;

A temperatura de um circuito, situado a 10 metros de altura, pode ser aferida.

Possibilita a medição de altas e baixas temperaturas;

O caso do alto forno.

Não existe o risco de contaminação.

(13)

Introdução

Mensuração sem contato:

Existe alguma desvantagem?

Em alguns casos, a avaliação da temperatura é feita apenas em um ponto

específico, não representando a média da temperatura de uma maior

área de determinada superfície. Dependendo da situação isso pode ser

(14)

(15)

Como foi descoberta a radiação infravermelha?

(16)

Como foi descoberta a radiação infravermelha?



Experimentos do astrônomo inglês William Herschel:

 Buscava descobrir quais cores eram responsáveis por aquecer os objetos;

 Utilizou um prisma para refletir a luz do sol, decompondo-a.

 Constatações:

 O aquecimento era maior no sentido da luz vermelha e menor no sentido da violeta;

 Em uma região que ficava além da luz visível, o aquecimento era ainda maior.

(17)

As radiações e o espectro eletromagnético

Todas as formas de radiações podem ser representadas em um

espectro eletromagnético, sejam elas ionizantes, ou não

ionizantes.

 Comprimento de onda;

(18)

As radiações e o espectro eletromagnético

(19)

As radiações e o espectro eletromagnético



Realizando um recorte do espectro, verificamos:

 Frequência inferior a emitida pela luz visível, inclusive a luz vermelha.

Eis o motivo do nome.

 Comprimento de onda entre 0,7µm e 1000µm.

 Situada entre a radiação ultravioleta e infravermelha;

 Enquadra-se como radiação não ionizante.

(20)

Emissividade

A figura abaixo, representa de forma genérica o que acontece com a

radiação ao incidir em um corpo:

A – Parcela transmitida; B – Parcela absorvida;

(21)

Emissividade



Corpo Negro:

 Um material que absorve toda a radiação incidente:

 Absorção não depende do ângulo de incidência;

 Não reflete;

 Não transmite;

 Apenas absorve.

Existe um motivo para esse nome, corpo negro?

Por não refletir, nem absorver, teoricamente ele não poderia ser visto, por isso o nome.

(22)

Emissividade

Todo corpo emite energia na mesma proporção em que absorve!

A emissividade pode ser definida como a relação entre a energia irradiada

por um corpo qualquer e aquela irradiada por um corpo negro à mesma

temperatura.

 Valores adimensionais, entre 0 e 1.

* Submetidos as mesmas condições

�� = ��

��

(23)

TERMÔMETRO DE

INFRAVERMELHO

(24)

TERMÔMETRO DE INFRAVERMELHO

O que é o termômetro de infravermelho?

 Equipamento de medição de temperatura;

 Medição sem contato;

 Utiliza como parâmetro a radiação infravermelha emitida pelo objeto.

 Curiosidade: Desde meados de 1900, já existiam termômetros de infravermelho. Bastante

(25)

TERMÔMETRO DE INFRAVERMELHO

Princípio de funcionamento:

 Um conjunto de lentes capta a radiação emitida pelo objeto;

 A radiação passa por uma fenda e chega até o filtro:

 São selecionados os comprimentos de onda que correspondem a radiação

infravermelha.

 Um detector capta essa radiação infravermelha e a transforma em um

sinal elétrico;

 O sinal é processado em uma unidade de condicionamento de sinal;

(26)

TERMÔMETRO DE INFRAVERMELHO APRESENTAÇÃO DO EQUIPAMENTO:

Termômetro infravermelho MODELO TI-920:

 Escalas de medição

 Temperatura de trabalho: - 50 º a 1600 ºC / -58 a 2912 F;

 Precisão: ± 1,5% da leitura;

 Possui função Data-hold;

 Funções: Máxima, média e mínima;

 Alarme para baixas e altas temperaturas;

 Realiza “adaptação” da emissividade. *

• Necessita que o objeto de medição fique focado por 20 minutos.

(27)

TERMÔMETRO DE INFRAVERMELHO APLICABILIDADES:  Manutenção mecânica;  Segurança do trabalho;  Distanciamento; Temperatura do ambiente?  Produção;

(28)

(29)

O que é termografia?

A termografia por infravermelhos (TI) é um ensaio não destrutivo e não invasivo que se baseia na captação de imagens de calor (termogramas), não visíveis pelo olho humano, através de uma câmara termográfica (MENDONÇA, 2005).

(30)

Evolução Histórica

Entre os anos 1916 e 1918, experimentos com detectores de fotocondução produziram um sinal através da interação direta com fótons.

Nas décadas de 40 e 50, a tecnologia se expandiu. Cientistas descobriram que era possível aumentar o desempenho do equipamento através do resfriamento do mesmo.

 Na década seguinte essa tecnologia começou a ser aplicada ao uso civil.

(31)

Evolução Histórica

Rápidos avanços foram observados de 1970 até os dias atuais:

 Utilização dos detectores de fótons equipados com resfriamento

criogênico;

Os sistemas de varredura ópticos mecânicos foram substituídos pela

tecnologia de FPA (Focal Plane Array);

(32)

Design e Funcionamento

Tem como base uma matriz de plano focal, que converte uma imagem óptica em um sinal elétrico que pode ser processado ou armazenado.

Fotodiodos detectores fabricados utilizando materiais com baixa banda de gap são ligados a um circuito de leitura semicondutor integrado complementar. Esses detectores geram uma foto corrente proporcional à radiação de infravermelho incidente.

(33)

Design e Funcionamento

O circuito consiste em um amplificador de entrada de baixo ruído, que isola a tensão de polarização para o restante do circuito.

O amplificador alimenta um capacitor integrado.

 Circuitos de comutação simples e de buffer são usados para conectar a tensão do capacitor integrado em um circuito multiplexador para leitura.

(34)

Design e Funcionamento

Após ser coletada a imagem, a representação da imagem baseada na carga é transferida para um conjunto de portas de saída para subsequente conversão de analógico para digital e processamento através do multiplexador.

(35)

Aplicações industriais

A termografia pode ser empregada em diversos setores:

Instalações e máquinas elétricas (no processo da detecção de falhas, erros de projeto, falhas em montagens e manutenções preventivas);

Motores, geradores e transformadores (acompanhamento do envelhecimento da máquina, diagnóstico de falhas decorrentes de curto-circuito parcial entre espiras, falha parcial de isolação, refrigeração);

(36)

Aplicações industriais

Equipamentos rotativos (detecção de irregularidades relacionadas a uma geração maior de calor no equipamento);

Equipamentos estáticos (detecção de falhas em potencial em estágios iniciais, detecção e quantificação de obstruções de trocadores de calor e a detecção de válvulas com passagem interna de óleo pela sede);

Revestimentos estruturais - térmicos e antiácidos (degradação do isolante térmico é apresentado na forma de mapa termográfico).

(37)

Equipamentos de medição

Existem dois principais equipamentos capazes de captar a radiação infravermelha e transformá-la em informação térmica:

 Termovisores;

(38)

Termovisores

Os termovisores são equipamentos capazes de fazer a leitura da energia irradiada no espectro infravermelho;

Funcionam como câmeras fotográficas, porém seus sensores são ajustados para outro comprimento de onda.

(39)

(40)

Termovisores

Medem apenas temperaturas superficiais;

Manutenções preditivas e são indicados em medições em ambientes de difícil acesso;

O funcionamento dos termovisores é baseado na coleta de imagens e na distribuição de temperatura da superfície focalizada pela câmera, de acordo com a sua temperatura;

(41)

Radiômetros

Os radiômetros são utilizados para medir o fluxo de radiação ou força da radiação eletromagnética;

São sistemas infravermelhos de construção mais simples e preço mais acessível;

(42)

Radiômetros

 Medem a temperatura coletando a radiação infravermelha de uma área definida à frente do aparelho que é dirigida a um detector do tipo termopilha ou piroelétrico, onde é transformada em sinal elétrico.

(43)

Radiômetros

O valor de temperatura calculado é apresentado em um display de cristal líquido.

Parâmetros determinantes como o Campo de Visão (FOV) e a faixa espectral de sensibilidade (0,8 a 14 microns).

(44)

Conclusão

Grande avanço no que se refere ao monitoramento da temperatura de materiais, em processos que não se deve haver contato entre materiais e instrumentos.

Vantagens como a rapidez na resposta da mensuração, capacidade de efetuar medições de temperaturas muito altas ou o baixas e de objetos em movimento ou de difícil acesso, conferiram grande destaque e aplicação desses equipamentos em diversos setores.

Garantia de maior qualidade e segurança aos processos e sistemas, através da detecção de falhas, inspeções, regulações e controle das linhas de produção.

(45)

Referências Bibliográficas

CHAVES, Carlos Eduardo de Oliveira. Confiabilidade metrológica da medição de elevadas

temperaturas em processos industriais. PUC Rio, 2004. Disponível em:

<http://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/Busca_etds.php?strSecao=especifico&nrSeq=5464@1>. Acesso em 21 out. 2015.

CORREIA, Ozório Rezende Filho. Aplicações termográficas na Manutenção - Onde

normalmente erramos!. Revista nova Manutenção y Qualidade, 2007. Disponível em :<

http://docslide.com.br/documents/artigo-termografia.html>. Acesso em 15 out. 2015. FLUKE. Introdução aos princípios da termografia. Editora. ATP, 2009.

FUNDAÇÃO BRASILEIRA DE TECNOLOGIA DA SOLDAGEM. Apostila Termografia. 2010. Disponível em: <http://pt.scribd.com/doc/43383156/Apostila-Termografia>. Acesso em 15 out. 2015.

GRUNER, Klaus-Dieter. Principles of Non-Contact Temperature Measurement. Raytek Corporation, 2003. Disponível em:

<http://support.fluke.com/raytek-sales/Download/Asset/IR_THEORY_55514_ENG_REVB_LR.PDF>. Acesso em 21 out. 2015. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert. Fundamentos de Física. LTC, v. 2, 2009.

INFRATEMP. Termometria Infravermelha Teoria Básica. 2010. Disponível em: <

(46)

http://www.infratemp.com.br/assets/uploads/como-funciona/infratemp-como-funciona-Referências Bibliográficas

LUMASENSE TECHNOLOGIES. Infrared Thermometer Handbook. LumaSense Technologies GmbH, 2011. Disponível em:

<http://www.lumasenseinc.com/uploads/Solutions/pdf/Technical_Literature/English/Infrared-Thermometer_Handbook.pdf>. Acesso em 21 out. 2015.

MENDONÇA, Luís Viegas. Termografia por Infravermelhos - Inspecção de Betão. Revista Engenharia & Vida, n. 16, 2005. Disponível em:<

http://www.spybuilding.com/private/admin/ficheiros/uploads/0b94a72a7148922d47af9326f7f72 9d5.pdf>. Acesso em 15 out. 2015.

OPTRIS. Basic Principles Of Non-Contact Temperature Measurement. Optris GmbH, 2010. Disponível em: <http://www.optris.com/applications?

file=tl_files/pdf/Downloads/Zubehoer/IR-Basics.pdf>. Acesso em 21 out. 2015.

RAYTEK. Spectrum: Recursos para Compreensão da Tecnologia IR. Raytek Corporation, 1998. Disponível em: <http://www.infratemp.com.br/assets/uploads/como-funciona/infratemp-como-funciona-20140113134638-1412011090937.PDF>. Acesso em 30 out. 2015.

SANTOS, Laerte dos. Termografia infravermelha em subestações de alta tensão

desabrigadas. Itajubá, 2006. Disponível em: <

(47)

Referências Bibliográficas

SANTOS, Caroline Mendez R. Mendonça dos; VOLL, Laila Gozzer. O emprego da termografia na

inspeção preditiva. Bolsista de Valor: Revista de divulgação do Projeto Universidade Petrobras e IF

Fluminense v. 2, n. 1, 2012. Disponível em:<

http://www.essentiaeditora.iff.edu.br/index.php/BolsistaDeValor/article/viewFile/2402/1291 >. Acesso em 15 out. 2015.

SCHULTZ, Kenneth I.; KELLY, Michael W.; BAKER, Justin J.; BLACKWELL, Megan H.; BROWN, Matthew G.; COLONERO, Curtis B.; DAVID, Christopher L.; TYRRELL, Brian M.; WEY, James R. Digital-Pixel

Focal Plane Array Technology. Lincoln Laboratory Journal, vol, 20, nº 2. 2004. Disponível em:

<https://www.ll.mit.edu/publications/journal/pdf/vol20_no2/20_2_2_Schultz.pdf>. Acesso em 08 nov 2015.

SINTEC. Termografia ao alcance de todos. 2015. Disponível em:< http://www.sintec-df.org.br/2015/06/termografia-ao-alcance-de-todos.html>. Acesso em 21 out. 2015.

VERATTI, Attílio Bruno. Sistema Básico de Inspeção Termográfica. 2011. Disponível em: <http://tecem.com.br/site/downloads/artigos/SBIT3a.pdf>. Acesso em 15 out. 2015.

VERNIER. Infrared Thermometer. Vernier Software & Technology, 2010. Disponível em: <http://www2.vernier.com/booklets/irt-bta.pdf>. Acesso em 30 out. 2015.

(48)

Infravermelho-e-termografia-Completo - Final

MEDIDORES DE TEMPERATURA: