Conexiones por infrarrojos. Drygalski, el rey Darío y el albedo

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1 Conexiones por infrarrojos Drygalski, el rey Darío y el albedo Attilio Bruno Veratti - Termógrafo Nivel III y ABENDE ITC Traducción al español, Rafael Royo, Termógrafo Nivel III En febrero de 1902, el barco de la expedición alemana a la Antártida dirigido por el profesor de geografía Erich von Drygalski Dagoberto ( ) se quedó atrapado en el hielo. Nada que hacer sino esperar hasta el próximo verano con el fin de liberar el barco del hielo y comenzar de nuevo a navegar. Drygalski y una foto del barco Gauss atrapado en el hielo, tomadas desde un globo lanzado por la expedición. En febrero de 1903 después de tratar de perforar, cortar y hacer estallar el hielo con un espesor de 5.6 metros, Drygaslki decidió poner en práctica una técnica derivada

2 de la observación científica. Se había dado cuenta de que donde se precipitaba el hollín expulsado por la chimenea de la nave, el hielo se fundía a su alrededor. Drygalski ordenó a la tripulación preparar un rastro de cenizas de carbón y restos de unos 600 metros de largo hasta el mar. Logró que se formara un canal de agua, pero tuvieron que transcurrir otros dos meses para que tuviera suficiente profundidad para liberar el barco. El fenómeno utilizado por Drygalski para liberarse del hielo está relacionado con nuestra experiencia. Vamos a probarlo mediante la termografía de dos automóviles, uno blanco y otro negro. Vemos que el coche pintado de negro está hasta 30 C más caliente que el coche blanco. La justificación a esta observación es la capacidad de los diferentes materiales de absorber y reflejar radiación electromagnética a longitudes de onda diferentes (luz solar e infrarrojos). Tanto en el caso del carbón, como de la tinta negra, la mayor parte de la radiación solar visible es absorbida y transformada en calor. Sin embargo, a diferencia del comportamiento en el rango visible, el carbón y la tinta blanca o la propia nieve emiten de forma similar en el infrarrojo. De ello se desprende que los materiales oscuros (tinta negra y carbón) alcanzan el equilibrio térmico a altas temperaturas.

3 Termografía de dos coches, de color blanco y negro, sometidos a la radiación solar. El comportamiento de los materiales bajo carga solar es importante para una variedad de aplicaciones en la ingeniería. Se aplican revestimientos o pinturas más "calientes" o más "frías" a los edificios, aeronaves, vehículos, o colectores solares, según sus necesidades.

4 Diferencia de temperatura entre las zonas claras y oscuras de un techo, sometido a carga solar. Por ejemplo, el Telescopio Espacial Spitzer usa exactamente esta propiedad para el control pasivo de su temperatura. Parte de la estructura expuesta al sol está cubierta de aluminio de alta reflectividad al visible mientras que la parte expuesta hacia el espacio está pintada de negro de alta emisividad en el infrarrojo.

5 Telescopio Espacial Spitzer de infrarrojos que muestra su cubierta exterior característica. Interesante anuncio de 1941 que muestra la temperatura dentro de globos de investigación atmosférica pintados de blanco y negro. Para medir la capacidad de un material para reflejar la radiación visible (o reflectividad), se utiliza el concepto de albedo, derivado de la palabra latina albedus palabra latina albus ("blanco"), este es un concepto cotidiano en astronomía. El albedo varía también entre 0 y 1. Venus, por ejemplo, tiene un albedo de 0,67, Encelado (luna de Saturno y el cuerpo más reflectante del sistema solar) de 0,93 y 0,13 es la media para la luna (aunque parece una cuestión de ilusión óptica puesto que de hecho este valor indica que la luna es tan oscura como el asfalto).

6 Con la composición de nieve y hielo similar a la encontrada en la Antártida por Drygalski, Encelado es el cuerpo celeste más reflexivo del sistema solar en el espectro visible. Este comportamiento se refiere respecto a radiación visible. En el infrarrojo la reflectividad es baja (por lo tanto, alta emisividad). En esta foto del Apolo 17 se puede ver el traje de astronauta lleno de polvo lunar muy oscuro,

7 en la parte inferior un patrón de colores permite la comparación con el suelo lunar. Recientemente se ha descubierto un planeta extrasolar llamado Tr-ES-2b a 20 años luz de la Tierra con albedo menor que 0,01, casi un cuerpo negro en el rango del espectro visible. Representación artística del planeta Tr-ES-2b. Aunque absorbe casi toda la luz visible, aparece brillante en el lado nocturno porque tiene una temperatura atmosférica de 1000 C. A partir del albedo se puede calcular la capacidad de los materiales opacos para absorber la radiación visible (albedo o reflectividad). Para Dryagalski, la nieve tiene un albedo de 0,9 (lo que significa que refleja el 90% y absorbe el 10% de la radiación solar) contra 0,08 el carbón (sólo refleja el 8% con lo que la absorción es del 92% ). Es decir, el carbón absorbe y transforma en calor, nueve veces más radiación solar en el espectro visible. La piel humana varía fuertemente de reflectividad en función de la posición de la radiación en el espectro electromagnético infrarrojo: desde 0,8 para personas de piel clara a alta longitud de onda hasta 0,02 en el infrarrojo de 3 micras.

8 En la medida en que nos desplazamos hacia longitudes de onda superiores en el infrarrojo, la piel humana se vuelve más oscura. El albedo (o reflectividad) de los materiales es una propiedad de gran importancia en aplicaciones de equipos sensibles a las ondas del infrarrojo cercano y corto, en el que la emisión de radiación es tan baja, que puede llegar a despreciarse.

9 Tanto la vegetación sana como la retina son muy sensibles al infrarrojo cercano. Los diferentes tipos de tierra y minerales pueden proporcionar un alto contraste en el infrarrojo próximo y de onda corta. Muchos de los materiales o sustancias tienen reflectividad muy diferente en estas bandas espectrales, en comparación con su comportamiento en el rango visual, lo

10 que posibilita la inspección de un amplio rango de productos: pinturas, alimentos y medicinas. Visualización del sistema circulatorio en el infrarrojo de onda corta. Reflectividad de la vegetación y el suelo seco en visible, infrarrojo cercano y de onda corta. Para concluir, en el área tecnológica hay un vasto campo de aplicación de materiales de alta reflectividad, con resistencia al desgaste por temperatura y a la corrosión: espejos para su uso en equipos que operan en el infrarrojo. Un ejemplo de este tipo de aplicación es el uso de espejos metálicos sin recubrimiento de vidrio para la inspección de los elementos radiactivos de un reactor, manteniendo a los inspectores y a los equipos seguros.

11 Ejemplo de uso de un espejo metálico en la inspección termográfica de un reactor nuclear. Prueba de los espejos del Telescopio Espacial James Webb, diseñado para reflejar principalmente infrarrojos (hasta 27 micras), recubiertos con una aleación de oro. La búsqueda de nuevos materiales con una alta reflectividad han llevado a los investigadores por un largo camino en la historia, que comenzó con los primeros descubrimientos metalúrgicos del Antiguo Imperio persa hasta las modernas técnicas actuales de deposición de materiales.

12 Monedas producidas con aleación denominada electro, compuesta por 95,1% de oro, un 2,8% de cobre y 2,1% de plata, que mostró una excepcional resistencia al desgaste, sin perder el brillo (reflectividad), incluso después de 2600 años. Moneda "Daric" en honor del rey Darío de Persia, hecha de electro, 540 ac * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

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